鉻鋼酸洗線的三電控制系統(tǒng)
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
張文斌
（山西太鋼工程技術(shù)有限公司電氣科，山西 太原 030009）
摘要：主要介紹了鉻鋼酸洗線的三電控制系統(tǒng)，即二級過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、一級基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)、零級現(xiàn)場自動化系統(tǒng)的構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)的主要功能。
關(guān)鍵詞：鉻鋼酸洗線；三電控制系統(tǒng)；功能中圖分類號：TP273：TG335. 11
0引言
近年來，隨著市場對400系不銹鋼的需求越來越大，太鋼集團(tuán)公司逐年加大了400系不銹鋼的生產(chǎn)比重。由于絕大多數(shù)400系不銹鋼需要通過罩式爐進(jìn)行退火，而常規(guī)的退火酸洗線配有退火爐，這將造成不必要的浪費(fèi)，加大生產(chǎn)成本，因此，熱軋鉻鋼連續(xù)酸洗線應(yīng)運(yùn)而生。它針對已經(jīng)經(jīng)過罩式爐退火的鉻鋼帶卷不再配置退火爐，因而避免了其他原料線處理鉻鋼卷時對爐溫的調(diào)節(jié)，并且沒有燃?xì)饨橘|(zhì)的消耗。由于新建熱軋鉻鋼連續(xù)酸洗線的專業(yè)化生產(chǎn)，大大減少了生產(chǎn)組織和生產(chǎn)準(zhǔn)備的工作和時間，各原料線也不會因?yàn)轭l繁更換鋼種而增加排酸次數(shù)，造成工藝的不穩(wěn)定和成本的提高。
1鉻鋼酸洗工藝簡介
新建熱軋鉻鋼連續(xù)酸洗線以鉻鋼專用酸洗而得名，其工藝流程如下：鋼卷小車→開卷機(jī)→矯直機(jī)→剪機(jī)→焊機(jī)→人口活套→破鱗機(jī)→拋丸機(jī)→重刷→硫酸酸洗→次重刷→混酸酸洗→清洗烘干→出口活套→檢查臺→剪機(jī)→卷取機(jī)→鋼卷小車。鉻鋼酸洗工藝流程簡圖如圖1所示。
2鉻鋼酸洗線三電控制系統(tǒng)構(gòu)成
新建熱軋鉻鋼連續(xù)酸洗線設(shè)備總裝機(jī)容量為8 693 kW．處理帶鋼厚度為2.0 mm～6.0 mm，設(shè)計(jì)產(chǎn)量為38萬噸／年。為了完成該機(jī)組的控制要求，必須開發(fā)出自動化程度高、控制系統(tǒng)復(fù)雜、控制功能完善的三電一體化系統(tǒng)。本項(xiàng)目的三電一體化系統(tǒng)包括：二級過程自動化系統(tǒng)、一級基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)、零級現(xiàn)場自動化系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。三電控制系統(tǒng)配置簡圖如圖2所示。
2.1 二級過程自動化系統(tǒng)
三電控制系統(tǒng)中的二級過程自動化系統(tǒng)由2臺惠普PROLIANT服務(wù)器、1臺工程師站、4臺操作員站構(gòu)成。兩臺服務(wù)器一用一備，一臺作為在線運(yùn)行服務(wù)器，一臺作為后備服務(wù)器。如果在線服務(wù)器出現(xiàn)故障，另一臺后備服務(wù)器立刻接管，自動投入運(yùn)行，以便連續(xù)運(yùn)行，防止生產(chǎn)故障中斷運(yùn)行。每臺服務(wù)器裝有兩塊硬盤，組成RAID-1磁盤陣列形式，當(dāng)一個硬盤失效時，系統(tǒng)可以自動切換到鏡像硬盤上讀／寫，并且不需要重組失效的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的冗余，保護(hù)數(shù)據(jù)的安全。二級過程自動化系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：通過以太網(wǎng)與一級基礎(chǔ)自動化相連接和通訊；通過以太網(wǎng)與廠級生產(chǎn)控制系統(tǒng)進(jìn)行連接和通訊；根據(jù)生產(chǎn)要求進(jìn)行設(shè)定計(jì)算，然后將設(shè)定值傳送給一級基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)；執(zhí)行機(jī)組的物料跟蹤；提供人機(jī)對話和數(shù)據(jù)通訊功能；收集實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理和生成各種生產(chǎn)報(bào)表；將生產(chǎn)結(jié)果上傳給廠級生產(chǎn)控制系統(tǒng)。
2.2 一級基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)
三電控制系統(tǒng)中的一級基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)采用了7套西門子S7-400PLC，CPU選用S7-416。其實(shí)現(xiàn)的主要功能是：與傳動、工藝功能和儀表相關(guān)的過程控制；帶鋼運(yùn)行的設(shè)定和實(shí)際值處理；從入口到出口鋼卷傳輸?shù)淖詣禹樞蚩刂�；物料跟蹤；工藝參�?shù)控制，如張力等；過程監(jiān)視；接收過程計(jì)算機(jī)（二級計(jì)算機(jī)）指令；操作工通過HMI輸入帶鋼數(shù)據(jù)，過程信息、機(jī)組狀態(tài)和各種測量值以符號形式、數(shù)量值、棒圖和圖表形式在HMI畫面上顯示。
各個PLC系統(tǒng)的具體功能如下：
(1)入口1#PLC:入口段的主令控制，包括鋼卷的卷徑計(jì)算、張力設(shè)備的張力和速度控制、人口活套的定位和監(jiān)控、鋼帶的斷帶檢測和監(jiān)控、根據(jù)工藝段自動調(diào)節(jié)入口段的速度等。
(2)入口2#PLC:入口段順序控制和工藝段順序控制，包括入口段設(shè)備的邏輯控制、順序控制、聯(lián)鎖控制，工藝段設(shè)備的邏輯控制、順序控制、聯(lián)鎖控制等。
(3)入口3#PLC:全線的物料跟蹤，包括全線的自動焊縫跟蹤、焊縫檢測、焊縫設(shè)定值傳送、鋼帶的帶頭和帶尾定位等。
(4)出口1# PLC:工藝段主令控制，包括工藝段設(shè)備的張力和速度控制、工藝段在線帶鋼的點(diǎn)動和穿帶控制、工藝段的自動速度控制等。
(5)出口2# PLC：出口段主令控制，包括出口段設(shè)備的張力和速度控制、出口段在線帶鋼的點(diǎn)動和穿帶控制、出口段的自動速度控制，鋼卷卷徑計(jì)算、出口活套的定位和監(jiān)控、鋼帶的斷帶檢測和監(jiān)控等。
(6)出口3#PLC:出口段順序控制和公輔系統(tǒng)控制，包括出口段設(shè)備的邏輯控制、順序控制、聯(lián)鎖控制，入口和出口液壓站控制等。
(7)酸洗PLC：酸洗系統(tǒng)控制，包括酸洗循環(huán)系統(tǒng)控制、酸洗段的上酸和退酸控制、酸洗段的監(jiān)控等。
2.3 零級現(xiàn)場自動化系統(tǒng)
全線的傳動電機(jī)分為3套傳動控制柜進(jìn)線控制，其分別為主傳動控制柜、輔助傳動控制柜和拋丸機(jī)傳動控制柜。傳動控制設(shè)備均采用西門子公司SINAMICS系統(tǒng)的S120傳動裝置，主傳動和輔助傳動設(shè)備均采用帶公用直流母線的IGBT整流、逆變單元的供電方式，以提高功率因素，實(shí)現(xiàn)能量回饋電網(wǎng)的功能，采用增量型旋轉(zhuǎn)編碼器作為速度反饋的矢量控制，可實(shí)現(xiàn)定位控制和帶鋼跟蹤，同時提高控制精度。為保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，機(jī)組現(xiàn)場傳感器和特殊儀表均采用國際知名品牌，其中全線對中裝置包括CPC和EPC均采用EMG的產(chǎn)品，焊縫檢查設(shè)備采用PAULY的產(chǎn)品，張力計(jì)采用ABB產(chǎn)品，接近開關(guān)和光電開關(guān)采用圖爾克的產(chǎn)品，旋轉(zhuǎn)編碼器采用施克的產(chǎn)品。
2.4 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)主要是由工業(yè)以太網(wǎng)和PRIFIBUS網(wǎng)絡(luò)組成，二級過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)服務(wù)器與三級系統(tǒng)的通訊，二級過程計(jì)算機(jī)服務(wù)器、工程師站、操作員站與一級基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的PLC、HMI、工程師站、其他外部設(shè)備之間均采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，工業(yè)以太網(wǎng)采用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過這種結(jié)構(gòu)可以傳送更多的顯示數(shù)據(jù)、測量值、過程計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，PLC與HMI之間傳送數(shù)據(jù)的實(shí)時性更高，可靠性更強(qiáng)。在PLC與遠(yuǎn)程I/O站、SINAMICS S120裝置、傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)、特殊儀表等設(shè)備之間采用PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，由于PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)具有極強(qiáng)的開放性，保證了與其他設(shè)備之間良好的互聯(lián)互通。
3 三電控制系統(tǒng)主要功能
鉻鋼酸洗線的三電系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容非常多且非常雜，其內(nèi)容包括設(shè)備設(shè)計(jì)、傳動設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件配置和軟件設(shè)計(jì)等。在三電系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，主要控制功能有：全線張力控制、全線速度控制、焊縫檢測和糾偏系統(tǒng)等。
全線張力控制分為直接張力閉環(huán)控制和間接張力閉環(huán)控制。直接張力控制是利用安裝的張力測量儀進(jìn)行張力測量，將張力設(shè)定值與測量反饋值均送到張力控制器進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)控制，張力輥采用主從控制，張力比例積分調(diào)節(jié)器作為速度環(huán)的外環(huán)，從輥具有負(fù)載平衡調(diào)節(jié)器，直接張力控制S張力輥采用這種直接張力控制方式。間接張力控制是傳動裝置未裝有張力測量儀，張力設(shè)定值與通過數(shù)學(xué)計(jì)算的反饋值送到張力控制器的比例積分調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)控制，間接張力控制的張力輥采用速度飽和加力矩限幅方式，張力輥在控制上區(qū)分前張力和后張力，開卷機(jī)和卷曲機(jī)采用基于最大力矩原則的間接張力控制，間接張力控制S張力輥和活套電機(jī)采用這種間接張力控制方式。
全線速度控制傳動設(shè)備均裝有相應(yīng)的脈沖發(fā)生器，通過各傳動裝置速度控制器在速度設(shè)定值與測量反饋值比較差值情況下進(jìn)行高精度的比例積分調(diào)節(jié)器控制，各傳動裝置的速度設(shè)定值及機(jī)組速度的協(xié)調(diào)由主令斜坡函數(shù)發(fā)生器模塊控制。任何張力的增多或減小均會引起速度的增加或減小，機(jī)組各段控制的加減速通過提供附加加減速轉(zhuǎn)矩來實(shí)現(xiàn)。在入口段、工藝
段、出口段均設(shè)有一臺S張力輥?zhàn)鳛楸径蔚乃俣然鶞?zhǔn)，S張力輥每個輥由一臺電動機(jī)拖動，其中一臺電動機(jī)用于主輥，其余作為從輥，主從間采用負(fù)載平衡方式，主輥電動機(jī)為速度閉環(huán)，從輥電動機(jī)在速度環(huán)外加轉(zhuǎn)矩比例積分調(diào)節(jié)，主從輥電動機(jī)轉(zhuǎn)矩應(yīng)與各自額定轉(zhuǎn)矩百分比相同。
焊縫控制是鉻鋼生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)自動控制的重要環(huán)節(jié)，其原理是在鋼帶焊接后，在焊縫附近打孔，通過焊縫檢測器進(jìn)行焊縫的實(shí)時跟蹤定位。生產(chǎn)線中的特殊設(shè)備破鱗機(jī)、剪切夾送輥等需要檢測焊縫的實(shí)際位置，防止這些特殊設(shè)備通過焊縫時發(fā)生危險(xiǎn)，如損傷到破鱗機(jī)的輥系、焊縫超過剪機(jī)的剪切位置。自動化系統(tǒng)根據(jù)焊縫檢測信號和帶鋼線速度判斷焊縫位置，臨近破鱗機(jī)時，破鱗機(jī)輥系打開，使焊縫通過設(shè)備后破鱗機(jī)輥系再閉合工作；當(dāng)?shù)竭_(dá)剪切夾送輥時，帶鋼自動降速，剪切夾送輥夾緊帶鋼，切頭剪將焊接處剪切掉，卷取機(jī)才能夠開始新一個鋼卷的卷取。
4結(jié)束語
熱軋鉻鋼連續(xù)酸洗線項(xiàng)目通過設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)行，整個項(xiàng)目歷經(jīng)兩年多的時間，在各方的配合支持下，三電系統(tǒng)的所有內(nèi)容全部上線運(yùn)行，設(shè)備硬件、系統(tǒng)功能和控制水平均取得了令人滿意的效果。系統(tǒng)的張力控制精度、速度控制精度、帶鋼跟蹤精度、傳動系統(tǒng)的利用率、硬件設(shè)備的負(fù)載率均取得了一定的成功。
下一篇:返回列表
