铝带热轧机组电控系统.doc

1300毫米单机架双卷取铝带热轧机传动电控系统 摘要：本文主要介绍了应用了ABB公司的DCS500B全数字直流传动模块、ACA600交流多传动控制模块和西门子公司的S7-300程控器等完成的1300毫米铝板带热轧机电控系统；文章介绍了系统硬件、软件设计并着重介绍了辊道电机的控制思想。关键词：热轧机 交流多传动 现场总线Abstract:This paper mainly introduces the 1300mm aluminium hot roll mill control system that apply the DCS500B digital DC motor controller and ACA600 AC motor multidirve controller of ABB , S7-300 programmable controller of SIEMENS;The paper also descripes the system hardware,software designation and main control idea of roll table motor control. Key words:hot roll mill AC multidrive field bus 1概述本电控系统应用于我公司新开发研制的国内第一台1300毫米单机架双卷取四辊铝带可逆热轧机组中。该热轧机将加热后的坯料先通过热初轧轧制成薄板，再通过热精轧在左、右双卷取机上高速成卷卷取。来料板坯宽度1050毫米，厚350毫米，成品厚度4毫米，成品卷径1600毫米，卷重4950千克，机组最大轧制力12000千牛，最高轧制速度180米/分钟，最大卷取张力120千牛，卷材终轧温度超过320。主要传动设备有主轧机、左、右卷取机、辊道、夹送辊、圆盘剪和压下电机等。2电控系统组成热轧机组电气传动控制系统示意图如下 图一 热轧机组电气传动控制系统示意图2.1传动控制系统：直流传动控制系统采用DCS500B全数字传动控制模块；，内部集成了卷取功能块，可以方便地完成张力给定、卷径计算、动态补偿、空载补偿和转矩控制功能；2.2交流传动控制系统：采用基于直接转矩控制的ACA600交流多传动装置传动；2.3可编程程控器：采用三套SIEMENS公司的S7-300程控器；2.4人机操作界面：采用一套15英寸触模式板式计算机、两块10英寸彩色液晶触摸屏，一块5.7英寸单色液晶触摸屏；2.5上位机：采用一套P4-1.7G液晶显示屏计算机，配套HP激光打印机；2.6通讯：整个系统采用三种网络通讯：三套程控器之间采用profibus-FDL方式，编程采用MPI网，直流传动装置、交流多传动装置、现场操作台、阀台等采用profibus-DP方式通讯。3软件系统功能3.1直流传动系统:采用GAD图形化编程语言编程，主要控制功能如下：主电机速度控制，左、右卷取机卷径、张力、动态补偿、空载补偿控制；3.2交流多传动系统：采用driveWindow调试，主要控制功能如下： 控制左、右辊道电机、压下电机和圆盘剪电机的转速和转矩3.3可编程控制器:采用STEP7编程软件编制，三套程控器的控制功能如下：3.3.1 直流及交流多传动控制程控器：主要完成对所有传动模块的通讯控制，包括合、分闸控制，速度给定，张力给定；3.3.2机列操作程控器：接收现场各种传感器信号、操作台按钮、开关操作指令，完成对轧机液压元件、气动元件、信号灯的控制；3.3.4油系统程控器：完成对轧机辅助、压下等泵站的控制；4 触摸屏控制及画面编制：这套电控系统采用了较多的触摸屏，大量减少了传统的按钮、信号灯和模拟显示仪表，对操作界面带来了很大的改观，触摸屏完成功能如下：4.1 主操作台触摸屏画面：轧机主传动电机、交流多传动电机合、分闸操作及转速、电流等状态显示，左、右卷取机张力、卷径显示，轧制速度、工艺润滑喷嘴、吹扫喷嘴控制和状态显示，各泵站启、停控制及状态显示，轧机操作连锁状态显示，；4.2油系统操作触摸屏画面：辅助、压下泵站启、停控制和工作、报警状态显示；4.3工艺润滑操作触摸屏画面：工艺润滑泵站启、停控制和工作、报警状态显示；5 监控计算机：本系统采用了上位监控计算机，运行WinCC组态软件，完成对整个机组运行状况的监视；主要画面包括：轧机运行画面、各电动机速度转矩（电流）趋势图历史记录、故障报警画面、打印。6交流变频电机控制： 我们在这台热轧机辊道、压下和圆盘剪电机传动中首次采用了ABB公司的基于直接转矩控制的交流多传动控制装置。交流变频电动机和直流电动机相比，有维护简单、抗恶劣环境等优点；交流多传动控制装置的优点是采用一台四象限可逆整流单元，通过公共直流母线给系统内的每一台逆变器供电，这种系统结构紧凑，在公共直流母线上实现能量回馈，将制动状态的电动机的能量直接通过公共直流母线回馈给电动状态的电动机，实现了节能。 图二 交流多传动供电示意图6.1辊道电动机控制 热轧机的辊道控制是一个重要的环节，将辊道的速度和转矩控制好，可以较好地减轻辊道和带材之间发生打滑现象，减少辊道粘铝，提高带材表面质量。6.1.1辊道电机的速度控制：辊道电机的速度有单动和联动两种方式：单动情况下，辊道电机操作手单独控制；联动情况下辊道速度和轧机主电机联动，具体给定如下： 板坯进入轧辊（咬料）前：因这时轧辊线速V0并不高，为使板坯能有一定的冲劲，须使板坯速度Vin相对于轧辊有一个附加速度V，以改善咬入条件，既 入口侧辊道速度Vin=V0+V； 板坯进入轧辊（咬料）后：因为这时出口侧板坯速度有前滑，入口侧速度有后滑，所以两侧辊道速度给定不能一致，否则容易产生打滑，既 入口侧辊道速度Vin =k1V0 (k11); 出口侧辊道速度Vou=k2V0 (k21); 增加S曲线速度给定：为减少辊道启动/停止时板坯因惯性和辊道产生打滑，在所有辊道电机速度给定斜坡发生器中设定S曲线功能，使辊道柔性启-停，抑制打滑。6.1.2辊道电机的转矩控制：当板坯进入轧辊后，辊道电机只需克服自身运转的摩擦力，过大的转矩也会导致和板坯之间打滑，所以在咬料后对辊道的转矩Mref 进行限幅，既 Mref=k3Me 其中：Me为电机额定转矩 (k31);6.1.3辊道电机的节能控制： 这台热轧机组一共有十八台辊道电动机（包括左、右夹送辊），分列轧机左右两侧。因为热轧坯料长度所限，同时只有一少部分辊道在工作，所以我们在辊道上重要部位设置了若干光电检测开关，通过程序对辊道分段控制，沿轧制方向使坯料将要通过的辊道自动启动、坯料刚通过的辊道自动停止，既实现了节能，又减少了人工操作。6.2 压下电机控制:压下电机采用两台串联方式驱动，从控制上采用主从控制，主电机采用速度系统，从电机采用外部转矩控制；主电机的转矩输出送给从电机，作为其外部转矩控制的指令。 7 应用效果本控制系统经过在现场实际使用，技术先进、工作可靠，控制性能满足轧制工艺要求；在自动化方面，配合各种传感器，更多地采用了程序智能控制，改善了操作环境，减轻了操作人员的工作强度，提高了劳动生产率。1400mm铝带飞剪电控系统李 杰（中色科技股份有限公司，河南洛阳471039）摘 要：本文主要介绍1400mm铝带飞剪机组电控系统的系统组成、系统硬件、软件设计和主要控制思想。该系统采用ABB公司的DCS500B全数字直流传动模块和西门子公司的S7-300程控器以及FM350-1高速计数模块。关键词：飞剪；程控器；直流传动中图分类号：TG334.9 文献标识码：B 文章编号：1671-6795(2002)06-1 概述1400毫米铝带飞剪机组主要机械设备包括开卷机、夹送辊、矫直机、测量辊、送料辊、飞剪、皮带运输机和垛板机等。剪切宽度1200毫米；剪切厚度1.04.0毫米；剪切长度0.54米；最大剪切速度60米/分。要求板材长度误差（剪切精度）在1毫米之内。电控系统的核心部分是飞剪剪刃的位置和速度控制。 电控系统组成飞剪电气传动控制系统如图1所示。图1 飞剪电控系统示意图2.1 直流传动控制系统采用ABB公司的DCS500B四象限全数字传动控制模块。2.2 交流传动控制系统皮带运输机采用ABB公司的ACS401变频器。2.3 可编程程控器采用一套SIEMENS公司的S7-300程控器（CPU为318-2），具有高速浮点运算功能。2.4 计数模块采用SIEMENS公司的FM350-1高速计数单元。2.5 人机界面采用SIEMENS公司的TP27-10彩色液晶触摸屏。2.6 通讯控制系统采用PROFIBUS-DP现场总线技术，实现对所有ABB直流传动模块以及可编程序控制器远程子站的控制。3 飞剪控制原理带材经过开卷机、夹送辊、矫直机，由送料辊匀速送入飞剪本体。飞剪剪刃由上下两个摆臂同步带动两个剪刃沿带材运行方向做周期性圆周运动。如图2所示，以上、下剪刃分别在最上、最下点作为初始点A，在上、下剪刃分别到达最下、最上点时啮合，完成剪切工作这一点作为剪切点S，带材在剪刃两次经过剪切点S期间走过的距离就是剪切长度。要完成剪切,剪刃和送料辊运行须满足下列约束条件： 式中 LO剪刃启动前带材走过的长度； La、Ta带材在剪刃从点加速至B点期间走过的长度及所用时间；Lb、Tb带材在剪刃从B点匀速运行到剪切点期间走过的长度及所用时间；Lm预定的剪切长度； la、lb剪刃加速段和稳速运行到剪切点S所走过的弧长；l 剪刃完成一次闭环运行所走过的圆周长；Vb剪刃到达剪切点前匀速运行的速度；V0带材匀速运行的速度；a剪刃加速度。图2 剪切示意图（上剪刃及带材）从上述条件和示意图可以得出以下结论： 必须保证剪刃在到达剪切点S时和带材的速度保持同步，这是保证剪切精度和不损坏剪刃的首要条件； 剪刃在剪切时走过一个圆周长所用时间总和必须小于带材匀速走过一个剪切长度所用的时间。 4 软件系统 本系统控制软件由以下三块组成：4.1 ABB直流传动系统采用GAD图形化编程语言编程。主要应用软件功能：开卷机卷径、张力、动态补偿、空载补偿计算；矫直机、送料辊及剪刃速度给定。4.2 可编程控制器采用STEP7编程软件平台编制；采用了LAD、FBD和STL三种方式编程；采用OB组织块和FC功能块相结合的模式。程序主要完成以下功能： 主程序块：完成系统程序调用，现场总线控制； 定时中断块：检测剪刃和带材位置，完成剪刃闭环速度控制，完成矫直机和送料辊速度检测； 功能块：完成剪刃启动、减速位置计算；直流传动模块的通讯控制；泵站启、停控制及机组程序控制。4.3 触摸屏采用ProtoolPro/CS 语言编程，主要画面有：直流电机合、分闸画面；泵站启动、停止画面；板长、板数参数设定画面；剪切控制程序参数设定及修正画面。5 飞剪剪刃速度控制程序的设计思想因为带材是匀速运动的，为了剪切出所需的板长，剪刃必须周期性地完成等待、启动加速、匀速同步调整、减速、停止这些过程。程序设计上要根据工艺要求和带材实际运行情况计算出剪刃所有关键点相对于带材长度上的位置，再由程序根据带材实际运行位置给出剪刃的运行指令。.1 计算剪刃启动加速点 带材一次剪切周期所用的时间：Tm=Lm/Vo 剪刃加速时间：Ta=Vo/a 剪刃加速距离：la=Vo2/(2a) 剪刃匀速到剪切点的弧长：lb=lo-la 剪刃匀速到剪切点的时间：Tb=lb/Vo 带材从剪刃启动到剪切位置期间走过的距离：La+Lb=Vo(Ta+Tb) 剪刃启动时带材走过的距离：Lo=Lm-La-Lb所以,带材走过Lo时剪刃必须启动加速。5.2 计算剪刃匀速段同步调整速度为保证剪刃在到达剪切点时和带材保持速度同步，当剪刃进入匀速段后，速度必须不断地调整，使其位置和带材同步，这个阶段是剪刃位置闭环控制过程。设剪刃距离剪切点位置剩余弧长为lx，带材距离剪切点位置剩余带长为Lx, 则应有如下关系：Lx,= lx。如果此条件不满足则须调整剪刃速度，调整值为：V=k当Lx, lx