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    概況 

    濟源鋼鐵公司高速線材車間為全連續(xù)式高速線材車間，設(shè)計速度為 100m/s，設(shè)計產(chǎn)量為35萬噸/年，原料為150x150x9000連鑄坯。產(chǎn)品尺寸為圓鋼∅5.5~16mm；螺紋鋼∅8~14mm。該生產(chǎn)線是我國自行設(shè)計、制造、調(diào)試的高速線材生產(chǎn)線，代表國內(nèi)的最高水平。 

    本系統(tǒng)控制范圍包括加熱爐區(qū)、粗軋區(qū)、中軋區(qū)、預(yù)精軋區(qū)、預(yù)水冷段、精軋區(qū)、水冷段、夾送輥吐絲機區(qū)。 

    系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 

    濟源高線基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)采用以 PLC為核心的三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，見圖1。PLC機型采用GE90-70。HMI操作站采用 GE CIMPLICITY 人機接口系統(tǒng)。監(jiān)控網(wǎng)采用通用以太網(wǎng)，連接 PLC與各 HMI操作站系統(tǒng)，用于傳輸人機接口(HMI)的監(jiān)控操作信息并可通過該網(wǎng)進行 PLC 編程監(jiān)控。由PLC下掛的傳動級網(wǎng)絡(luò)采用 ProrfiBus DP，連接各個直流傳動裝置和變頻器。現(xiàn)場總線采用 GENUIS，用于連接分散 I/O 系統(tǒng)及PLC之間的通訊。 基礎(chǔ)自動化的所有控制功能集中在PLC內(nèi)完成，各傳動裝置作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)按照 PLC系統(tǒng)的指令控制軋機速度。全線通過配備三級自動化網(wǎng)絡(luò)，相互通訊、資源共享、并行運算、形成集中管理分散控制的自動化系統(tǒng)。由于控制分散，可靠性增強，局部設(shè)備的故障不影響全局，而監(jiān)控集中，則可使操作及管理人員掌握全局。 

    GE90-70 PLC 

    對軋機基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)來說，GE90-70PLC能滿足各種復(fù)雜的、高速的實時控制要求，且具有很高的可靠性及性能價格比。 

    監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) 

    系統(tǒng)采用 TCP/IP 以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)控計算機 HMI 與 PLC控制器之間的數(shù)據(jù)傳遞，信號聯(lián)絡(luò)和通訊 

    傳動網(wǎng)絡(luò) 

    系統(tǒng)采用 Profibus DP 網(wǎng)絡(luò)進行PLC控制器與各直流傳動之間的通訊。該網(wǎng)絡(luò)為西門子傳動產(chǎn)品的專用配套網(wǎng)絡(luò)。  

    現(xiàn)場總線 

    系統(tǒng)采用 GENUIS 網(wǎng)絡(luò)作為現(xiàn)場控制總線，主要用于分散 I/O 系統(tǒng)及進行 PLC控制器之間的通訊。該網(wǎng)絡(luò)為GE 公司 PLC產(chǎn)品及傳動產(chǎn)品的專用配套網(wǎng)絡(luò)。 

    監(jiān)控系統(tǒng) 

    HMI操作站 

    主操作人員與軋機控制系統(tǒng)交換信息的主要界面為 CIMPLICITY HMI人機接口系統(tǒng)，系統(tǒng)為全中文界面，彩色圖形畫面顯示。本系統(tǒng)選用三套 CIMPLICITY HMI人機接口計算機，一臺作為服務(wù)器，另兩臺作為客戶機。三套系統(tǒng)的界面完全相同，便于電氣人員的檢修與維護。在服務(wù)器上操作人員可完成如下所述的所有功能；在客戶機上操作人員可完成除“設(shè)定”外的所有功能，即僅可監(jiān)視而無權(quán)操作和設(shè)定軋線系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要功能劃分為以下幾大類: 

    (1)設(shè)定： 

    通過軋制程序表進行軋線設(shè)定數(shù)據(jù)的編制、修改、存儲、檢索、下裝、上裝。在生產(chǎn)過程中通過部分操作畫面來修改那些要經(jīng)常修正的參數(shù)。 

    (2)監(jiān)控： 

    軋線工藝概況及軋線設(shè)備運行數(shù)據(jù)的顯示。利用棒形圖顯示整個主傳動電機的轉(zhuǎn)速和電流的百分比。利用數(shù)據(jù)表顯示各機架在軋制過程中的各種參數(shù)。 

    系統(tǒng)運行模式及控制功能的選擇及狀態(tài)顯示。 

    液壓站、潤滑站等輔助設(shè)施的運行狀態(tài)顯示。 

    (3)分析： 

    軋件跟蹤信號顯示畫面，用于檢驗各機架咬鋼情況及頭尾跟蹤系統(tǒng)工作狀況。 

    各熱金屬檢測器、活套掃描器的診斷畫面，分析軋線各種檢測元件的的工作狀況。 

    (4)診斷系統(tǒng)： 

    利用診斷系統(tǒng)可方便地查找合閘條件、運行條件、過鋼條件的每一個環(huán)節(jié)。診斷信息按層次分類，不同的狀態(tài)顯示不同的文字和顏色。 

    (5)報警系統(tǒng)： 

    故障報警信息自動登錄。 

    事故及報警信息在報警畫面中顯示，有報警發(fā)生時間，持續(xù)時間，物理名稱，報警等級，報警信息中文說明等信息。 

    直流傳動故障代碼可在此畫面中查到具體含義。 

    CP2 集中操作臺 

    生產(chǎn)過程中需要快速反應(yīng)或頻繁進行的操作通過 CP2集中操作臺實現(xiàn)，這類操作有: 

    各區(qū)域的正常“起/停”操作。 

    全線的快速、緊急停車。

    軋機的手動調(diào)速。 

    夾送輥夾送方式的選擇。 

    卡斷剪的操作 

    輥道及其它運送設(shè)備操作 

    就地操作箱 

    系統(tǒng)設(shè)有必要的就地操作臺箱設(shè)備。用于軋機換輥、檢修、點動、冷卻水閥的就地開關(guān)和保護罩的開閉等操作。 

    系統(tǒng)主要控制功能 

    軋機的起動和停止:     

    全線軋機分成粗軋區(qū)、中軋區(qū)、預(yù)精軋區(qū)、精軋區(qū)、吐絲機夾送輥區(qū)，以區(qū)域為單位分別控制軋機正常起動和停止。每個區(qū)域正常的啟車、停車通過CP2 主操作臺上相應(yīng)區(qū)域的“啟動/停止”按鈕實現(xiàn)。當(dāng)軋線出現(xiàn)故障，未能實現(xiàn)自動停車，可通過 CP2 主操作臺上該區(qū)域的快速停車按扭或就地操作箱上的快速停車按鈕進行該區(qū)域的快速停車。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，快速停車無效時可通過CP2上的全線緊急停車按鈕直接分閘停車。為減少軋線起動對設(shè)備及電網(wǎng)的沖擊，軋線各傳動裝置按一緩慢斜率逐漸加速到設(shè)定速度，系統(tǒng)設(shè)定正常起停10s、快速停車3s達到速度給定的100%。 

    軋線速度級聯(lián)系統(tǒng) 

    本系統(tǒng)通過速度設(shè)定級聯(lián)及自動調(diào)節(jié)級聯(lián)相結(jié)合的方式為軋線各機架的速度提供速度給定。其中速度設(shè)定級聯(lián)即通過確定軋線基準(zhǔn)速度（本系統(tǒng)采用精軋機出口速度）和各機架延伸率來確定各機架的設(shè)定速度；自動調(diào)節(jié)級聯(lián)是指定用活套調(diào)節(jié)器或微張力調(diào)解器產(chǎn)生的速度修正率，通過級聯(lián)的方式對各機架的速度進行修正。為保證精軋出口速度的穩(wěn)定，本系統(tǒng)的級聯(lián)方向為逆軋制方向即從精軋機開始向軋線上游級聯(lián)。由速度設(shè)定級聯(lián)及自動調(diào)節(jié)級聯(lián)綜合產(chǎn)生各機架線速度給定，再根據(jù)對應(yīng)機架的工作輥徑及減速機速比等折算為電機軸轉(zhuǎn)速，然后線性變換為速度給定信號，通過實時通訊網(wǎng)絡(luò)由PLC送給主傳動速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 

    機架間速度關(guān)系的手動調(diào)整 

    當(dāng)設(shè)定速度偏差過大，超過機架間自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用范圍（5%）；或機架間自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)關(guān)閉時，操作人員可對任一相鄰機架的速度關(guān)系進行手動調(diào)整，消除機架間的堆鋼和拉鋼現(xiàn)象。手動干預(yù)直接作用于速度設(shè)定級聯(lián)系統(tǒng)，修改機架的延伸率。 

    微張力自動控制 

    本系統(tǒng)的前 12個機架采用微張力控制，設(shè)有微張力調(diào)節(jié)器，其作用是根據(jù)檢測的張力大小偏差產(chǎn)生速度修正信號，調(diào)整機架速度以維持張力值不變。從而實現(xiàn)其前后機架間的速度匹配以保證產(chǎn)品質(zhì)量。系統(tǒng)通過檢測電機電流的大小，間接求出機架間張力的大小，通過PLC 中的微張力調(diào)節(jié)器進行控制。 

    活套自動控制 

    活套是用來檢測和調(diào)整相鄰機架間的速度關(guān)系從而實現(xiàn)無張力軋制的一種手段，適合于軋件截面較小的場合。活套控制分為活套調(diào)節(jié)器的控制和起套輥控制。 系統(tǒng)設(shè)有5 個立活套和1 個側(cè)活套， 根據(jù)活套設(shè)定高度與活套掃描器檢測的活套高度的偏差產(chǎn)生速度修正信號，調(diào)整機架速度維持活套高度在給定值上不變，從而實現(xiàn)其前后機架間正確的速度配合。各活套產(chǎn)生的速度修正信號，均改變其前一機架的速度，并以同樣的比率向該機架以及上游機架進行速度級聯(lián)控制，終止至本只鋼的尾部所在機架。 

    速度設(shè)定自適應(yīng)功能 

    機架間自動調(diào)節(jié)級聯(lián)（活套、微張力等）產(chǎn)生的速度修正信號反映設(shè)定的機架間速度關(guān)系（延伸率） 的誤差。速度設(shè)定自適應(yīng)系統(tǒng)根據(jù)穩(wěn)定軋制時這一誤差的大小修正對應(yīng)機架的延伸率，這樣就可以將在自動調(diào)節(jié)級聯(lián)中才能修正的誤差提前到在速度設(shè)定級聯(lián)中消除。這一修正后的延伸率將使下一根鋼到來時機架間的速度配合關(guān)系處于最佳狀態(tài)。 

    沖擊速度（動態(tài)速降）補償 

    沖擊速度補償系統(tǒng)于咬鋼之前在正常的軋機設(shè)定速度上迭加一速度增量，咬鋼后將上述增量撤銷，從而達到減小以致消除動態(tài)速度降影響的目的。另一方面，一定量的沖擊速度降有助于精軋機架間的活套形成，初始套量的大小可通過改變沖擊速度補償值進行控制。 

    軋件頭尾跟蹤及故障檢測 

    控制系統(tǒng)對軋件進行頭尾跟蹤，以產(chǎn)生所需的控制信號及實現(xiàn)協(xié)調(diào)的順序控制。頭尾跟蹤的另一目的是進行軋件故障（跑鋼）檢測并起動報警或切廢等。 

    吐絲機前夾送輥的控制 

    包括夾送輥動作時序的控制和夾送輥的張力、速度控制。 

    小結(jié) 

    本套軋線控制系統(tǒng)由我院電氣調(diào)試人員獨立開發(fā)，系統(tǒng)控制功能齊全、可靠性高，為我院創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益，確立了我院在棒線材領(lǐng)域國內(nèi)領(lǐng)先的地位。

    在本套控制系統(tǒng)中， “軋件頭尾跟蹤”是該系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它為軋線其它控制功能的實現(xiàn)提供準(zhǔn)確的動作時間并為軋制節(jié)奏的提高提供了有力的保障。“活套自動控制”是本套控制系統(tǒng)的重點也是難點，最終成品的質(zhì)量有賴于活套調(diào)節(jié)器的控制水平和起套輥的準(zhǔn)確動作。“速度設(shè)定自適應(yīng)功能”是本套控制系統(tǒng)的亮點，它根據(jù)軋制環(huán)境的變化自動修正速度設(shè)定系統(tǒng)，生產(chǎn)過程中基本上無需人工干預(yù)，減輕了工人的勞動強度，實現(xiàn)了真正意義的自動化。“吐絲機前夾送輥的控制”是本套系統(tǒng)的又一難點，精軋出口速度達 100m/s，在如此高的速度下保證夾送輥準(zhǔn)確夾送軋件并在精軋機、夾送輥、吐絲機之間實現(xiàn)正常張力關(guān)系，對控制系統(tǒng)的快速性和準(zhǔn)確性都是嚴(yán)峻的考驗。 





                                                                              此文摘自中國工控網(wǎng)