热连轧工艺

热连轧工艺

热连轧工艺

为了实现热连轧生产线的自动控制，首先对连轧工艺的关键技术要有一定理论上的理解，下面对热连轧工艺作一叙述。

1.1 速度级联控制

在热连轧机组中，为保证成品质量，以成品机架（末机架）为基准机架，保持其速度不变，并作为基准速度设定，其前面机架速度根据金属秒流量相等的原理，自动按比例设定；在轧制过程中来自活套闭环控制的调节量、手动干预调节量，依次按逆轧制方向对其前面的各机架速度作增、减，实现级联控制。速度级联控制是连轧生产线电气控制思想的精华，它充分体现了钢材连轧生产的特点。

1.2 动态速降补偿

当轧机咬钢或运行中产生冲击负荷时，速度会瞬间降低，机架间正常的速度关系受到破坏，造成堆钢。动态速降补偿可减小和消除这种堆钢现象。

1.3 活套高度闭环控制

在带钢连轧生产中，为保证成品质量，避免由于各种原因导致的推钢、拉钢，在机架之间设置了活套装置，而活套控制也是连轧机自动控制的关键之一。活套是由于在机架间存储了多余轧线长度的轧件而引起的，也正是由于这些多余的轧件，起到了对轧件推拉的有效缓冲。在控制过程中，以活套套量为目标，以速度调节为手段，即可达到控制活套的目的。

具体方法为：当活套套量（对应张力）超过设定值时，就降低上游机架的速度；反之，则升高上游机架的速度。同时活套调节量参与速度级联运算，即某机架活套调节量变化，会同时改变其上游的所有机架速度，以保证上游机架调节的快速性。

1.4 起落套控制

活套起落直接影响到正常轧钢。如果起套过早，轧件未咬入下游机架，就会产生堆钢，堵钢，造成事故；如果起套过晚，通常情况下会造成拉钢；如果落套过早，一般情况下会造成堆钢；如果落套过晚，将会产生甩尾现象，严重时会影响到轧制节奏。

活套起落控制通常分为自动和手动两种方式。原则上自动方式靠电机咬钢电流作为检测信号，当活套相邻两机架同时含钢的瞬间起套；当活套相邻上游机架无钢瞬间落套。但实际中应视具体情况一般需要采取起套延时和落套延时的办法效果较好，起套延时量和落套延时量皆为相关轧机轧制速度的变量。手动方式一般在操作台上设起套/落套按钮，人工操作控制活套起落。

二．自动化控制方案描述

2.1 自动化三级控制系统

三级控制系统由人机接口（HMI）、基础自动化系统（PLC）和调速传动控制系统(6RA70、F7B)构成，分别完成各自的控制功能。

●人机接口（HMI）

人机接口（HMI）以岩画P4工控机为核心，共由(N)台工控机组成

（中）精轧区控制站：主要实现连轧机组自动化系统的人机接口功能，包括：轧制参数的设定，轧制表的输入、存储和修改，轧制过程中各设备状态和电气参数的动态显示及工艺参数（辊径、活套高度、张力、速度参数等）的人工设定，故障报警与记录，历史电流曲线、速度曲线的纪录，生产班次记载，生产统计报表的生成、存储及打印等。

●基础自动化系统（PLC）

基础自动化级采用SIEMENS公司S7-400（300） PLC（粗轧主站、精轧主站），同时主传动及辅传动设备均具有profibusDP接口能力。上位监控系统与基础自动化级之间PLC采用DP(或MPI)网连接，基础自动化级PLC 和传动级之间采用profibus-DP网连接，最大限度的利用SIEMENS全数字传动的网络控制功能和本身的逻辑操作功能，增加控制的灵活性。

profibus-DP为开放式网络，符合国际标准EN50110，传输速率最大12Mbps，采用双绞屏蔽线，最大长度可达90km。基础自动化级PLC采用分布式I/O 系统：现场设备的保护信号连接到就近的远程终端上，远程终端之间、远程终端和主控PLC之间用profibus-DP网连接。这样，减少了现场设备到控制室、电气控制系统之间的信号连接电缆，使控制柜的接出线仅为通讯电缆和电源线，使控制台到主控PLC之间为通讯电缆和电源线。充分利用网络，降低故障率，减少维修时间，降低维护人员的维护工作量。

现场操作台使用EM277或ET200M来与PLC主站相连接，进行数据通讯，各直流控制器和交流变频控制器也通过网络作为从站联接到主站，实现到整个工厂的网络化，生产的自动化。

●传动系统

生产线直流传动控制全部选用SIEMENS公司6RA70系列全数字直流调速装置，交流辅机采用变频调速器装置。

2.2 自动化三层通讯网络

自动化系统通讯网络分为三层：

第一层：调速装置与OS操作系统之间采用USS通讯网络，操作控制指令通过USS通讯传送到各调速传动系统，调速装置收集各操作状态和电气参数送到PLC系统进行控制。

第二层：PLC与调速装置之间采用ProfiBus-DP通讯网络，PLC把设定参数和控制指令传送到各调速系统，并收集各调速系统的状态和电气参数送到人机接口的CRT上显示。

第三层：各人机接口与PLC之间联成MPI网，实现彼此的信息交换。通过MPI网，把轧制工艺参数设定值和对电气设备的操作从人机接口传送到PLC，由PLC把各设备的状态和工艺、电气参数及故障收集送到人机接口的CRT显示。

2.3 自动化操作员站

在生产线主操作台（粗轧机操作台、精轧机操作台、收集操作台）各设置1台上位机作为操作员站。这几台上位机通过MPI网与各PLC主站联成一体，相互传递信息。同时在各主控制室均设置1台上位机作为工程师站，可在此对PLC程序进行监控；

图形软件采用西门子WINCC监控软件，具有实时监控，历史趋势图表，报表，故障信息显示，良好的人机界面，丰富的图形库，过程控制功能块，数学函数等功能。

2.4 自动化控制系统功能描述

1) 粗中轧PLC控制系统的主要功能

·粗、中轧机组速度设定及微调

·粗、中轧机组工作方式选择（单动/联动、手动/自动）及运行控制

·粗、中轧区辊道速度设定、控制与联锁

·对中装置控制

·粗轧机组APC（压下、侧压等）控制

·粗、中轧区液压系统、高压水泵、干稀油润滑等系统介质设备联锁控制·运行联锁

·网络通讯

2)精轧PLC控制系统的主要功能

·精轧机组速度设定及微调

·精轧电动活套起、落套控制及套高闭环控制

·精轧机前运输辊道速度设定、控制与连锁

·精轧区液压系统的干稀油润滑等系统介质设备联锁控制

· 收集区速度设定及微调

·运行联锁

·网络通讯

三. 直流传动部分

3.1 直流传动方案

本控制系统中直流传动系统全部采用西门子公司的6RA70全数字直流调速装置.该装置可满足高动态品质与高调速精度的要求，对传动系统的控制采用了灵活多样的软件模块，可满足各种控制的要求。并具有速度环优化、电流环优化、弱磁曲线测试等自动优化功能。他的可靠性比其它产品更具明显优势。该装置还提供了对传动系统极其完备的监控保护与故障自诊断功能，同时还具有总线上网能力及串行通讯功能，是当今控制系统领域首选产品。 3.2 直流控制器性能特点

SIEMENS公司 SIMOREGDC-MASTER 6RA70系列全数字直流调速装置采用两个高效能微处理器（C163和C167）承担电枢和励磁回路所有的调节和传动控制功能。调节功能在软件中通过参数构成的程序模块来实现。

所有的控制、调节、监控及附加功能都由微处理器实现，系统结构可软件组态，可对电流调节器、速度调节器、励磁电流调节器、电机磁化曲线等进行自动优化。速度环、电流环参数可根据具体工艺要求由SIMOVIS软件录出动态曲线加以调整，以达到最理想的调速指标。

装置本身提供了对传动系统完备的监控保护与故障自诊断功能。脉冲触发顺序可根据三相进线的相位关系自动调整，没有相序要求。可检测缺相、

过压、欠压、过流、过载、堵转、超速、测速故障、失磁、欠磁等各种控制系统故障。

给定量、速度反馈量可为模拟量或数字量，数字量的引入使传动系统的调速精度达到0.006％。具有2象限和4象限设计，可供各种工业应用选择。

四. 交流变频传动部分

4.1交流变频器性能优点

工厂的交流电机辅传动采用变频器驱动有以下的好处

电机的维护成本将进一步降低电机的寿命则相应增加

降低线路的电压波动

同时受控电机具有可控的加速功能，可调的运行速度，可调的转矩极限，受控的停止方式。并节省了电能，减少机械设备的损耗。

五. 总结

整个工厂选用PLC控制网络化，各从站通过ProfiBus与主站相连，进行数据交换，实现了远程控制，节省了人力，减少了故障点和元器件磨损引起的事故；提高了生产的节奏，保证了产品的质量；维护量小，运行可靠性高，进一步节约了生产成本和维护成本。