粗轧辊道变频控制优化研究

1、汇报人：汇报人：xuping 木 棉 花 钢 花 集 团 棒 材 分 公 司 粗轧机间辊道变频粗轧机间辊道变频 控制优化研究控制优化研究 目目 录录 选题理由 国内外变频技术的发展及评估 方案设计和试验过程、分析 分析及结论 一、选题理由一、选题理由 存在的存在的 问题问题 目前轧线目前轧线 布置的现布置的现 实情况实情况 选题理由选题理由 改后预改后预 期效果期效果 目前轧线布置的现实情况目前轧线布置的现实情况 1.11.1 棒材分公司的全连轧生产线在建时，由于考虑轧制优钢需要单根 轧制单根上冷床，轧件需要在开坯后进行切断，因此轧线就形成 了现有的前4台轧机与后面的连轧线形成脱头轧制关系，粗

2、轧与中 轧之间，即4架与4架之间存在一条约23米长的两组粗轧机间辊道， 由于未形成真正的连轧关系，因此该辊道的顺利运行与否是保证 整个轧线顺畅的关键。 目前机间辊道存在的问题目前机间辊道存在的问题 1.21.2 预期效果预期效果 1. 1. 二、二、国内外变频技术的国内外变频技术的 发展及评估发展及评估 Page 7 7Page 7 国内外变频器主要品牌：日韩系列：三菱、富士、松下、日立、安川、 LG、等； 欧美系列：瑞士ABB、德国西门子、丹麦丹佛斯、美国爱默生 等；台湾系列：台达、爱德利、东元、普传； 国产系列：深圳英威腾、 成都希望森兰、北京利德华福、成都日立、烟台惠丰、深圳科姆龙等 国

3、际变频器行业发展现状：国内变频器市场是以外资品牌的进入而发 端，直到2000年前后还占据着90%左右的市场份额。目前活跃在我国市场 上的国产品牌占70%左右，但是市场份额仅占20%-25%，虽然内资品牌的 市场份额在快速扩大，但大部分市场仍被十余个欧美品牌和日本品牌所 占据。 欧美品牌变频器增长迅速。欧美公司进入我国市场比较晚，但产品档次 比较高、容量大，价格也比较高，其市场占有情况上升很快。 国产品牌与外资品牌的技术差异：我国变频器配套产业的实力相对较弱， 总体上看国产品牌无论在技术、加工制造、工业设计等方面还是在资金实 力方面，都与国外品牌存在差距，特别是与西门子、ABB两大巨头相比差 距

4、更加明显。 近几年国内轧钢行业变频辊道普及速度加快 ，大量技术先进的变频器被应用到辊道调速 中，棒材分公司通过对安宁永昌钢铁有限公 司、昆明钢铁集团有限公司、玉溪新兴钢铁 有限公司的棒材生产线进行考察后发现，以 上公司加热、轧钢区所有辊道全部采用变频 调速控制，设备运行稳定，故障率极低。 评估 三、三、方案设计和试验过程、分析方案设计和试验过程、分析 方案 设计 试验 过程 分析 讨论 三三 棒材分公司粗轧机间辊道主要由22台普通2.4KW电机及相关辊子组成 ，位于轧制线4V轧机和5H轧机之间，共分为两组，分别命名为粗轧机 间辊道一组（靠近4V）和粗轧机间辊道二组（靠近5H）。该辊道主要 担负

5、着将轧件从粗轧运送进中轧的至关重要的任务。一旦辊道出现故 障，将严重影响轧制节奏。 原粗轧机间辊道电机电气控制系统主要由一个接触器配电柜、一个现场操 作箱、两个现场开关配电箱、主控室操作台相关控制开关及运行信号灯组 成。 当主控室操作台“粗轧一、二组开关”打到允许时，现场可以操作粗轧一、 二组辊道正转，反转时不受主控室控制。正、反转均通过控制接触器吸合 来控制现场电机以额定转速运行。两组辊道同时运行时，主控室操作台上 指示灯亮。只有一组辊道运行时，指示灯呈闪烁状态。提醒相关人员进行 处理。 方案设计原理分析 方案设计原因分析 原电气控制系统采用较简单、传统的 接触器控制，只能给电机提供单一的

6、额定电压，所以电机只能在额定转速 下运行。达不到工艺上提出的频繁变 速的要求，致使电机辊子多数情况下 处于较严重的磨损状态。不仅备件损 坏较快，而且故障频繁，严重影响正 常生产。所以粗轧机间辊道电机必须 采用较先进的变频器控制。 通过对目前各类先进变频器进行比较，选用了国际上较先进的西门子 变频器G120系列，由于西门子产品稳定性好，性价比高，技术较成熟 ，加之棒材分公司运用西门子变频器Micromaster440系列已有了近8年 历史，对西门子的编程语言及调试方法都有了较好程度的掌握，对常 见故障处理也有了一定的维护经验，另外由于轧线总体网络为西门子 400PLC系列，方便该系统能够快速并入

7、总PROFIBUS-DP网。所以选用 西门子产品能够确保项目的顺利实施。 变频器功率模块选型：每一组辊道计算负荷为：2.411=26.4KW 考虑 到现场负荷较重，易出现卡阻等因素，将功率模块适当增大为37KW。 订货号为：6SL3224-0BE33-7UA0。 变频器控制单元选型：CU240E-2DP 订货号为：6SL3244-0BB12-1PA1 根据现场控制要求，变频柜分为两地控制，柜门上设内/外控转换开关 。内控：主要供维护人员使用，可进行点动、调试等操作； 外控：主要供现场操作人员使用，变频器及程序调试好后将开关打在 外控，由400PLC自动控制辊道变速运行。 方案设计设备选型 Pa

8、ge 13 主控室主控室winccwincc画面上设画面上设 两个速度，需由主控人两个速度，需由主控人 员根据当班员根据当班4 4、5 5架轧架轧 机速度自行设定，分别机速度自行设定，分别 为跟随为跟随4V4V轧机速度轧机速度n4Vn4V 、跟随、跟随5H5H轧机速度轧机速度n5hn5h 。机。机1 1实际速度为粗轧实际速度为粗轧 机间辊道机间辊道1 1组实际速度组实际速度 反馈值，机反馈值，机2 2实际速度实际速度 为粗轧机间辊道为粗轧机间辊道2 2组实组实 际速度反馈值，设定速际速度反馈值，设定速 度与实际速度值单位均度与实际速度值单位均 为：米为：米/ /秒。秒。 方案设计 操作界面设计

9、 Page 14 在充分了解工艺需求的基础上，变频器自动化程 序作如下设计：当4架开始咬钢，5架没有咬钢时 ，粗轧一、二组辊道速度延时（暂定为2秒）后 采用跟随4V轧机速度n4V，当钢坯在粗轧辊道上 运行，4、5架都没有咬钢时，粗轧一、二组辊道 速度自动以1.02米/秒喂钢，当5架开始咬钢，4架 没有咬钢时，延时（暂定为3秒）后，一、二组 辊道采用跟随5H轧机速度n5h、当4、5架都处于 咬钢状态时，粗轧一组速度采用n4V，粗轧二组 速度采用n5h。 方案设计自动化程序设计 试验过程第一阶段 试验结果及分析：经两台变频器基本参数调试后，通过BOP-2操作 面板启动辊道电机，两组辊道电机运行正常

10、，通过上升及下降箭头 按钮可以调节电机转速上升及下降，从而达到了预期的试验目标。 试验过程：经过设计图纸并外委制作变频调速控制柜，该项目硬 件准备工作于7月底准备就绪，7月30日正式进入项目实施 。利用原粗轧传动室1#配电柜旁空缺位基础（8001000） ，安装标准变频控制柜80010002200。 柜体安装及主回路连线完毕后，进入参数调试工作。课题组按照 预先准备好的方案，严格进行变频柜的初步调试： 一、电控柜接线查线，确保接线正确：变频器的输入和输出线未 接反；制动电阻接线正确；辅助24V电源未接错。 二、检查三相进线端（进线空开下口）和出线端（接电机端）确 认无短路，电阻值较合理。 三、

11、上电，检查电源电压正常：合上控制回路，检查电压正常； 再合上主回路，未发现异常现象，观察指示灯及BOP-2操作 面板屏幕显示均正常。 四、在BOP操作面板上操作（略）。 五、电机试车（略）。 变频柜安装、变频器参数调试 试验过程第二阶段 试验过程：试验过程：硬件组态方面由于硬件组态方面由于G120变频器属于较新的产品，必须下变频器属于较新的产品，必须下 载相关的硬件载相关的硬件GSD文件，否则文件，否则Step7V5.4软件无法识别，根据购买的变频器控软件无法识别，根据购买的变频器控 制单元可以查询到该产品实际版本为制单元可以查询到该产品实际版本为V4.4版，所以下载相关版，所以下载相关GSD

12、文件文件 G120_CU24x-2_DP_F_V4_4，安装到工控机上。，安装到工控机上。 在粗轧在粗轧400PLC硬件组态的硬件组态的DP网中插入两组网中插入两组G120变频器，具体报文类型选变频器，具体报文类型选 择标准报文择标准报文1（控制字和状态字均为（控制字和状态字均为2个），具体网址选择为个），具体网址选择为:粗轧一组辊道粗轧一组辊道11 ，粗轧二组辊道，粗轧二组辊道12号（注：不能跟已有网站重复），操作完毕后点击保存并且号（注：不能跟已有网站重复），操作完毕后点击保存并且 编译按钮，最后下载到粗轧编译按钮，最后下载到粗轧400PLC中，即完成了变频器的硬件组态工作。组中，即完成了

13、变频器的硬件组态工作。组 态完毕后的具体网络图见下图。态完毕后的具体网络图见下图。 变频器网络连接、硬件组态 经过变频器的硬件组态后必须将变频器的实际DP网址设定和硬件组态上保持一 致，G120变频器的网址设定有两种方法：1、通过DIP拨码开关设定，DIP拨码 开关的设置优先于参数P0918；2、通过参数P0918设定，即将拨码开关全部拨 至OFF状态，通过参数P0918进行设置。课题组经讨论后决定采用第二种设定 方法。 4.2.2试验结果及分析： 在网络连接及硬件组态完成后，进行了监控硬件组态的试验，第一次监控的结果 为11、12号站未连通，工控机的网络通讯画面显示“”。仔细检查各设置后对硬

14、 件组态部分进行了再一次严格的编译和下载，操作完毕后，故障依旧。经课题组 讨论后将变频器控制单元进行断电后重新上电运行，故障排除。两台变频器成功 并入棒材分公司粗轧400PLC网络，从而达到了预期的试验目标。 Page 18 试验过程：试验过程： 粗轧辊道改造的关键技术问题在于粗轧400PLC程序的编制，摆在课题组面前 的有两个技术难点： 难点一难点二 调速涉及到4架、5架的咬钢 判断，因原4架轧机控制程 序在粗轧400PLC中，所以咬 钢信号容易获取，而5架轧 机程序位于中、精轧400PLC， 需要将5架咬钢信号从中、 精轧PLC传至粗轧PLC中。 由于工艺上的不同要求，粗 轧一、二组辊道需

15、根据4、5 架轧机咬钢情况随时变换速 度，所以需要将不同情况下 的一、二组辊道速度分别给 定后再通过一个相同的中间 变量统一换算成变频器需要 的速度给定。 试验过程第三阶段 变频调速程序编制、下载、调试及Wincc 画面制作 Page 19 在OB1中正 确调用新编 辊道程序 FC93 正确下载SFB 中命名的背 景数据块 DB81 针对调试 中主要程序 故障的 解决办法 将辊道速度换 算为变频器认 可的标准格式 修改语句残 缺等算法错 误 试验过程： 第三阶段试验过程主要是调试程序的过程，在试验过程中，先后出现了程序 功能块FC93监控不上；5架咬钢信号无法正确传送；辊道实际速度反馈值 显示

16、不正确等多种程序故障，通过课题组集体研究讨论，很快找到了故障点。 找到程序故障点后，课题组对其进行了一一正确处理 。经处理后程序运行完全正常。能够实现粗轧一、 二组辊道的所有调速功能，成功解决了改造前粗轧 辊道速度单一的状况，从而达到了预期的试验目标 。 经过2个月的热负荷试运行，粗轧一、二组辊道能够按 照程序要求进行精确调速，辊子及电机损耗大大降低， 因辊道损坏导致的故障时间暂时没有出现过，电气故障 率也大大降低。 四、结论及讨论四、结论及讨论 Page 21 粗轧机间辊道变频控制优化研究成功 解决了原粗轧辊道速度单一、电机及辊 子损耗较快的问题。从目前运行情况来 看，PLC及变频器控制精确

17、、系统稳定 可靠，能够满足较复杂的变速要求，对 于偶尔出现辊道卡阻的情况，变频器也 能精确报出F00001过电流等故障而自动 停机。课题组将继续观察整个系统的运 行状况，以便推广到今后的技术改造中 。 讨论一 Page 22 对于程序中延时时间、喂钢速 度给定、变频器中斜坡上升时 间、主控室Wincc画面中速度 给定等具体参数的精确设定值 ，课题组将继续予以关注研究 ，以便整个系统达到一个最优 的运行状态。 讨论二 Page 2323 一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月 第一阶段： 项目筹备 阶段 第二阶段： 图纸设计、 修改、硬件 准备阶段 第三阶段： 程序设计、 修改、项目 实施阶段 热负荷 试运行 阶段 稳定运行 阶段 2013年 Page 24 4架轧机5架轧机 粗轧机间辊道 机间一组