（电气工程专业论文）高速线材电控系统改造及活套控制系统研究.pdf

at h e s i sf o r t h ed e g r e eo fm a s t e r i ne l e c t r i ce n g i n e e r i n g t h ea l t e r a t i o no f e l e c t r i cc o n t r o ls y s t e ma n d t h er e s e a r c ho f l o o pc o n t r o ls y s t e mf o rh i g h s p e e dw i r e - - r o l l i n gm i l l b y y u z h i c h e n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rf e n gj i a n v i c es u p e r v i s o r ：s e n i o re n g i n e e rg o n g p i n g n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y d e c e mb e r2 0 0 8 ， “ 一 i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文足在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者豁- 7 蕉一狡 日 期：力伽夕、l 毕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 一 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年一一年半口两年口 导师签名： 签字日期： 彩翟 妒 | 、+兮叙严 色一 ，寸哽 d 名 o 、 别 乙 者佑 ： 艾坍 一 】，论口倒字 学签 、_ 卜 l i ， ， ， 东北大学硕士专业学位论文摘要 高速线材电控系统改造及活套控制系统研究 摘要 随着社会发展与科学技术的进步，线材轧机j f 朝着高速、连续、无扭、单线、组合 传动、机械化、自动化方向不断迈进。用户对钢铁产品质量、品种、性能的要求越来越 高。这就为t l n 过程控制提出了新的挑战。改革丌放以来，我国线材生产总量连续数年 居世界酋位，然而我圈高速线材轧机所占的比重却很小，大部分生产线仍处于落后的轧 制生产状态，生产效率低下。进行线材自动化控制系统改造迫在眉睫。热连轧活套控制 系统是一个多变黾、强耦合系统，采用传统的高度和张力控制方式已无法满足轧制性能 的要求，利用先进的计算机技术完善活套控制系统，提高对线材生产过程的监视、操作、 自动化控制水平，从而提高线材的生产效率和产品质量，具有十分重要的意义。本文萨 是从我国目前高速线材电控系统发展的实际情况出发，做了以下工作： 首先，本文就高速线材的电气控制系统、高速线材的生产工艺、性能指标要求以及 高速线材活套控制系统的国内外发展现状作了简要介绍。 其次，通过对世界各大著名p l c 生产厂家的自动化产品进行易用性、先进性和运 行速度的分析比较，并结合通钢现有的技术、设备条件，提出了高速线材电气控制系统 的改造方案并加以实现。 再次，针对通钢高线电气控制系统的重要技术难点活套控制的相关理论进行了 详细的分析，主要包括，活套控制的基本思想、基本工作原理、活套的测量以及活套控 制方式等，并推导出活套系统基本方程和连轧张力公式。 最后，本文对高速线材生产线电控系统的关键技术环节活套控制系统进行了深 入研究。包括起、落套控制；活套的高度控制；活套的张力控制以及活套的事故保护控 制等。并着重对当前高速线材活套控制的主流产品西门子公司的活套调整控制器 t 4 0 0 的工作原理进行了深入的分析，将其成功应用于通钢高线的活套控制系统改造。 目前，调试：1 ：作已经完成，设备运行平稳，较好的实现了设计要求。 关键词：高速线材轧机；活套控制；张力控制：可编程控制器 _ - “ t h ea l t e r a t i o no f e l e c t r i cc o n t r o l s y s t e ma n d t h er e s e a r c ho f l o o pc o n t r o ls y s t e mf o rh i g h s p e e dw i r e - r o l l i n gm i l l a b s t r a c t w i t ht h es o c i a ld e v e l o p m e n ta n d p r o g r e s si ns c i e n c ea n dt e c l m 0 1 0 9 y ，w i r er o dm i l ih a s t h et r e n dw h i c hi s h i g h 。s p e e d ，c o n t i n u o u s ，n o n t w i s t i n g ，a n dh a ss i n g l el i n e ，t h ec o m b i n a t i o n d r i v e , m e c h a n l z a t l o na n da u t o m a t i o n ah i g h e rr e q u i r e m e n to f q u a l i t y ，v a r i e t y ，p e r f o r m a n c e o fs t e e lp r o d u c t si sb o m t h er o l l i n g p r o c e s sc o n t r o lf a c e san e w c h a l l e n g e s i n c er e f o r n la n d 0 p e n i n gu p ，c h i n a 。w i r er o dp r o d u c t i o ni sf i r s ti nt h ew o r l df o rs e v e r a ly e a r s h o w e v e r c h i n a sh i g h 。s p e e dw i r er o dm i l li sa v e r ys m a l lp r o p o r t i o no ft h em a j o r i t yo ft h ep r o d u c t i o l l l i n ea n di ti ss t i l li nb a c k w a r ds t a t eo f p r o d u c t i o n ，h a sl o wp r o d u c t i o ne f h c i e n c y t h es y s t e m m u s tb em o q i f i e da ss o o na sp o s s i b l e h o t r o l l i n gl o o pc o n t r o ls y s t e mi sam u l t i 。v a r i a b l e a n d t h es t r o n gc o u p l i n gs y s t e m t h et r a d i t i o n a lw a y t oc o n t r o lt h eh e i g h ta n dt e n s i o nh a sb e e n u n a b l et om e e tt h er e q u i r e m e n t s o fr o l l i n gp e r f o r m a n c e t h eu s eo fa d v a n c e dc o m d u t e r t c c h n o j o g y1 m p r o v e st h el o o pc o n t r o ls y s t e m ，i m p r o v e st h em o n i t o r i n go f w i r er o dp r o d u c t i o n ， o p e r a t l o n a n dl m p r o v e st h el e v e lo fa u t o m a t i o n t h ep r o d u c t i o n e 艏c i e n c ya n dp r o d u c t q u a l i t y1 s1 n c r e a s e d i th a sg r e a ts i g n i f i c a n c e t h i sa r t i c l ei sb a s e do nt h ea c t u a ld e v e l o p m e n t s i t u a t i o no fc h i n a sh i g h s p e e dw i r ee l e c t r i cc o n t r o l s y s t e m ，t h ef o i l o w i n gw o r ki sd o n e ： f i r s t l y ，i nt h i sp a p e r ，t h eh i g h 。s p e e dw i r ee l e c t r i cc o n t r o ls y s t e m ，h i g h s p e e dw i r er o d p r o d u c t l o np r o c e s s ，p e r f o n n a n c e r e q u i r e m e n t sa n dt h es t a t u so ft h ed e v e i o d m e n to f h i g h s p e e dw i r el o o pc o n t r o ls y s t e ma th o m ea n da b r o a dw e r ei n t r o d u c e d a f t e rt h a t ，b ya n a l y z i n ge a s eo fu s e ，a d v a n c e da n d s p e e do fp r o d u c t so ft h ew o r l df a m o u s p l cm a n u f a c t u r e ra n dc o m b i n i n gt h ee x i s t i n gt e c h n o l o g y ，e q u i p m e n tc o n d i t i o n t h e s y s t e m t r a n s f o r m a t i o np r o g r a mi sp r o p o s e da n d i m p l e m e n t e d t h e n ，t h ei m p o r t a n tp o r to fh i g h s p e e dw i r er o d p r o d u c t i o nl i n ee l e c t r i cc o n t r o ls y s t e m 1 0 0 pc o n t r o ls y s t e mt h e o r yi sa n a l y z e dd e t a i l e d l y t h i sp a r ti n c l u d e s ：t h eb a s i ci d e a so f 1 0 0 p c o n t r o l ，b a s i cw o r k i n gp r i n c i p l e ，t h em e a s u r e m e n to fl o o p ，a sw e l la st h em a i nc o n t r o lm e a n s o fl o o p ，a n ds oo n t h eb a s i se q u a t i o no f l o o ps y s t e ma n dt h ef o 册u l ao ft e n s i o ni sd e r i v e d f i n a l l y ，t h ek e yp o r to fh i g h - s p e e dw i r er o dp r o d u c t i o nl i n ee l e c t r i cc o n t r o ls y s t e m ，1 0 0 p c o n t r o l8 y 5 t e mi ss t u d i e dd e e p l y t h es t a r t i n go f fc o n t r o lo fl o o p ；ah i g h d e g r e ec o n t r o lo f i i t 东北大学硕士专业学位笙查 垒! ! ! ! ! ! 1 1 0 0 p ；t e n s i o nc o n t r o lo fl o o p ，a sw e l la st h ep r o t e c t i o nc o n t r o lo ft h ea c c i d e n ta r ei n c l u d e d a n dt h ew o r k i n gp r i n c i p l eo ft h em a i n s t r e a mp r o d u c t so ft h ec u r r e n th i g h 。s p e e dw i r el o o p c o n t r 0 1 t 4 0 0o fs i e m e n si sa n a l y z e d a n dt h el o o pc o n t r o ls y s t e mi st r a n s f o r ms u c c e s s f u l l y a tp r e s e n t ，t h ed e b u g g i n gw o r kh a sb e e nf i n i s h e d ，t h ee q u i p m e n t sr u nn o r m a l l y ，a n dd e s i g ni s - i m p l e m e n t e dp e r f e c t l y k e y w o r d s ：h i g hs p e e dw i r e - r o l l i n gm i l l ；l o o p c o n t r o l ；t e n s i o nc o n t r o l ；p r o g r a m m a b l el o g i c c o n t r o l l e r ( p l c ) ， _ ，j 、 ， - 东北大学硕士专业学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 论文研究的背景1 1 2 高速线材的发展概况1 1 3 高速线材活套控制系统的国内外发展现状2 1 4 高速线材电气及活套控制简介3 1 5 本文研究的目的和意义4 1 6 本文所做的主要工作5 第二章高线生产电气控制系统改造及实现7 2 1 高速线材生产线主要工艺过程7 2 2 高速线材生产线的主要设备组成和重要指标参数8 2 2 1 轧线电机主要技术参数一8 2 2 2 各生产区域主要设备及操作、控制要求一9 2 3 电气控制系统改造方案设计1 2 2 3 1 原有电控系统简介1 2 2 3 2 电控系统更新改造的必要性1 2 2 3 3 电控系统改造的基本设计1 3 2 4 电气控制系统的技术实现1 8 2 4 1 工业以太n j ( h 1 ) 在电气控制系统中的应用1 9 2 4 2w i n c c 监控系统实现2 0 2 4 3 操作站及工程师站硬件及软件配置2 1 2 4 4 电气控制系统实现的主要功能2 2 2 5 本章小结一2 3 第三章高速线材活套控制系统分析2 5 3 1 活套控制系统在整个轧线控制系统中的地位和作用2 5 3 2 活套控制的基本思想2 5 3 3 活套控制的基本工作原理2 6 3 4 活套装置的发展2 6 ” j ， 东北大学硕士专业学位论丈 目录 3 5 活套的测量2 7 3 5 1 活套扫描器2 7 3 5 2 活套系统基本方程；2 7 3 6r 因子的定义和级联控制方向3 1 3 7 活套控制的主要方式3 1 3 8 本章小结3 2 第四章高速线材活套控制系统改造及实现3 3 ， 4 1 活套调整控制器t 4 0 0 3 3 4 1 1t 4 0 0 功能简介，_ ，3 3 4 1 2 接口与连接? 3 3 4 1 3t 4 0 0 工艺板在活套控制中应用3 7 4 2 活套的数字化自动调节3 8 4 2 1 活套控制系统的组成3 9 4 2 2 活套的主设定控制方式4 1 4 2 3 活套控制中的级联调节- 一4 3 4 2 4 活套控制过程的分析4 4 4 2 5 活套的事故保护控制“5 0 4 2 6 起套棍的起、落套控制5 0 4 2 7 活套的位置控制5 1 4 - 3 活套控制系统的通讯实现5 4 4 3 1s 7 4 0 0 与t 4 0 0 板的通讯5 5 4 3 2t 4 0 0 板与c u v c 板之间的通讯5 5 4 4 活套及检测部分模块接线5 6 4 5 本章小结5 9 第五章结语j 6 1 参考文献- 6 3 ， 致谢6 5 东北大学硕士专业学位论文第一章绪论 第一章绪论弟一早珀了匕 1 1 论文研究的背景 近几十年来，线材互, ：l t j l 的发展趋势是高速、连续、无扭、单线、组合传动、机械化、 自动化。在高速线材轧机中，不论译线还是双线轧机，为保证轧出优质线材，其主要冈 素之一是要保证预精轧各机架之i 日j 以及预精轧和精轧机之间实行无张力轧制。由于轧制 速度快以及其他方面原因的影响，要完全靠两机架小身的调速控制系统来保证无张力轧 制而又不堆钢是难以实现的。冈此，在这些机架之m 各设一活套控制环节，轧线中的各 活套通过级联关系构成个活食控制系统，保证轧件在这些机架间在一定的套量下进行 轧制，以实现无张力轧制的要求。 随着社会发展! j 科学技术的进步，用广1 对轧机设备、钢铁产品质量、品种、性能的 要求越束越高，其中对轧机设备的设计以及钢材质量指标的要求己经达到相当高的程 度。这就为轧制过程的控制进一步增加了难度，用传统方法已经很难进一步提高控制水 平了。热连轧活套控制系统足一个多变量、强耦和系统，现在图内大部分热连轧机的活 套高度和张力控制系统并没有实现多变量控制器进彳控制，而足采用了传统的高度和张 力进行独：立控制的方式，这制约了产品质量的进一步提高。 1 2 高速线材的发展概况 第一台线材轧机问1 址于1 71 l j ：纪，是锻坯成材的。比较正规的第一台横列式轧机 建于1 8 1 7 年，由于受冶金j - l k 发展的限制，线材轧机发展缓慢，直到1 9 世纪木仍以 横列式轧机为t 。尽管1 8 6 2 年英国曾建造过一台连续式轧机，由于盘重小质量差，效 率还不及多线横列式，这种轧机没有得到发展【l i 。 在第二次1 址界大战结束后，随着冶金技术、电传电控技术、机械制造技术的发展， 以美i 词摩根公司和德国施罗曼公司为代表，丌始向高速、连续两个主要方向进行研制。 自1 9 6 6 年8 月第一套高速无扭轧机在加拿大钢铁公司投产，直至7 0 年代木，精轧机 设计速度为5 0 m s 7 0 m s ，钢坏断面为8 0 1 3 0 m m 2 方，盘重8 0 0 2 0 0 0 k g 。1 9 7 6 年以 后， l j 现了原两德德马克型，意大利达涅利裂，德英财团的阿希洛型等高速轧机，但 摩j = | ! ! 侧交4 5 度轧机占有绝对优势，在1 9 6 6 1 9 7 9 年l l l 界各陶己建成投产的1 3 7 套机 组巾约占8 0 。高速无扭精轧机组是高线? j 三产的关键设备，它集中了当代线材生产工 艺和没备的新成就。该阶段的高速无扭五；l t j l 实现了高速、单线、连续无扭和微张轧制。 这阶段轧制生产线的基本模式是考h 轧7 架、f l 车l8 架、精轧1 0 架稚置方式，全线2 5 东北大学硕士专业学位论文第一章绪论 架轧机，仅在精轧入口前有一活套，成品尺寸精度受连轧张力影响较大。 8 0 年代后，由于以连铸坯作为坯料的比例增加，连铸坯的断面尺寸趋于增大，及用 户对小规格、大盘重线材需求量的h 益增加，因而线材尺寸范围已扩大到5 m m 2 5 r a m ，精度要求也越来越高。为适应这一发展，为减小连轧张力对成品尺寸精度的影 响，减少精轧工艺故障，出现了单线悬臂式平、立交情的4 架活套轧制的预精轧机组， 使全线的活套数量由1 个增至5 个，实现了无扭无张轧制i lj l 引。 9 0 年代高线轧制新技术。双机架台克森高精度牟l 机为满足老式摩根轧机现代化改造 的要求，近年摩根公司推出双机架台克森高精度轧机，该轧机安装在无扭精轧机和央送 辊之间，与现有无扭轧机配合使用。可将轧制速度山7 0 m s 增) j h - 至01 0 0 m s ，同时成品尺 寸公差可达到o 1 m m 。双模块高速精轧机组为进一步提高轧机利用率，降低金属消耗， 简化操作，实现以最低成本生产出高质量的产品，达，翟利公司最新推出了双模块高速精 轧机组，将高速线材生产技术推向新阶段。 1 3 高速线材活套控制系统的国内外发展现状 随近代电子信息技术、计算机软硬件性能的快速发展，计算机自动控制技术应用于 俐铁轧制生产过程，活套控制问题也 i 益提上议程。目前，活套的稳定性、快速反应性、 抗干扰性差，传统的基于活套电机电流基准值汁算器( c c r c ) 乇t - 算出活套电流牲准值的 单项输入单项输出( 简称s i s o ) 的p l 控制方法或是如二 # f 二涉控制、贝优化控制等都采用 多项输入多项输出( 简称m i m o ) 的系统控制法已不能完全满足需要。国内大多都在改进 自己的控制方法、控制系统。如杭州钢铁高速线材厂采用代数控制法系数图表法 ( c o e f f i c i e n td i a g r a mm e t h o d 简称c d m 法) ，其适应生产过程中的变化和不确定性，控制系 统不但刚性好，而且系统设计简单、参数调整简便。再如武钢热轧厂活套商度控制系统， 采用p l m 8 6 语言编程，并与精轧机组速度给定控制系统装载于同一台美国a e g 公司 的m a c 计算机中，实现了全数字化，在活套支撑器化置信号的检测及套量的转换等方 面采用了新等腰三角形计算方法，使系统的快速性、精度均有提高。综合面言，近年来 国内科研人员对活套控制系统的研究丰要在如下二个方面： 一方面，由于我国有自主产权的j f j 于活套机械自动化控制的品牌产品很少，几乎所 有的p i d 调节器、活套扫描器、智能转化模块、过程控制站都是从国外引进。因此，p i d 、 扫描器或a d 转换板等产品专j t j 的系统，有各自的总线标准和通讯标准及系列产品，编 程软件和运行支持软件，开放性较差，致使各企业长期依赖于国外某几个厂家的产品。 基于上述原因，科研人员对原控制系统进行研究，引进国外新产品进行局部改进或直接 引进成套技术含量高的控制系统，促进与幽际接轨。 ： “， ：痞： 。，? ： ，“：，b ： 东北大学硕士专业学位论文第一章绪论 另一方而，国内对活套套量不稳定、抗干扰性筹、反应速度慢等因素的研究较少且 主要注甭在活套机械设衍的改避? 改造方面，这就容易造成电器设备控制和生产工艺的 脱节。 l if j ，幽内对活套的控制技术不成熟，工艺设计套鼍和现场套量相差较大且套量的 波动较火，很容易产生 证铡和堆钢现象。到同前为止对活套控制系统在机械设备自动化、 计算机控制以及套量的计算方面的研究较多，而对影响活套的工艺因素研究较少；为此 对活套套量彳i 稳定的生产工艺影响闪索的研究和活套控制在工艺方面的优化是非常必 要r 迫切的1 3j 【4 1 。 自计算机进入工业领域历以及电子技术的发肥，闻外许多固家( 如美国、前苏联、 f 1 本、西德、意人利等 ：日家) 就j r 始了活套计算机控制的研究及运用；此时活套的控制 只是基于活套电机i l 三流坫准值计算器( c c r c ) 算出活套输出的电流基准值来控制活套。 这种方法虽然理论上可行，实际也被广泛使用；但l “于要考虑多变最输入输出之间的耦 合冈索，只足按照被控变遥与操作变量单一结合构成两个单刚路控制系统，因此不能完 全满足轧制j l 三产过程对控制系统的要求。到八十年代随计算机计算能力的提高以及数字 一 控制技术的发展，日本y o s h i k o z uk o t e r af u m i ow a t a n a b e d 等人提出了互不相干活套控制 方法( 也称解耦多变量控制) 。采用交叉控制器( c r o s s c o n t r o l l e r ) 作为前置补偿器，活套高 度和张力被控制于互不相干的状态提高了系统的控制精度和响应时问。其性能远比传统 霸秘 方法好得多。在r f 常轧制条件下，活套支持器的位置变化减小，机架问张力变化到”j 忽 略彳i 计。另外随计算机硬件性能的提升和神经网络的发展，美国a e g 公司据其计算机 一 优势采j jm a c 计算机、德1 日矿i i 门子据其电子信息技术采用6 r a 2 4 全数字直流传动系统 中的一j ：艺控制调节器以及智能模板i p 2 4 1 、瑞典的m a t e r p i e c e2 0 0 1 的过程控制站米控制 活套，使活套控制的稳定性、快速反应性、抗干扰性大为提高。 1 4 高速线材电气及活套控制简介 高速线材的电控自动化系统包括：高低压供电系统、自动化控制系统、自动控制检 测设嵛三个主要部分。其中，高低压供电系统主要负责为高速线材生产厂的所有电气设 备供电，包括轧制生产线上的 4 l 轧机组、中轧机组、预精轧机组和精轧机组的交直流伺 服系统，飞剪动力系统，中央水循坏处理系统以及其它辅助没施电气设备等。高低瓜供 电系统的总装机容量一定要满足高速线材生产厂电气设备总装机容量的要求。 轧线臼动化控制系统由可编程序控制器和i _ 、l k 电子计算机构成二级自动化控制系 统，完成全线所有电气设备的自动化控制。全线自动化系统硬件有p l c 、传动设备、工 作站等三部分，p l c 主要用r j ：炉温控制和逻辑控制，以及轧机级联调速、微张力( 或活 东北大学硕士专业学位论文 第一章绪论 套) 控制、飞剪控制等1 5 】1 6 】1 7 1 。 高速线材轧制控制中，自动控制检测设备主要负责检测出轧件的位置信息，传送给 计算机控制系统进行处理。自动检测器件一般有热金属检测器、活套扫描仪、非接触式 测温仪、工业电视等。 线材在精4 l ；l t ) l 组进行连轧时，通过活套装置的缓冲作用，保持恒定的微张力、活套 量控制。当相邻机架形成连轧后，下游机架主传动冈轧辊咬钢受到突加负荷产g i 动态速 降，形成一个固定套量，同时该机架的负荷继电器发i j 信号使活套张力自动控制系统给 出大电流和高速度限制基准信号，将活套臂迅速升起奄给定的j 下常工作角，此时活套自 动控制系统投入工作，活套臂继续抬升，这时因活套惜的角度大于给定的正常工作角度， 活套高度调节器送出偏差信号使上游机架主传动速度降低，收缩线材长度，这样活套臂 抬升到固定套量的相应位置时就已经将线材绷紧，产生给定的微张力，此后活套装置恒 张力调节系统投入工作，维持在给定的微张力状念下进行轧制。线材热连车l t j l 要求起套 过程在1 秒钟之内完成。在线材尾部离丌连轧机架自仃，活套辊应降至机械零位，以免翘 起的线材尾部高速甩出，发生事故。落套信号是由上游机架的负荷继电器或i ：游机架前 面的热金属检测器信号经延时继电器给出，其接点接通落套高速电压基准给定叫路，活 套电机反转落套，亦可山活套辊及线材自重作为落套动力。在高速线材热连轧机上还没 有小套： 作制，即将活套辊先自正常j j ：作角降至小套位置( 由主传动调速完成) ，然后再 落至机械零位。工艺要求落套过程住0 5 秒之内完成。计算机对活套的控制一1 ：要有以下 功能1 8 j ： ( 1 ) 活套的高度控制 ( 2 ) 活套的张力控制 ( 3 ) 活套的顺序控制( 起落套) ( 4 ) 活套的补偿控l 制- 1 5 本文研究的目的和意义 高速线材轧机的显著进步是在本世纪，由横列式、半连续式、连续式直到高速轧机 的诞生。在第二次世界大战结束时，工业发达国家的线材生产技术仍沿着高速、连续两 个主要方向发展。改革开放后，我国线材生产总量连续数年居世界首位。然而我国线材 轧机中只有少部分是高速线材4 ；l j f j l ，生产效率低。高速线材轧机与其他先进技术一样也 是时代的产物，是冶金技术、电传电控技术、机械制造技术、自动化控制技术和计算机 技术的综合产物。 高速线材活套自动化控制系统实现无张力车l t ) l 控制，保证最终产品尺寸精度，是高 ：i 。j ： 东北大学硕士专业学位论文第一章绪论 速线材自动化控制的。霞婴身【成部分，也是提高轧制速度的关键。利用先进的计算机技术 完善活套控制系统，提高对线褙生产过程的髓视、操作、自动化控制水平，从而捉商线 材的z l - ：i 虹效率和产品质镀，是十分行意义的。 本文正是从我阁f jd 订高速线材轧机自动控制系统的发展实际情况出发，抓住我圜在 这一领域内研究的薄弱坏管，特别在高速线材活套f i 动化控制系统实现无张力车l i o l 控制 这一方而进行了深入、细致的研究，力求为我网的在商速线材活套自动化控制领域的发 展做i i 自己微不足道的贞献。 1 6 本文所做的主要工作 本文所做的主要工作包括： ( 1 ) 对通钢高速线材生产线原有的电气控制系统进行了深入研究，与现在高线电控 系统的主流j - 品进行对比，找出原有电气控制系统的不足之处： ( 2 ) 通过x , 1 l t l ：界上著名p l c 厂家的自动化产品进行易用性、先进性、经济效益和运 行速度的分析比较，并结合通钢现有的技术、设备条件，提出高速线材电控系统的改造 方案加以实现； ( 3 ) 对高速线材生产线乜控系统的关键技术环节一一活套控制系统进行了深入研 究。对活套控制过程中的各个环节，包括起、落套控制；活套的高度控制；活套的张力 控制以及活套的事故保护控制等都进行了深入的分析； ( 5 ) 对当i j 高速线材活套控制的主流产品两门子公司的活套调整控制器t 4 0 0 的：r = 作原理进行了深入的研究，并将其成功应用于通钢高线的活套控制系统改造。 孽 东北大学硕士专业学位论文第二章高线生产电气控制系统改造及实现 第二章高线生产电气控制系统改造及实现 2 1 高速线材生产线主要工艺过程 以通铡商线为例，对高速线材轧制，l 三产工艺过程进行简要介绍。下丽给出通钢岛速 线材生产线j l ：艺设备布置图( 图2 1 ) ： l 拌。匕e g2 撑+ 匕鲍 3 群飞翦 图2 1 两速线材生产线l ：艺设备布置图 f i g 2 1t e c h n i c se q u i p m e n t sd i s p o s a lo fh i g hs p e e dw i r e - r o l l i n gm i l l 如图2 1 是通钢高速线材厂轧线机组设备白置图。图中l 4 号机架为粗轧机，5 - 9 号机架为巾轧机，1 0 - 1 5 号机架为预精轧机，1 6 - 2 5 号机架是组合结构的精轧机。在1 2 1 6 号机架之问，共有四个活套。 高速线材轧制! j 三产工艺过程主要包括：钢坯准备及加热、轧制、冶金质量控制、成 品检验入库等环节。其主要特点足实现了连续无扭轧制和散卷控制冷却。下面对高速线 材4 ：l f t , i 生产工艺过程加以具体描述： 经检夯清理后的合格钢坯，山炼钢车间钢坯库用火车运入本车间的钢坯跨，用磁盘 吊车卸料按炉分钢种堆放在钢坯料架上。生产调度发出生产指令后全车间机器电气设备 润滑流体系统均作好生产准备。钢坯由磁盘吊车从钢坯料架上将钢坯吊起，每次调运 1 4 根，放置一l 二料台架上，上料台架的链条拨爪将钢坯推向前进，每次将一根推倒装料辊 道，然后山辊道将钢坯送进步进式加热炉内加热。加热好的钢坯由出钢机按轧钢顺序有 节奏的出钢，然后送入紧凑式卡 1 轧机组。1 2 0 1 2 0 9 5 0 0 m m 的钢坯经5 架立式轧机轧制。 7 东北大学硕士专业学位论文 第二章高线生产电气控制系统改造及实现 轧件出粗轧机组后，经l 群飞剪切头切尾( 事故时将轧件进行碎断) ，进入六机架悬臂式平 立和冕的中轧机组轧制，在经2 群飞剪切头切尾( 事故时将轧件碎断) 进入四机架悬臂式平 立佰置的予精轧机组轧制。为保证送入精轧机的线材半成品尺寸，分别在四架预精轧机 之问及中轧机组最术两机架问设有 q 个立式活套，以保持机架间无张力或低张力，并为 过度状态下的轧件堆积提供一定的缓冲空间。 在精轧机组前的导槽线上设有迎转式切头、切尾飞剪，轧件切头经侧活套进入十架 4 5 0 无扭精轧机组在悬臂的碳化钨小辊环中进行单线、高速、无扭轧制成线材。轧件在 精轧机组中轧制4 - 1 0 道次。巾5 5 6 0 m m 线材保诅! 速度6 0 m s ，可轧速度为6 5 m s ， 设备最高运转速度6 0 m s 。若轧件在精轧机组内发生事故，则由h m d 系统发出信号。 轧件自精轧机组轧出后，即进入控制冷却作业线。首先进入水冷装置。将轧件由1 0 0 0 1 1 0 0 * c 左右迅速冷却到7 5 0 一8 5 0 c ，然后经央送辊和吐丝机形成螺旋状线幽，并 落到延迟型运输辊道上，根据处理的钢科，和规格，可以调节辊道速度、风量、加盖或不 加盖，以控制线材冷却速度，当线材到达运输机尾部时，可以冷却至4 0 0 4 5 00 c 左右， 在冷却过程中完成相变，并得到良好的金相组织和所需机械性能。 线材在运输机尾部经过喂入链落入集卷筒，通过集卷筒i 二的拖架升降机构，缓慢落入环 绕于垂直芯棒周围形成盘卷，然后难卣j 卷棒叫转至水平位置，以供卸卷运输机取走。运 输车将盘卷送往处于等待状态的p f 线上的待装吊钩上。盘卷挂好后运输小车返回， 载有盘卷的钩子则山运输机带动沿轨道向前运行，继续进行冷却。然后进入检查取样区， 同时用人工剪去盘卷头尾儿圈不合格的线材，盘卷挂在钩子上继续向前运行，经压紧机 人工打捆、称重，进入卸卷站。卸卷车将盘卷从钩式运输机上取下，再用带c 形钩的吊 车一次吊用两个到三个盘卷至成品区堆放、发货。 2 2 高速线材生产线的主要设备组成和重要指标参数 通钢高速线材生产线设有6 个控制操作室，即上料操作，出炉操作室，主：4 ；l s j l 操作 室、控制冷却线操作室和钩式运输机操作室。它们分别控制炉前区，第一架g l t 车u d l 以前 区域，轧机区，控制冷却区( 包括水冷段、风冷及夹送辊、吐丝机的速度设定和调整) 及 集卷区和卸卷区。6 个控制操作室分区控制全车间生产，其中主轧机操作室为主控宅。 7 此外还在主要设备旁、润滑站等处设若干操作箱，用于检修操作及事故紧急停车。另外， 沿整个生产线还设有热金属检测器，电视摄像装置，为榆测轧件的运动提供0 f 故报警， 事故处理信号和必须的轧件温度值，以便操作人员控制生产线的运转。 2 2 1 轧线电机主要技术参数 轧线各电机主要技术参数如表2 1 所示。 - 8 东北大学硕士专业学位论文第二章高线生产电气控制系统改造及实现 2 2 2 各生产区域主要设备及操作、控制要求 2 2 2 1 炉区设备操作及控制要求 炉区设备控制要求设置手动、半联动及全区设备联动操作。炉区设备可分别由人工 手动控制其启动、停止，也可以按照设备功能区域地完成备料、装炉、步进、出钢这l j q 个基本动作的区域联动，即半联动。在各方面条件均以达到要求后，将由这四个动作按 东北大学硕士专业学位论文第二章高线生产电气控制系统改造及实现 照规定的时间、动作联锁关系连接起来，以达到全区设备联动操作。水处理系统的其它 设备采用继电接触器控制，简单的继电器连锁，采用机旁和集中控制两种操作方式。两 路供电电源，一投一备，自动切换，确保水系统不问断运行。 2 2 2 2 生产线各组轧机操作及控制要求 ( 1 ) 主轧机起动和操作 所有的功能均已处于允许和准备完成的状态下，操作人员才能起动轧机。具体要求 如下： 所有选择开关是在“允许运行”或“端开 位置； b ) 可控硅电源有电，己准备好和“供电准备 灯是亮的； c ) 每个机架的连锁控制操作是在允许的位置； d ) 辅助传动和连锁在运行并在允许的条件下就是轧机齿轮润滑，电机通风，液压系 统等； e ) 选择机架传动的电机了：关操作是“闭合”状态，和指示灯是亮着； n 操作人员按下“轧机准备复位”的按钮和指示灯已亮； 曲操作人员按“轧机起车的呜笛”按钮； h ) 操作人员选择“自动程序”或“手动”控制； i 1 按下“轧机加速”的按钮使4 ；l ) o l ) j h 速； i ) 可按下“轧机减速”按钮或按下“紧急停车 按钮，使轧机停车。 ( 2 ) 轧机的速度设定和控制 速度的控制和调整操作有两种模式，即“手动程序”和“自动程序。 a ) “自动程序 模式是j f 常的操作方式，轧机速度犟准值来自储存的程序，它包括 ( p l c ) 自动控制系统内，操作人员通过荧光屏显示和键盘选择，操作者能微调改变速度， 通过改变两轧件的程序数值来改变速度，或用“级联速度”丌关实时改变速度。 b ) “级联速度控制是按一个比例数值改变所选择机架电机的速度以及所选择的机 架的上游全部机架电机的速度例如级联2 速度改变在1 5 # 机架，同样1 到1 4 j 6 机架以同 方向改变( 高或r e ) 2 。 ( 3 ) 轧机的爬行速度及机架的选择 轧机的爬行操作模式只能 j 于当轧机是停着时选用和“手动”控制选择时使朋。当 轧机在运行时连锁将时爬行模式选择丌关无效。操作人可用选择丌关选择( 或不选择) ， 要求作爬行的轧机，操作人可选择爬行的模式( 正转或反转) ，按下爬行按钮，被选择的 轧机就以爬行速度运转，( 速度可在控制屏上调节，然而正常整定在电机基速的1 0 ( 初 中轧机) 及2 0 ( 精轧机) 。 东北大学硕士专业学位论文 第二章高线生产电气控制系统改造及实现 ( 4 ) 4 ：l s j l 停车 牟l s j l 停4 ：- - , r 选用正常停1 二，也町起动“紧急停车”或当连锁系统测出超出规定范m 条件之外时进行枣故停车。一个机架或轧机的停车是山于一个机架的故障，电机电气的 故障或是电源上的故障。j f