小型棒材生產線控制系統改造

房新亮

作者通聯：萊鋼股份有限公司棒材廠 山東萊蕪市鋼城區新興路 271126

E-mail：fxl1974521@126.com

一、概述

萊鋼棒材廠小型車間是一條以生產Φ10、Φ12棒材產品為主的半連軋生產線。中軋機組 K11、K12軋機由西門子SIMOREG DC MASTER系列6RA24裝置各驅動1臺直流電機，K7～K10軋機由高壓交流電機恒速集中拖動，精軋機組6架軋機均由6RA70裝置單獨驅動直流電機。軋機控制系統為操作臺集中控制（直流電機速度給定、分合等信號直接接入直流傳動裝置CUD1 I/O口），軋制調整難度大，電磁、溫度等干擾較強，造成模擬信號偏移，嚴重時損壞CUD1，影響鋼材產量和成材率。為此，2007年改造了軋機控制系統。

二、軋機控制系統

控制系統基于PROFIBUS-DP網絡，由高性能工業微機、PLC和全數字交、直流傳動控制裝置構成，輔以全分布式網絡（圖1）。該系統成本適中、結構簡單、擴展應用靈活，為減少故障點，盡量少用現場儀表。

圖1

1.控制網絡

（1）人機接口（HMI）。HMI圖形軟件采用 WinCC 6.0SP2。主操作室1個操作站主要用于存儲在線軋制表、生產報表、故障報警，顯示和打印，預設定和修改工藝參數，顯示主軋線模擬圖及軋線跟蹤畫面等。另1個操作站主要用于動態顯示軋線各參數。

（2）基礎自動化系統。考慮系統先進性、可靠性及滿足工藝控制要求前提下，結合性價比。基礎自動化系統采用1臺S7-416 PLC，主要配置CPU416-2DP和以太網卡各1塊，遠程I/O站采用ET200M。系統快速性將直接影響控制精度、可靠穩定運行和產品質量，為此將遠程I/O站和調速傳動系統連接至2段獨立的ProfiBus-DP網。6RA24、6RA70、軋機操作臺I/O站通過一段Profibus網絡連至PLC；冷床高速輸入輥道交流傳動變頻器6SE70、冷床上卸鋼及齒條步進控制I/O站、液壓站S7-200PLC及冷床操作臺I/O站通過另一段Profibus網絡連至PLC。

為保證主軋線系統控制快速性，盡量編制規范程序塊，并合理安排程序塊的調用和執行，在軋制過程中不調用執行和軋制過程控制無關的程序塊（如換輥程序、輥縫調整或用于機械本身的調整程序），最大限度減小程序周期。

2.通信網絡

（1）第一層。人機接口與PLC之間聯成工業以太網，實現信息交換。

（2）第二層。PLC、遠程I/O站以及調速傳動系統之間采用ProfiBus-DP通信網絡，PLC將設定參數和控制指令傳送至調速傳動系統，采集調速傳動系統狀態和電氣參數送至人機接口。

三、主要軋制控制功能

1.軋線速度級聯調節

出現套量偏差或速度修正信號時，以級聯方式調節相應的相鄰軋機速度，不影響其他軋機現有速度關系。根據上游軋機線速度增加量，軋機間延伸系數和減速機速比關系，計算出軋機電機速度給定量，確保相鄰軋機間金屬秒流量相等。由于中軋機組K7～K10軋機為1臺交流電機集中傳動且不可調速，因此將聯調系統分為兩部分，以K7～K10軋機為中心向兩端進行速度調節，K11、K12軋機采用逆方向調節，K11軋機進行加減速時，K12軋機進行加減速，K1～K6軋機采用順方向調節，從K6軋機向下游級聯。

2.軋線速度設定自適應

由于儲存在軋制程序表的輥徑、速比、計算速度等初始設定參數存在誤差，在軋制過程中，這些誤差會通過活套控制以速度修正信號的形式作用于相應軋機，形成真實速度配合關系。軋線速度設定自適應功能根據速度修正信號先調節相應軋機延伸率，進而修正速度設定值，使下一個軋件軋制時，各軋機間處于最佳配合狀態。為將操作人員經驗融入到自動化系統中，主操作臺設有軋機速度微調按鈕，用于人工調節軋機間速度協調關系。經人工確認，系統自動存儲此時軋機速度，作為該軋制程序的級聯速度設定。

3.軋線速度沖擊補償

當軋機咬鋼或運行中產生沖擊負荷，速度會瞬間降低，軋機間正常速度關系被破壞，易形成軋件堆積。速度沖擊補償功能是在軋件進入軋機之前提高此軋機速度，幫助軋件順利咬入軋機，減小和消除速度波動。以精軋機組速降補償為例，當第一架軋機6RA70直流傳動裝置發出負荷信號，表明該軋機已經咬鋼，而當前軋機尚無負荷信號，后續當前軋機在原給定轉速基礎上疊加一速降補償系數（通過畫面設定速度百分比），作為當前速度給定量。當本軋機收到6RA70裝置負荷信號后，疊加速度消除，以當前設定速度運行。

4.軋件跟蹤控制

微張力控制、活套及活套起套控制、飛剪控制、夾送輥、冷床及軋件運輸順序控制等需要了解軋件頭、尾位置。通過軋件跟蹤信號，實時監控軋件頭、尾位置，判斷軋制過程中堆鋼等故障。可利用直流傳動裝置檢測電流實現軋件跟蹤信號監測（較之熱金屬檢測儀，可大幅降低投資成本），如通過裝置S00選項中B138自由功能塊的限幅值監控器，當監測到實際電流高于設定的電流百分比C1時，認為該軋機已經咬鋼，當實際電流數高于設定的電流百分比C2時，認為該軋機已經拋鋼。運行中電流波動范圍受C1～C2控制。

5.軋制及成品支數統計

利用各軋機間負荷信號及鋼坯長度計算軋制支數，統計成品支數。以提高準確性，支數統計可通過人機界面進行增減干涉。另外，開機時部分軋機啟動電流過大，易造成統計失誤，因此啟動信號發出后，一般需要經過一段時間延時，方可進行支數統計。

控制系統改造后，棒材生產線運行穩定，停機時間減少，效果良好。

1 新疆八一鋼鐵（集團）公司“小型連軋機工藝與電氣控制”編寫組.小型連軋機工藝與電氣控制.冶金工業出版社,2003.6