特殊鋼廠軋機控制系統優化研究

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特殊鋼廠軋機控制系統優化研究

1 存在的問題

小型合金鋼棒材半連軋系統投入運行后，在生產過程中出現了許多故障，如功率柜內的快速熔斷器頻繁燒壞、電網電壓波動厲害、活套自動調節不正常以及堆拉鋼現象頻繁等，還經常出現成品鋼材頭部帶耳子的現象，有的甚至長達十幾米，造成成品尺寸嚴重偏差，且生產過程中調整困難，極大地影響了鋼材的成材率。

其直接原因主要是鋼坯在咬入軋機的瞬間，形成了一定的動態速降，受速降的影響，各軋機之間秒流量相等的關系被破壞，從而使各軋機之間的堆拉關系被破壞；而又因每根鋼的速降不一樣，造成調整相當困難，極易產生頭部耳子現象。其根本原因是設計系統中未考慮生產實際現場電源波動因素的影響(由于電網容量比較小，電源電壓受負荷影響比較大，致使網絡電源波動幅度較大)，對電網質量因素影響抗干擾能力比較差，滿足不了快節奏的軋制生產需要，以及沖擊補償系統、活套調節系統不理想，使系統在邏輯判斷上出現時間誤差，從而出現成品鋼帶耳子與活套調節不穩等現象。

本文通過對連軋電控系統進行適應性技術改造，使其自動控制水平得到提高，并進一步提高軋機生產效率和成材率[1-2]。

2 控制系統優化

2.1 控制系統設計[3-5]

小型連軋控制系統采用西門子公司S7-400 PLC控制系統，傳動部分采用西門子公司的6RA70全數字直流調速裝置。該套自動控制系統由12架連軋機直流主電動機傳動控制系統和連軋過程自動化控制系統組成。采用西門子S7-400系列PLC，通過PROFIBUS-DP，將12臺西門子全數字6RA70直流調速裝置和2臺西門子遠程ET200M操作站連接在一起，完成軋線的通信、邏輯控制、故障報警及連鎖控制、速度連調、微張力及活套的控制等，通過PROFIBUS-DP現場總線控制12臺軋機的運行、停車、調速及故障處理，現場操作臺上的控制信號通過2臺遠程ET-200經總線送至S7-400處理，進行實時自動控制。2臺工控機通過MPI網與S7-400系列PLC連接，實現對整個棒材中、精軋連軋生產線的參數設定與監控功能。其具體系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

采用電壓前饋技術、速度雙閉環控制技術和直流調速裝置脈沖封鎖技術對合金鋼棒材連軋電控系統進行相關優化，并對相應工控機程序進行重新優化編寫，以解決車間實際生產中出現的各類問題。

2.2 控制系統優化[6]

1)針對原連軋電控設計系統中的沖擊補償系統、活套調節系統不理想，有時造成系統在邏輯判斷上出現時間誤差，易造成成品鋼帶耳子與活套調節不穩等制約生產的難題。采用沖擊速度補償，即速度雙閉環技術(見圖2)，解決了頭部耳子問題，提高了成材率，保證了鋼材尺寸的穩定正常。

圖2 速度雙閉環功能框圖

連軋直流調速裝置所帶負荷為直流電動機，而電動機的電感量較大，使得電流環的響應速度不是很快(該裝置響應時間約為100 ms)。當電壓波動速度較快時，電流環將跟不上電壓的波動，從而引起電動機速度的波動，由于各軋機機械及電氣參數的不一致，從而造成各軋機波動速度不一樣，打亂了原先已調整好的各軋機間的堆拉關系，造成堆鋼、卡鋼事故出現，從而易造成軋材尺寸超差報廢。

速度雙閉環裝置采用經典的轉速電流雙閉環調速系統，裝置的動、靜態性能較高。當電壓波動小而緩時，輸出電壓波動后引起電流的波動，通過電流環的反饋調節，使電流保持不變。

2)直流傳動的控制部分選用Siemens公司的6RA70系列全數字直流控制器，所用四象限工作裝置的功率部分電路為2個三相全控橋， 勵磁回路采

用單相半控橋，從而實現電動機電樞可逆和回饋制動。在正常軋制過程中，6RA70直流控制器正組脈沖觸發器驅動正組三相全控橋，而在此存在反組脈沖觸發器導通現象，造成相間短路而燒壞快速熔斷器。針對上述問題，通過更改6RA70設置，使在正組脈沖導通的同時，封鎖反組脈沖，反組脈沖只有在軋機要求反向和回饋制動時導通，這樣避免了因功率柜內快熔頻繁燒壞而引起的問題。

3)增加故障報警功能。在小型連軋控制系統中，共包含12架軋機電控部分、潤滑系統及液壓控制部分，為提高系統的可靠性，系統中相關的聯鎖比較多，這樣帶來的故障點也比較多。當實施系統程序優化后，增加多方面的功能報警，使得整個軋線狀態及各類故障直觀地顯示在工控機上，一旦發生故障，現場值班人員得以在較短的時間內找到故障點，大大提高故障處理速度。

3 結語

對工控機程序實施優化方案后，不僅可有效地進行各項工藝參數在線計算，提高了參數計算的準確性，杜絕了人為因素造成的工藝事故，還使其自動控制水平得到提高，并進一步提高了軋機生產效率和成材率。

[1] 溫智童.新一代棒材精軋機組技術[J].中國科技博覽,2016,24(6):24-26.

[2] 陳云澤.自適應模糊PID軋機液壓AGC系統特性研究[J].太原科技大學學報,2015 (3):34-36.

[3] 張杰.單機架可逆式冷軋機PLC控制方法[J].自動化應用,2015(12):31-33.

[4] 張志剛,崔興旺.變頻器使用中應注意的問題[J].科技信息,2012,15(11):47-48.

[5] 賈振虹,吉強.變頻器頻繁故障的原因分析[J].甘肅科技,2012,21(7):69-70.

[6] 趙劍波.單機架可逆冷軋機的電氣控制系統研究[J].信息技術與信息化,2015(9):69-70.

責任編輯 馬彤

孫克儉

(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司 特鋼事業部，山東 萊蕪 271104)

在小型合金鋼棒材半連軋原設計系統中，未考慮生產實際現場電源波動因素的影響，對電網質量因素影響抗干擾能力比較差，不能滿足快節奏的軋制生產需要。沖擊補償系統、活套調節系統不理想也會造成系統在邏輯判斷上出現時間誤差。通過對連軋電控系統進行適應性技術改造，采用沖擊速度補償，更改6RA70設置，增加故障報警功能等手段，使其自動控制水平得到提高，并進一步提高了軋機生產效率和成材率。

特殊鋼；控制；優化

Control System Optimization of Special Steel Mill

SUN Kejian

(Shandong Iron and Steel Limited by Share Ltd Laiwu Branch Special Steel Division, Laiwu 271104, China)

In the actual production process of the semi-continuous rolling system of small alloy steel bar, according to the requirement of production, the number of rolling mill is different. In the original design system, the influence of the actual field power supply fluctuation is not considered, and the influence of the quality factor of the power network is relatively poor, which can not meet the demand of the rolling production. The impact compensation system and adjustable system are not ideal, and sometimes let the system to appear on the logical judgment time error. In order to further improve the production efficiency of the mill, increase the rate of finished products, and improve the automatic control level of rolling control system.

special steel， control， optimization

孫克儉(1973-)，男，工程師，主要從事冶金設備自動化控制等方面的研究。

2016-05-27

TG 333.2

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