西門子技術(shù)在棒材軋機改造中的應(yīng)用

摘要：江蘇蘇鋼集團有限公司810棒材軋機在改造過程中采用了西門子的交直流傳動裝置、PLC技術(shù)、現(xiàn)場工業(yè)總線和工業(yè)組態(tài)軟件等，使改造后的軋機系統(tǒng)滿足了適用性、可靠性，提高了操作、維護的方便性，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制的精度，從而達到了本次改造的目的。

關(guān)鍵詞：棒材 軋機 西門子技術(shù) 改造

0 引言

江蘇蘇鋼集團有限公司棒材廠810棒材軋機，系引進于1980年在英國Brymbo鋼廠建成投產(chǎn)的的二手設(shè)備，蘇鋼于2006年恢復(fù)建設(shè)該生產(chǎn)線，并以此為契機，對現(xiàn)有生產(chǎn)線存在的問題進行適當改造，以達到順利生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的目的。

該軋制線主要？準810mm二輥可逆式粗軋機、？準810mm二輥可逆式中軋機、？準670mm二輥不可逆精軋機、軋后設(shè)有兩條鋸切線、兩套翻轉(zhuǎn)式冷床、鋼坯收集臺架等組成。

由于整個軋制區(qū)和熱鋸區(qū)設(shè)備的原傳動裝置和控制系統(tǒng)系上世紀七十年代末的技術(shù)和產(chǎn)品，存在著控制精度差、無備件、維護困難等一系列問題，因而有必要在此次恢復(fù)過程中對其升級改造。本次改造通過選型對比選用了西門子的交直流傳動裝置、PLC技術(shù)、Profibus現(xiàn)場工業(yè)總線技術(shù)和WinCC工業(yè)組態(tài)軟件等，本文對其應(yīng)用情況作簡單的介紹。

1 傳動技術(shù)

1.1 輔助直流電機調(diào)速裝置 軋制區(qū)的輥道、機械手、壓下裝置，以及熱鋸區(qū)的定尺擋板、冷床、冷床輸入鏈等都由直流電機驅(qū)動，選用SIMOREG 6RA70系列全數(shù)字控制整流裝置，其具有結(jié)構(gòu)緊湊，方便組柜節(jié)省占地面積。裝置本身帶有參數(shù)設(shè)定單元，不需要其他的任何附加設(shè)備即可完成參數(shù)的設(shè)定，所有的控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視及附加功能都由微處理器來實現(xiàn)，具有自適應(yīng)最佳傳動控制功能，達到最優(yōu)化的方式運行。具有強大的保護功能：過流、斷流、過壓、欠壓、超速、缺相、斷電、失磁、測速機斷線、堵轉(zhuǎn)、電機過熱等等，以及綜合的自保護功能。標準的Profibus接口，傳輸速率快，可通過Profibus-DP傳到PLC系統(tǒng)，并將有關(guān)電機運行參數(shù)，如電流、速度、溫度數(shù)據(jù)、變化趨勢曲線及報警信號集成到主控室MMI畫面，實現(xiàn)在MMI畫面集中操作、監(jiān)視和啟動。

1.2 粗、中軋機直流主傳動 粗、中軋主傳動采用直流電機驅(qū)動，其功率分別高達3000kW和2000kW，分別由容量為4800kVA、3200kVA的三繞組整流變壓器供電。兩套傳動裝置的配置和控制原理基本相同，都由整流變兩副邊繞組分別經(jīng)由兩臺6RA70控制的大功率SCR可逆整流橋整流后并聯(lián)給電機電樞供電，滿足大容量電機功率要求和過載能力。兩臺主控6RA70配置SIMLINK網(wǎng)，主從工作，完成裝置間的電流平衡。同時6RA70通過配置的Profibus-DP接口，與軋線主控PLC系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)交換數(shù)據(jù)。

1.3 變頻調(diào)速裝置 軋線上交流調(diào)速輥道電機控制系統(tǒng)采用集中整流單元+公共直流母線+逆變器+制動電阻的方案，逆變器選用西門子公司具有矢量控制功能的6SE70系列，采用公共直流母線結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制。這種方式具有較高的性能價格比，在保證性能的前提下，可有效地節(jié)省投資費用，而且在運行過程中由于逆變器可將再生電能送回直流母線，可達到節(jié)能的效果，降低運行費用。裝置還提供了完備的監(jiān)控保護與故障自診斷功能，通過Profibus-DP接口與上一級自動化系統(tǒng)相連接，進行集中操作控制，監(jiān)控，參數(shù)的設(shè)定和各種信息的交換。

2 基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)

基礎(chǔ)自動化由軋制區(qū)1#主PLC（S7-400）、熱鋸區(qū)2#主PLC（S7-400）組成，二套PLC通過Ethernet連接，達到資源共享，快速交換數(shù)據(jù)的控制目的。主PLC中配置Profibus-DP現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)接口，其中主PLC通過1#Profibus-DP網(wǎng)與各操作臺、箱、站內(nèi)的ET200M相連，通過網(wǎng)絡(luò)收集或發(fā)出各種反饋、操作及執(zhí)行信息。另有2#Profibus-DP網(wǎng)與傳動系統(tǒng)中各傳動裝置配備的CBP通訊板連接所有傳動數(shù)控裝置，用以控制各區(qū)相關(guān)的電氣傳動設(shè)備，實現(xiàn)快速傳遞數(shù)據(jù)的目的。

1#主PLC（軋制區(qū)）共配有5個ET-200遠程站，分別放于粗軋機前操作室、粗軋機后操作室、精軋機操作室、1#油站和2#油站內(nèi)，用于連接相應(yīng)區(qū)域的各種信號。

1#主PLC控制內(nèi)容主要有：粗、中、精軋機組入口＼出口輥道的啟停及速度控制；粗、中軋機組入口＼出口的翻鋼機、移鋼機的動作控制；粗、中軋機組間T1、T2移鋼機的控制；精軋主電機控制；粗、中、精軋機組輥縫的控制；軋制區(qū)域的液壓站、潤滑站、干油站、風機和水泵等的控制等等。

2#主PLC（熱鋸區(qū)）共配有10個ET-200遠程站，分別放于冷床區(qū)操作室、1#線鋸區(qū)操作室、2#線鋸區(qū)操作室、T3/T4/T5操作室、E5主電室、鋸區(qū)液壓站、下料區(qū)液壓站、T7T8液壓站等，用于連接相應(yīng)區(qū)域的各種信號。

2#主PLC控制的主要內(nèi)容：兩條鋸切線輥道的啟停及速度控制；熱鋸電機的控制；鋸區(qū)和冷床區(qū)液壓站、潤滑站、干油站的控制；冷床輸入、輸出、連接輥道的控制；T3、T4、T5臺架輸入輥道的控制等等。

3 過程自動化系統(tǒng)

過程自動化系統(tǒng)的上位機由五臺HMI（人機接口操作站）、一臺工程師站組成，其中HMI1～HMI5分別放置于：粗軋機前操作室、中軋機前操作室、精軋機操作室、熱鋸操作室和冷床操作室。

HMI、工程師站系統(tǒng)均配以西門子WinCC 6.0工業(yè)組態(tài)軟件，該軟件功能強大，性能可靠，這一運行于Microsoft Windows 2000或XP下的Windows控制中心，已發(fā)展成為業(yè)界遵循的標準，開放的系統(tǒng)內(nèi)核集成了所有SCADA系統(tǒng)功能。棒材廠軋線的人機接口（HMI）系統(tǒng)通過以太網(wǎng)相互之間連接，并與基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)連接，具備友好的圖形化界面。主要功能包括：參數(shù)設(shè)定、設(shè)備控制、狀態(tài)顯示、事故報警、故障診斷、趨勢分析六大類。基本的參數(shù)設(shè)定有：各軋機速度、定尺長度、軋輥直徑、延伸率、原料成品規(guī)格、拋鋼速度、壓下量、各種限幅報警值設(shè)定等。

4 通訊網(wǎng)絡(luò)

4.1 現(xiàn)場級-Profibus 基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)與各傳動系統(tǒng)之間的設(shè)定值、指令和數(shù)據(jù)均通過PLC機架裝配的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)接口進行傳送，提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度。

在現(xiàn)場I/O比較集中的地方均設(shè)有ET200M遠程站，通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)化分布式控制，能夠有效地減少項目的投資和現(xiàn)場施工量，增加系統(tǒng)的可靠性，方便現(xiàn)場的維護，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活先進，符合控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢的特征。

4.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)級-Ethernet 以太網(wǎng)作為連接操作員站、工程師站和自動化系統(tǒng)站的系統(tǒng)總線，實現(xiàn)基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)與過程自動化系統(tǒng)之間及基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)各PLC之間的數(shù)據(jù)通訊，以太網(wǎng)在物理層上采用高防護等級的通訊線纜及光纖傳輸，提高了通訊的安全可靠同時保證了高速的通訊速率。在主控室、操作臺站點集中的地點設(shè)網(wǎng)絡(luò)交換機組成交換式快速以太網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)效率與網(wǎng)絡(luò)帶寬，同時方便移動式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和二級（生產(chǎn)）管理系統(tǒng)的接入。

5 結(jié)束語

由于本次改造充分運用了西門子的交直流傳動裝置、PLC技術(shù)、現(xiàn)場工業(yè)總線和工業(yè)組態(tài)軟件等技術(shù)，使改造后滿足了軋機系統(tǒng)的適用性、可靠性，提高了操作、維護的方便性，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制的精度。自改造后投運至今，實踐證明，該系統(tǒng)達到并超越了原設(shè)計功能，安全可靠，能確保設(shè)備連續(xù)、可靠運行，滿足高效、有序地組織生產(chǎn)的要求，從而達到了本次改造的目的。

參考文獻：

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[3]廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，第2版2006.

作者簡介：徐利君（1965-），男，江蘇蘇州人，江蘇蘇鋼集團有限公司棒材廠，工程師，主要從事電氣自動化技術(shù)。