棒材半連軋自動化系統的應用

摘要:在安鋼第一小型軋鋼廠棒材半連軋線電氣系統中，用全數字直流調速裝置DV-300、PLC、監控機構成數字直流調速系統，最終實現自動化、調速數字化、自動網絡化，達到了提高軋制速度、縮短停機檢修時間、節電的目的，經濟效益顯著。

關鍵詞:直流調速 自動化 網絡化

0 引言

安鋼第一軋鋼廠棒材軋制原來采用模擬系統，用電路板來控制，指針顯示，信號不穩定，顯示不準確，調節精度不夠，造成尺寸波動，現采用數控半連軋，粗軋由單獨的直流電機拖動，中、精軋12架軋輥構成連軋，軋制時要求各機架間秒流量相等。

本套半連軋系統采用GE系列，由全數字直流調速裝置DV300對電機形成雙閉環調速系統，GE series 90-70經PROFIBUS現場總線與各機架數控裝置及PLC相聯系，完成軋線的通訊、邏輯控制、故障報警及連鎖控制、速度連調的控制。由cimplicity通過PLC經Ethernet網進行上位機畫面監控，完成軋線狀態監視及軋線參數的設定，如軋制規格、軋機速度等。

1 用全數字化直流調速裝置DV300構成傳動系統的原則和步驟

1.1 DV300的硬件組成 ①根據工藝要求，主回路方案選用直流調速裝置。本設備選用GE DV300系列全數字直流調速裝置。②按電機參數選擇調速裝置的容量。據本12主傳動電機參數選直流調速裝置型號參數為:DV3006KDV1800…及6KDV2350…。③根據電網相數、電機特點、裝置位置、檢測元件、控制方式設置撥碼及輸入、輸出。

在本調速系統中，DV300使用了三塊板子:R-TPD3:完成電樞勵磁觸發、脈沖使能、數據運算及輸出等功能，可根據電網相數(S8)、速度檢測方式(S4、S5、S6、S20、S21、S22、S23、S27、S28)、磁場電流(S14)、等設置相應的撥碼;TBO:完成模擬數字數據量采集;報警輸出;SBI-PDP-32:完成與上下機架及PLC的通訊(如是單機架調速，無通訊，可不選);

1.2 DV300調速原理 本系統采用雙閉環直流調速系統，其一是由DV300內置的電樞電流調節器和電流互感器構成的電流環，其二是由DV300內置速度調節器和安裝在直流電機軸上的光電脈沖編碼器構成的速度環。速度環為主環，電流環為副環。速度調節器和電流調節器實現串級連接，由速度調節器驅動電流調節器，再由電流調節器去控制觸發電路，觸發晶閘管控制軋機電機進行調速。

DV300調速采用調壓和弱磁相配合的方案:在電機額定轉速以下保持額定磁通不變，只調節電樞電壓，在額定轉速以上保持電壓為額定值，減弱磁通升速，保持反電動勢恒定。其控制過程如下圖所示:

1.3DV300的雙閉環調速功能 上述一系列調節器已集成至DV300，通過設置一些相關參數，使之符合軋機直流調速系統的需要。其參數設定與監視可通過DV300的操作面板實現，也可通過專用軟件Control system toolbox實現。

基本參數設定如下:

motor data 在此欄下輸入電機基本參數

motor field磁場額定電流

field reg mode磁場調節模式

full load curr 電樞額定電流

motor max speed電機最高轉速

max out voltage 電樞額定電壓

crossover speed 電機基速/最高轉速

Speed feedback 在此欄下輸入與檢測元件相符的設置

Speed feedback sel=Encoder 2 速度反饋選擇

Enable fbk control=Enable速度反饋使能

Enable fbk bypass 速度反饋丟失后，是否切到電樞反饋

Encoder 2 pulse=1024編碼器脈沖數

Encoder 2 loss detect=enable 速度反饋丟失檢測報警使能

Configuration在此欄下輸入控制方式

Main commands=digital命令方式

Control mode=bus控制方式

Spec functions在此欄下輸入網絡聯結命令字

Source=57+8192=8294

Destination=503+8192=8690

1.4 調速系統的網絡實現 構成連軋的機架數控裝置DV-300與PLC之間用PROFIBUS網連結，每個DV300裝置均有唯一的傳動通訊地址。PLC與上位機、監控機采用Ethernet通訊網絡。PLC系統負責現場數據的采集和處理，上位機則完成對數據的最終顯示和系統中其它的控制和管理任務。

上位機采用cimplicity軟件開發的監控畫面可實時觀察和修改PLC的各種數據，本監控畫面主要包括以下幾個部分和功能:設定、監控、報警畫面等。

設定包括:

軋制程序表用于選定軋制規格及該規格軋制所需的各種數據，完成對軋線的自動設定，并有適時修改、存儲軋制程序表功能。

輥環直徑用來設定各軋機輥徑，PLC自動修正主電機轉速，使得各機架秒流量相等。

活套高度用來設定套高實現微張力軋制。為保證成品質量，在中二中軋和精軋中加入活套活，以活套套量為目標，以速度調節為手段，即可達到控制活套實現微張力軋制的目的。具體方法為:當活套套量超過設定值時，就降低上游機架的速度;反之，則升高上游機架的速度。

監控包括:

工藝概況過鋼情況，各架主電機電流、轉速顯示。

軋機監控用于所選軋制程序表中設定的延伸率，及實際值，各軋機的在線/離線狀態及速度自適應修正量、速度值、電機電流百分數、出口線速度等，提供速度超前率的設定用以補償動態速降。

軋機操作用來設定成品機架的線速度，提供試小樣選擇并可設定試小樣速度，顯示機架運行狀態，并可設定自適應投入并可存儲自適應值，機架間自動調節系統(活套)產生的速度修正信號反映設定的機架間速度關系的誤差，速度設定自適應系統根據穩定軋制時這一誤差的大小修正對應機架的速度，這一修正后的速度將使下一根鋼到來時，機架間的速度配合關系處于最佳狀態。

速度顯示顯示各機架實際轉速及速度給定值，方便直觀地判斷系統穩定性。

報警畫面顯示系統工作過程中所發生的各種故障，可幫助工作人員迅速確定故障源以利于維護人員排除故障，恢復系統正常工作。

2 使用效果

主傳動靜態精度:實際達到0.01%。主傳動動態響應:實際達到9rad/s。軋制線速度:提高到19.7m/s，產品尺寸精度達到±0.2mm。應用領域:260機組棒材生產線新技術的研制和開發項目，主要應用于冶金建材生產領域。作用意義:產品尺寸精度滿足DIN標準;螺紋鋼獲國家免檢產品，中國十佳;年產量提高了17.61%;年增效853萬元;成材率提高了0.860%，年增效164萬元;定尺率提高了0.756%，年增效80萬元;負差率提高了0.907%。年增效630萬元。直接經濟效益和間接經濟效益顯著。

3 其他有待完善的問題

①為提高轉速且保證系統穩定運行時各保護參數的設定。②為減少系統保護的誤動作，增強系統抗干擾能力。③完善PLC程序中的各種保護，完善HIM監控畫面及報警顯示。

參考文獻:

[1]自動控制原理，劉自厚編，冶金工業出版社.

[2]DV-300TM Adjustable speed drives 1stPART:Specifications installation guidelines and drive operation.

[3]DV-300TM Adjustable speed drives 2stPART:Function description troubleshooting and parameters.

[4]Quick Start up and Reference Guide for DV-300TM drives.

[5]CIMPLICITYHMIfor Windows NT和windows 95.