GE 智能平台产品在安钢半连轧自动化控制系统中的应用

安钢半连轧控制技术的应用 【摘要】∶简要介绍了安钢第一轧钢厂φ300mm棒材机组半连轧自动化控制系统的结构，主要说明了电气自动化控制的各功能及应用，并对自动控制系统的配置、构成作了详细描述。 关键词： 系列PLC 90-70 速度级联调 活套自动控制 HMI监控系统 Automatic control system for φ300mm bar mill Ma Shefang Wang Dongfei (Anyang Iron & Steel Croup co .ltd)（Henan Ancai Croup co .ltd） Abstract : The structure of automatic control system , which has been used inφ300mm Semi-Continuas rolled bar mill of anyang No.1 SteelRolling Plant , was introduced briefly in this paper , it mainly described the function and application of the system , and it also described the configuration and composition of the system in detail. Keywords :Series 90-70 PLC , Speed stage-combined commission , Automatic control loop, HMI monitoring system 1、前言 安钢第一轧钢厂φ300mm棒材机组半连轧生产线，是在原φ250mm机组横列式轧机的基础上改造建成的，预计年产能达到80万吨钢材，生产的规格为φ20-φ28的圆钢和螺纹钢。工艺结构是加热炉仍采用三段连续是加热炉，粗轧为500轧机轧制三道，中轧采用7架400轧机实现微张力自动控制轧制，预精轧横列式两架300轧机。精轧一台300轧机，单独传动，它与预精轧构成两套围盘轧制。在连轧系统中，安装了一套用于切头、切尾和事故碎断1#飞剪，在预精轧前安装了两套活套装置并采用了控温轧制，成品后有倍尺飞剪，用来保证钢材的定尺率。 2、自动控制系统的基本结构 φ300mm机组改造后的自动化控制系统，配置有5台GE公司的90系列PLC，设有2个操作站，轧制区4#操作台、精整区5#操作台各1个，在主电室设有工程师站。在4#操作台和主电室配有IPC 610/PCA-6186LV 研华工控机。操作界面采用CIMPLICITYHMI人机接口系统与轧机控制系统交换信息，显示画面采用汉字系统。现场的润滑、液压系统以及轧线上各操作点配有4台远程I/O站点，主传动系统采用GE公司DV-300系列数控装置，每套传动装置均配有1块PROFIBUS通讯网卡，用于与主PLC的数据通讯。4#操作台，工程师站、PLC之间的通讯采用工业以太网，通讯介质采用光纤电缆和同轴电缆，PROFIBUS的通讯介质采用工业屏蔽双绞线。主轧线PLC与1#切头尾飞剪、2#倍尺飞剪、控轧系统PLC、冷床区控制系统的PLC及远程I/O通讯之间采用GENIUS网线控制。改造后的半连续轧制系统，配备了较高电气自动化控制，其配置如图1所示。 图1：自动化控制系统配置图 3、电气自动化控制功能 半连轧改造对电气设备的具体要求是：电气控制系统应具有最优的性能价格比，作为基础自动化系统的PLC控制级，要求采用实时通信网络,将各可编程控制器及人机接口计算机联结在一起。人机接口计算机系统应以画面形式向操作人员提供系统工作状态显示，并能输入/修改控制数据，画面应简单实用利于维护，故障报警功能用于及时反映系统有关设备的各种故障,可大大减少故障查找时间,提高系统的作业率。作为下属设备控制级，由全数字控制的直流可控硅调速系统及各类检测传感元件组成，根据上级设定系统所发出的各种指令,准确地驱动机械设备动作。 3.1、轧机速度级联调控制 级联调速是为了使控制系统或操作人员能够调整轧线某一相邻机架的速度关系,而不影响其他机架间已有的速度关系。控制系统应通过级联速度设定及自动级联调节相结合的方式为各机架提供速度给定。速度级联系统通过主PLC实现，级联速度设定是通过确定轧制线基准速度和各机架延伸率，来确定各机架速度关系的，依逆行设定速度。 自动级联调节是用活套调节器的有套量偏差，或微张力控制时产生的速度修正信号,对相应的相邻机架，或级联方向上含同一根钢的机架的速度进行修正，相关机架间的设定速比不影响其它机架的速度配合关系。 由级联速度设定、自动级联调节综合产生的各机架线速度,再根据对应机架的工作辊径及齿轮减速比等因素，汇总折算为电机轴转速,然后线性变换为速度给定信号, 由主PLC通过PROFIBUS网传送给主传动速度调节装置DV-300。速度级联关系应在前后两根钢之间断开时,减小前面轧件对后面轧件的速度干扰。为了减少轧线起动对设备及电网的冲击，各直流传动机架按缓慢斜率逐渐加速到设定速度。当任一机架起动失败时系统给出报警。 3.2`、机架间速度关系的手动调整 操作人员可随时对任一相邻间机架的速度关系进行手动调整，当设定速度偏差过大，超过机架间自动调节系统作用范围或有意识关闭自动调节系统时，对速度设定进行人工调节。操作时操作工通过观察进行调整，消除机架间的堆钢和拉钢现象。在级联速度设定系统中用手动干预,直接修改机架的延伸率。手动调整可通过选择机架，用增/减开关来完成。 3.3、微张力自动控制 微张力控制是使各机架之间的轧件按微小张力进行轧制，微张力是用来检测和调整相邻机架间速度关系的。主PLC系统设有微张力调节器，通过微张力调节器，根据检测的张力大小偏差产生速度修正信号，调整机架速度来维持张力值不变，实现前后机架间的负荷平衡，保证产品质量。系统通过检测电机电流的大小,间接求出机架间张力的大小,用微张力调节器进行控制静态精度。 3.4、活套自动控制 活套是用来检测和调整相邻机架间的速度关系，实现无张力轧制的设备。主PLC中设有活套调节器，活套调节器是根据检测的活套高度偏差，产生速度修正信号,调整机架速度以维持活套高度（活套量)在给定值上不变，实现前后机架速度秒流量平衡。活套的起落是通过起套辊，改变轧件的金属流动方向生成的。使轧件在轧制过程中生成自由的弧形，保证轧制过程中无张力轧制。起套辊伸出和收回信号来自轧件头尾跟踪信号。由于起套辊动作执行机构延迟性，起套辊伸出信号要比预期到达的伸出位置，提前一个延迟时间。当轧件尾端接近活套的前一机架时,开始收套，活套高度将按一定斜率下降为零，以避免轧件甩尾，最后起套辊收回。 3.5、HMI监控系统 (人机接口) 操作人员通过CIMPLICITYHMI人机接口系统与轧机控制系统交换信息，显示画面采用中文汉字系统。系统提供了方便灵活的选择、设定和监控功能。采用CIMPLICITY系统,操作人员可通过键盘和鼠标，对轧线参数进行手动设定,也可对存贮的轧制程序直接调用，进行自动设定。操作工可通过屏幕方便地对轧制程序表进行输入或修改。 3.6、轧线设定系统 轧线设定系统用于选择轧机组态，指各主轧线机架的延伸率及各轧机的辊径等。所有设定均采用工艺参数，与电机及传动系统的参数无关，对于直流传动的主轧线，则根据设定的延伸率、辊径、辊 环修正系数、K3出口速度等自动计算出各机架的速度给定值，保证连续轧机各点金属流量相等。 显示画面显示了各机架的百分比速度,便于操作人员核对系统设定的速度与对应机架电机最高转速之间是否有足够的裕量，当该速度裕量过小时系统给出报警。 3.7、飞剪的剪切控制 在中轧机组中设有切头、切尾飞剪，PLC通过接收热检及编码器信号，对轧件进行切头、切尾。当发生故障时，飞剪对轧件进行碎断。在切头及碎断时，飞剪的剪切速度高于轧件速度的5%-15%。飞剪控制设有两个检测回路，一个是飞剪电机编码器与PLC的高速计数器组成的回路，另一个是轧件头、尾从热检HMD到飞剪剪刃的检测回路。无论轧制速度的高低，轧件从HMD到飞剪所走过的距离是固定的。安装在上游电机轴上的编码器产生的脉冲数与轧辊转过的角度成正比，这也与轧件所走过的长度成正比。当热检HMD检测到轧件头部或尾部时，启动PLC高速计数器累加的脉冲数，计数到达设定的值时飞剪剪切。 4、结束语 安钢一轧厂φ300mm机组改造后的半连轧自动化控制动系统，实现了横列式改造为半连轧自动控制系统的先例，控制系统的结构、配置以及软件都是比较先进的。改造后设备的运行稳定，设备事故、工艺事故逐渐减少，小时产量由原60t上升到100t，增加了可观的经济效。 [参考文献] [1]刘京华等主编 小型连轧机的工艺与电气控制。冶金工业出版社，2000.7 [2] 刘元扬等主编 自动检测和过程控制。 冶金工业出版社，2000.3 安钢半连轧控制技术的应用 [参考文献] 1、《小型连轧机的工艺与电气控制》 新疆八一钢铁(集团)公司《小型连轧机的工艺与电气控制》编写组编著 冶金工业出版社，2000.7 2、《自动检测和过程控制 》 / 刘元扬, 刘德溥编. 北京: 冶金工业出版社, 1980.10 3、《电气自动控制》 /姚樵耕,俞文根编著 北京-机械工业出版社 2005