粗軋機換輥系統自動控制系統的開發

楊蘭萍，尹爽

（山東省冶金科學研究院，山東 濟南 250014）

粗軋機換輥系統自動控制系統的開發

楊蘭萍，尹爽

（山東省冶金科學研究院，山東 濟南 250014）

粗軋機換輥系統應用位移編碼器、接近開關等作為檢測輥子位置并定位的工具，采用PLC、工控軟件STEP7 V5.4及Wincc V6.2進行自動控制，完成換輥液壓缸的自動定位、自動換輥。應用表明，換輥裝置定位準確，20 min即可完成1次換輥。

粗軋機；換輥系統；自動控制系統；位移編碼器

1 前言

粗軋機換輥系統是軋鋼生產線的基礎組成部分，包括換輥車、液壓站兩部分。液壓站為軋機提供壓力油，保證換輥工作正常執行，當其溫度、壓力異常時容易引起站內事故，會使換輥系統失靈，致使軋機機架不能正常工作，而輥子磨損則影響板材質量。因此換輥系統在生產過程中起著至關重要的作用。為此，開發換輥系統自動控制系統，以實現安全快速換輥。

2 換輥系統自動控制系統組成

換輥系統主要設備包括換輥車、卷筒電機、液壓缸（34個）、接近開關，另有壓力、溫度、位移等檢測元件。該系統可在中控室對系統的運行狀態進行監控，并通過操作臺操作換輥車與液壓缸將舊的工作輥與支撐輥拉出，將新的工作輥與支撐輥推進軋機進行換輥工作，保證軋鋼生產線的正常運行，并為保證板材質量提供基礎保障。

2.1 硬件組成

控制系統組成：PLC選用1套Siemens S7-300控制系統（CPU：6ES7 315-2DP）、1個操作臺，通過Profibus-DP網絡實現對遠程控制站及其他聯網設備的控制。受控設備包括4臺西門子70系列變頻器（分別控制2臺工作輥小車、1臺支撐輥小車及卷筒電機）。該系統通過以太網交換機與軋機液壓站的2套Siemens S7-300控制系統、2臺上位機、1臺觸摸屏實時通訊，完成數據交互應用、數據記錄；與軋機主系統通過DP-DP Coupuler通訊。

2.2 軟件組成

系統下位編程軟件采用西門子STEP7 V5.4，通過對變頻器、位置編碼器、S7-200站進行網絡組態，讀取各設備控制參數，并向各設備發送多個控制字，完成對變頻器、位置編碼器的精確控制。上位機中控室監控軟件采用西門子WINCC V6.2，設計中控室監控畫面。在畫面上可以對設備運行狀態、故障信息進行實時監測、記錄并報警；可以遠程控制站內設備的手動、自動啟動停止；可對換輥車操作狀況、換輥車限位、液壓缸各限位到位信號、液壓缸動作、部分液壓缸位置等進行實時監測，并可設定液壓缸裝置，以實現對該液壓缸的定位控制。

2.3 換輥系統的控制方式

換輥系統的操作方式分為半自動和手動操作。手動操作，可單獨操作閥臺、換輥車等設備的啟動、停止；半自動操作，換輥車通過主令控制小車速度、方向，小車在到達加速位、減速位、停止位時分別執行相應動作。換輥完成后軋鋼，在軋鋼狀態下，機架內換輥用閥組不允許動作。所有液壓缸均可手動或自動控制，手動操作時，液壓缸點動控制；自動控制時，各液壓缸根據各限位開關的狀態檢測自動動作或停止。液壓缸與換輥車聯鎖：旋轉軌道閉合前，橫移液壓缸3和4均不得動作；換輥小車拖鉤與下工作輥掛鉤連接，軸端擋板打開后，換輥小車方允許動作；換輥小車拉出下工作輥行程150 mm過程中，上工作輥彎輥平衡缸不得動作；當換輥小車觸碰接近開關停止后，上工作輥彎輥平衡缸才可以縮回，使上工作輥落在下工作輥上。

換輥車變頻控制，由端子輸入控制啟、停，速度由操作人員通過主令給定，變頻控制方式設定為V/f控制，加速時間5 s、減速時間5 s，啟用RS觸發器U952。由于工作輥小車行程短，基于安全性操作的考慮，最大轉速限定為小車電機額定轉速的70％。支撐輥換輥車卷筒電機由變頻控制，當支撐輥換輥車正向運行時拖動卷筒電機轉動，該變頻器無需工作。支撐輥換輥車反向運行時，在支撐輥小車加速點前，卷筒電機以D1速度運行；在支撐輥小車減速點后，卷筒電機以D2速度運行；當小車在加速與減速點之間，卷筒電機速度等于小車速度乘一定系數，此系數為經驗值。根據支撐輥小車行程、卷筒電機參數、卷纜長度與卷筒內外直徑綜合考慮，使卷筒電機與換輥車線速度相同，并參考實際運行情況得出。

2.4 應用位置編碼器檢測液壓缸位置

應用編碼器檢測位置的液壓缸有導衛護板、支撐輥抬升缸等共計6個。由于位移傳感器的安裝位置不同，而傳感器靈敏度較高，每個液壓缸均需單獨標定，使其檢測位移與實際位移相符。導衛護板機械安裝時，為使得左右護板不傾斜，需單個護板分別設定工作位置，單獨動作。

支撐輥抬升缸的定位有上限、下限2個限位。支撐輥抬升缸在上限或下限時，支撐輥換輥車可動作；反之換輥車不可動作。上、下限根據現場實際工作位置，由操作人員在上位機輸入設定。

2.5 位置編碼器的液壓缸位置檢測及計算

CPU經SM 338模塊通過RS-422總線讀取絕對值編碼器的碼值，并將輸入值由格雷碼轉換為二進制碼，由程序通過以下計算得出被檢測位置：

其中：D為液壓缸全行程，Ms為編碼器最小碼值，Mx為編碼器最大碼值，P為液壓缸的當前位置，Mi為當前碼值。位移傳感器選用磁致伸縮位移傳感器，檢測數值精確可靠，其位置可精確至0.02 mm，完全可以滿足現場生產需要。

3 應用效果

粗軋機換輥自動控制系統應用后，操作人員通過觸摸屏監測換輥車限位狀態、液壓缸動作，讀取液壓缸的準確位置，操作方便，避免了遠距離看不清限位燈而作出錯誤判斷現象，解決了因機架內水油多接近開關易壞、需經常更換的問題。實際生產應用過程中卷纜隨換輥小車動作，平滑穩定；換輥系統20 min完成1次換輥，達到了快速換輥的要求。

Development of the Automatic Control System for Rougher Roll Changing System

YANG Lan-ping,YIN Shuang
（Shandong Metallurgical Research Institute,Jinan 250014,China）

The automatic control system for rougher roll changing system used displacement encoder and proximity switch to detect and locate the site of rolls and adopted the PLC,STEP7 V5.4 and Wincc V6.2 to control the roll changing system automatically, accomplishing automatic positioning of the hydraulic cylinders and automatic roll changing.Applications showed that the positioning of the roll changing device was accurate and it accomplished roll changing in 20 minutes.

roughing mill;roll change control system;automatic control system;displacement encoder

TP273

B

1004-4620（2011）04-0055-02

2011-06-28

楊蘭萍，女，1977年生，2002年畢業于濟南大學工業自動化專業。現為山東省冶金科學研究院助理工程師，從事電氣自動化技術工作。