基于PLC的高线速度级联控制.pdf

2 0 1 2年第 3期 安徽冶 金 4 1 基于 P L C的高线速度级联控制 孙玉梅 崔丽丹 葛荣寰 I ．山东钢铁集团张店钢铁总厂 2 ．马鞍山钢铁股份有限公 司 摘 要 介 绍 了张店钢铁厂 高速线材基础 自动化 中的速度级 联控 制原理及 实现 ， 并对轧机 区基 础 自动化 的设 计思想进行 了阐述 ， 对类似的控制 系统设 计和编程有借鉴 意义。 关键 词 高速 线材级 联控 制 基础 自动化 Ca s c a d e Co nt r o l o f S pe e d Ba s e d o n PLC f o r Hi g h ’ s p e e d W i r e Ro d S un Yume i Cu i Li d a n Ge Ro ng h ua n。 1 ．Z h a n g d i a n St e el o f Sh a n g a n g Gr o u p 2．Ma a n s h a n I r o n S t e e l Co ．L t d． Ab s t r a c t The pr i n ciple an d r ea l iz at i o n o f s p eed c a s c ad e c o n t r ol in t h e ba s i c a ut o ma t i on s y s t e m of h i gh - s p ee d wi r e r od at Zh a n gdian St e el wer e i n t r o du c ed an d t h e de si g n co n c ept o f t h e b as i c a u t o ma t i o n f or t h e r ol l i n g z o n e was p r es en t ed，pr o vi din g r e f er en c e t o t he d esign a n d pr o gr a mm in g o f s i mi l a r c on t r o l s y s t e m ． Ke y wo r d s high s p eed wi r e r od c as c a de co n t r oI bas i c a u t o mat i on 0 前言 张钢双高线工程于 2 0 1 1年 1 2月投产 ， 采用一 整套 自动化控制技术 ， 全线生产控制及监控均 由计 算机控制系统完成 ， 设备装备水平及 自动化水平较 高 。其 中连轧 工艺 中速度级联 控制是控制关键 技 术 ， 国内对这种控制实现 由多种方式 ， 本文针对张钢 双高线工程 中级联控制的软件做法和硬件配置做了 阐述 ， 其中 P L C配置较其他轧制线有特别之处 ， 借 此对 目前连轧线控制系统设计提供一个思路 。 1 级联控制 的基本原理 高速线材轧机速度控制的理论依据就是金属秒 流量平衡[ 1 ] ， 即 i 机架和 i 一1 机架间的秒流量平衡 ， vi - I一 Z3 ．i 毒 式 中， Vi 为第 i 机架 的速度 ； 一 为第 i 一1机架的 速度 ； A． 为第 i 机架的孔型面积； Ai 一 为第 i l机 架的孔型面积； EH 为第 一1机架 的延伸率 。 其中 其中 定义E ；一 一竽 为 l 机架的延伸 Z ki 率 ， 也就是该机架孔型造成 的截面积压缩 比。 但 由于轧制过程中的孔型和轧辊磨损 ， 减速 比 的计算误差等 ， 在实际轧制过程 中， 各机架间的金属 秒流量平衡可能会被打破， 这就需要对某些机架 的 速度进行修正 ， 修正 的系数来 自操作工的手动调整 或来 自活套 微张力 闭环控制的输出。 轧线级联调节的 目的就是为了当修正某机架的 速度时， 不影响轧线上其他机架 已有的速度关系， 级 联调节是轧机速度控制的重要组成部分。 在棒线材生产 中， 为保证精轧机 出 口速度 的稳 定 ， 以提高飞剪的剪切精度， 级联调节方向为逆 向调 节 ， 即从精轧末机架轧机 向上游调节[ 2 ] 。 2 级联控制 的实现 级联控制分为两部分 ， 一部分来 自操作工的经 验调整， 称为手动级联调整 ； 一部分来 自活套和微张 力闭环控制的输出 ， 称为 自动级联调整。级联控制 实 现 的程 序流 程见 图 1 。 其中自动级联调整部分只有当轧件在两机架间 连续轧制时才有效 ， 机架一旦抛钢 ， 自动级联调整量 清零 。 级联控制实 现的依据 就是 已知下游机架线 速 度 ， 求本机架线速度 作者简 介 孙 玉梅 ， 高级工程师 ， 山 东省淄博市 2 5 5 0 0 0 山钢 张店钢铁 总厂 4 2 A N HUl ME T A L L U R G Y 2 0 1 2 年 第 3期 是 否 清 除 调 节 量 l 是 - I 调 节 量 等 于 。 { 是 否 选 择 快 速 加 速l 否 - l 是 否 选 择 慢 速 加 速l 否 - I 是 否 选 择 快 速 减 速 否 一 l H ， 一 ● 匕 口 干 u‘ ∞ V I 是 l 是 J 是 l 是 调节量 调节量 快速调节量 调节量 调节量 慢速调节点 调节量 调节量一快速调节量 调节量 调节量～慢速调节量 I I I I r ～⋯⋯⋯ I否 恫T J _ 臣 芷肖， J 、 T守丁u l ● 是 I 调 节 量 o 2 l 1 l l ⋯⋯⋯一I 否 l J 里 矗 肖’ 丁 { 盯一 u 1 『 是 I 调 节 量 一 o z I 、 I 1 手动级联 调节后的延伸率 机架原 始延伸率／ 调节量 1 1 『 米足宙仕扎 I J ，是 J 加入自动级联调节后的延伸率 手动级联调节后的延伸率／ 加入自动级联调节后的延伸率 活套 微张比例调整量 活套 微积积分调整量 1 手动级联调节后的延伸率 I 注以1 5 机架为例，机架延伸率定义 V1 6 “ Al 6 V1 5 “ A1 5 I V 1 5 V 1 6 ’ A 1 6 ／ A 1 5 V 1 6 ， E 1 5 结 束 El 5 ；Al 5 ， A1 6 图 1 级联控制实现的程序流程 图 本机架线速度一下游机架线速度／ 本机架延伸 率 。 无论是手动级联还是 自动级联 ， 修正 的都是本 机 架 的延伸 率 。 3 基础 自动化系统设计 考虑到轧钢 区域涉及到 3 O 架轧机的速度控制、 活套控制、 微张力控制及轧件跟踪和模轧功能 ， 设备 控制相对复杂 ， 要求实时性和控制精度高 ， 将轧制的 低速 区 和 高 速 区 分 开 ， 高 速 区 由 4 P L C 采 用 AC 8 0 0 P E C控制器完成 ， 包括对 AC S 6 0 0 0中压传 动装置驱动的双机架预精轧、 精轧机组和减定径机 组等主传动的控制 ， 对旁通夹送辊、 水冷夹送辊 、 吐 丝机前智能夹送辊和吐丝机等精轧区域辅助设备的 控制 ； 低速 区 1 ～ 3 P L C采 用 西 门子 公 司 的 S 7 4 0 0系 列 。 1 P L C完成从加热炉出钢到预精轧机组第 1 6 架出口整个粗中轧低速区域共 1 6架轧机的速度控 制和位置控制 ， 包括 6架粗轧机、 6架中轧机和 4架 预精轧机 。 2 P L C完成粗 中轧 区域辅助设备的控制 和与 介质控制系统的连锁 ， 粗中轧区域辅助设备包括 1 飞剪 、 2 飞剪 和 1 6架轧 机 的换 辊控 制 。 3 P L C完成从 风冷线到卸卷站在 内的全 部成 2 0 1 2年第 3期 安 徽 冶 金 4 3 品区域设备的控制。 4 P L C完成从双机架预精轧到吐丝机 出口整 个高速轧制区域的速度控制 和位置控制 ， 包括双机 架预精轧、 精轧机组 、 减径机组 、 定径机组 、 吐丝机前 智能夹送辊和吐丝机 。 4套 P L C之 间采用 p r o f i b u s D P通讯 ， P L C控 制所需要 的输入输 出信号以 E T 2 0 0 M 远程 I ／ O 的 方式接人 ， 传动装置 的控制和状态监视 以 D P通讯 方式接入 p r o f i b u s D P端 口， 传动 D P网和 I ／ O信号 D P网分开 ， 除了电机 的绕组温度 和轴瓦温度 等信 号接人电机和轧机旁设置 的现场信号站外 ， 电机的 冷却风机控制和传动柜内的开关状态监 视、 故障和 报警指示 、 故障复位按钮等信号都接到所在传动控 制装置的 D I 、 D 0， 即传动本身 的控制逻辑原则上就 地解决 ， 全线控制所需要的公共信号如轧件跟踪用 HMD， 活套 的起落控制信号 、 温度监视用高温计信 号直接接入主机架上的 I ／ O模板。 通过 D P耦合器完成与第三方控制设备的 p r o fi b u s 通讯 ， 其 中加热 炉控制 系统与 1 P L C通讯 ， D ANI E L I 的冷却水控制系统和测径仪系统与 AB B 的高 速 区 AC 8 0 0 P E C控 制器 通 讯 ， P ／ F线 控 制 系统 和打捆机控制系统与 3 P L C通讯。 4 结语 张钢双高线 自动化广泛采用交直流数字传动、 网络技术 、 现场总线等技术 ， 速度级联控制功能完全 能够满足生产工艺的要求 ， 实现了压下因子 自学习 功能 ， 程序运行稳定可靠 ， 达到了预期效果 。对线、 棒材轧制等具有冲击负荷又具有高速连续轧制特点 的工艺 线有 指导 意义 。 参考文献 1 乔德庸 ， 李曼云． 高速线材轧机生产． 北京 冶金工业 出版 社 ， 1 9 9 9 1 8 1 9 ． 2 徐晖 ， 丁敬强 等． 高速线材轧 机轧 线控制功 能分析 ． 冶 金标准化与质量 ， 2 0 0 4 ， 5 4 2 2 4 2 5 ． 收稿 日期2 0 1 2 一O 7 一O 9 上 接 第 1 3页 处的带状贝氏体和马氏体塑性变形较小 ， 而它们两 侧的铁素体塑性变形较大 ， 由于变形的协调性与累 积效应形成了断 口处 观察到 的开裂状态 ， 即在带状 贝氏体／ 马氏体处形成沿轧 向的沟槽 。带状贝氏体／ 马氏体中以及 附近的裂缝和孔洞在 断裂时 已经扩 大、 联合 ， 所形成的宏观裂缝就会在断口上的沟槽 内 出现 ， 从而形成宏观可见的断 口开裂分层现象 ] 。 4 C元素和 Mn元素的偏析导致奥氏体直接发 生中温转变或低温转变 ， 使 钢板 中心出现贝氏体和 马氏体组织 ， 在热应力和组织应力 的作用下有可能 在 Mn S等夹杂物周围产生微裂纹。带状组织 、 硫化 物夹杂， 以及连铸枝 晶疏松 ， 使得沿轧制方 向的板厚 中心位置成为钢板最薄弱的地方 ， 这些为拉伸试样 分层创造了条件。 4 结语 1 高强度船板拉伸试样断 口出现分层主要原因 是 C、 Mn元素偏析所形成的条带状组织 ， Mn S夹杂 在轧制过程中变形成条状促进了带状组织形成。 2 高强度船板金相组织中有明显的马氏体和贝 氏体组织 ， 一方面证 明了存在 C、 Mn元素 的偏析 ， 并且是产生拉伸试样分层 的主要原因， 另一方面表 明通过优化高强度船板钢 的轧制与冷却工艺 ， 可以 减轻拉伸试样分层缺陷。 参考 文献 1 李艳梅 ， 朱伏先． 中厚钢 板分层 缺陷 的形 成机 制分析． 东 北大学学报． 2 0 0 7 ； 2 8 7 1 0 0 2 1 0 0 5 ． 2 赵鹏 ， 乐可襄． Q 6 9 0 D中厚板 分层 缺 陷研究 及分析． 物 理测试． 2 0 0 9 ； 2 7 4 4 3 4 6 ． 3 韩 炯 ， 高 亮． 高强 船板拉 伸试 验断 口分层 的原 因分 析． 宽厚板． 2 0 0 6 3 0 3 2 ． 收稿 日期2 0 1 l l 2 一O 7