帶鋼爐區輥道變頻改造及控制系統優化

時玉玲

摘要：帶鋼爐區輥道變頻改造及控制系統優化主要針對加熱爐區域所存在的問題，淘汰落后，充分開發裝置功能，完善控制方式，降低維護成本，使爐區設備更加節能運行，同時提高出鋼速度，使加熱爐更加可靠穩定的工作。

關鍵詞：全數字變頻裝置

1.項目提出的依據和目的

加熱爐出料端有爐門、出鋼機（抬起和行走）以及輥道等主要設備，在生產中為避免爐門和挑料桿撞擊，爐門和出鋼機設有位置連鎖，由于檢測位置的局限，爐門升到上限，出鋼機開始行走，出鋼機到達后限，爐門才可以下降，在此過程中，爐門和出鋼機只能有一個動作，同時出鋼機抬起運行距離短，啟動停止過程占據了運行的大部分時間，出鋼機抬起速度慢，這都延長了爐門敞開的時間，造成了煤氣的浪費，降低了出鋼速度。

加熱區出料端有輥道電機30余臺，原來是由電子開關柜經過接觸器帶電機工頻運行。電機啟動過程中對電網和負載的沖擊較大，容易產生操作過電壓而損傷電機絕緣，同時由于啟動過程頻繁，啟動電流大，保護措施較少，對電機的損害較大，影響了電機的壽命。工頻運行速度無法調節，速度太快，使得鋼對軋輥產生很大的沖擊，并且浪費電能。

帶鋼加熱爐步進梁PLC原控制系統，過程監控與實時數據顯示功能都是基于WINCC程序框架結構實現的，而在線使用的全部控制功能都是在Windows98系統下的設計，隨著近幾年來計算機技術的不斷發展，98操作系統已經被逐步淘汰，該系統與新軟件、硬件的不兼容，一致制約著設備的更新換代，同時隨著西門子WINCC系統版本的不斷升級，原先使用的V5.2版本與現在新的V6.0版本在WindowsXP系統下普遍存在著穩定性、兼容性、速度性等方面的問題。并且原來WINCC系統數據通信采用的是MPI通訊模式，其傳輸距離以及多臺上位機的使用都存在一定的局限，新的基于XP系統下的WINCC監控系統的升級與改造，無論從計算機的備件采購還是軟件的使用較原系統具有技術優勢和價格優勢，需要進行設備更新。

出鋼機抬起、行走原采用擋片式限位開關，其靈活性差，由于其位置溫度高、氧化鐵皮多，環境惡劣，極易出現故障。而且調節難度大、靈活性差，配合限位使用的減速機減速比太大，調節擋片位置的時候，行走運行的距離不好把握，造成調整的時間較長，一旦出現故障或者調整不當，就造成出鋼困難，經常延誤生產。

出料端輥道電機數量多，傳送距離長，跨過了RE0、R0兩架軋機，運行中保持一個速度運行，一旦輥道后軋機咬鋼，傳送輥道就基本不起作用，造成了電能的浪費。

2.主要技術簡介

2.1出料端輥道變頻的改造

采用丹佛斯變頻器，安裝控制柜，設計工、變頻兩條回路，之間能夠相互切換，日常工作采用變頻運行，有故障短時無法恢復的改由工頻控制。

設置啟動和停止的時間，保證正反向切換能夠在1秒鐘內完成，確保工藝通道不通暢時，操作的實時性。降低部分輥道電機的工作頻率，減少鋼對軋輥的沖擊。

此次改造為今年的大修項目，但項目組充分利用空閑時間安裝柜體，在定修時間敷設電纜，使用備件電機進行實驗，并于6月8號檢修時，一次性完成現場的接線和調試。

設計一臺變頻器控制4臺輥道電機，兩臺變頻器控制的輥道電機相互間隔，保證一組輥道電機故障時，鋼能夠平穩傳送，變頻器運行保護參數設置充分滿足4臺電機的運行，而又要兼顧到對每臺電機的保護。

2.2限位的改造

考慮到定位的精確度，采取兩個LQ8-2K-F型接近開關分別檢測出鋼機上下或者前后限位信號，制作安轉支架，在原限位開關支撐軸上焊接擋片，將接近開關安裝于支架上。以行走為例，調節兩個接近開關的位置，使行走在前限的時候擋片在前限接近開關處，行走在后限的時候擋片在后限接近開關處。這樣的設計完全滿足實用要求。同時保留原有的限位開關，通過一個三相開關控制是否使用新的限位系統，兩者互為備用。

另外，在前后限位基礎上，通過接近開關加入一個超后限位。避免出鋼機行走在后退過程中沖出后限位造成重大設備損失。

2.3 降煤耗、提速度，帶鋼加熱爐出料端控制優化

通過控制程序設定爐門上升1.5秒后，出鋼機行走可以前進，此信號保持4秒鐘，其與爐門上限位信號并聯，這樣形成新的位置點（如圖1），爐門上升時只要下端即將離開抬起的水平位置，出鋼機行走即可以前進。此時爐門還未到達上限，爐門還在上升，挑料桿也不會撞倒爐門。程序設計一旦爐門起不到上限，行走運行4秒以后自動停止，避免碰撞爐門。

2.4 監控系統的升級

在原有的S7-300 PLC硬件上配置CP-343以太網網卡，同時升級計算機操作系統為WINDOWSXP系統，采用以太網通訊方式實現計算機與PLC系統的通信，3#臺微機安裝SQL SERVER 2005、STMATIC STEP V5.4 、WINCC6.0等應用軟件，在新的計算機操作系統以及新的WINCC6.0中編制監控程序，在WINCC6.0中組態TCP/IP變量，重新制作監控畫面，連接TCP/IP變量，通過以太網實現對加熱爐步進梁系統的控制過程監控和實時數據顯示。

3.技術創新點

此次改造，實現了一臺變頻裝置對多臺電機運行的良好控制，通過對啟動電流、運行速度的控制達到了節約電能的目的。通過簡單的元器件實現了出鋼機的位置控制，優化了程序，減少了爐門開啟的時間，從而提高了出鋼速度，并且節約了煤氣消耗。

4.實施效果

改造后設備安排更加合理，可靠性提高，免維護。提高了系統的作業效率，減少運行成本。 電機可以實現軟啟動，峰值電流和峰值時間大為減少，可消除對電網和負載的沖擊，延長了電動機的使用壽命。同時有效的控制了電機故障的發生，減小了維護工作量。

全數字變頻裝置有良好的保護監控功能，且具有故障存儲記憶，自適應參數優化等多種功能，有利于故障的判斷。

改造完成后限位調節直觀、靈活，調節過程可以在3分鐘之內完成，減少了平時調節限位的時間和職工的勞動量，而且對出鋼機的運行提供了安全保障。

項目實施后，每一個出鋼周期縮短了10秒鐘左右，爐門敞開的時間縮短了9秒鐘左右，對于爐溫的保持，以及節約煤氣，控制煤氣消耗效果顯著。同時出鋼速度也可以得到提高，對于生產尤其是寬厚規格生產及其有利。