设备通用控制技术文档(投标参考)

1、80万吨/年推拉式酸洗生产线1. 电气设备技术规格书4.1电气设备技术规格4.1.1配电系统1) 高压（10 kV）配电系统高压（10kV）配电系统设备由甲方提供。2) 配电变压器用于主传动的变频调速系统所用变压器为整流变压器，其他的可以采用电力变压器。变压器的典型数据如下：(1) 高压： 10 kV/2.5%/ 5% (2) 低压： 400 V(3) 频率： 50 Hz(4) 阻抗电压： 5%(5) 绝缘等级： F （155）(6) 冷却方式： 自然风冷3) 在线式不间断电源 (UPS)在线式不间断电源(UPS) 用于以下系统的供电：PLC、传动系统变频器的控制、上位机/服务器和HMI系统、

2、对讲系统等。输入：电压 380 VAC或220VAC频率 50 Hz输出：额定容量 4kVA电压 220V，单相/N电池柜：提供1台配有UPS电池的柜子，选用全密封免维护铅酸电池。配电柜：1台配有隔离开关和小型断路器配电柜。UPS电源选择原则：以全负荷状态提供30分钟供电。4) 低压电器选型原则根据经济适用、技术可靠、尽量减少工程造价的原则选择低压电控器件。在选用低压电器控制设备时，既要考虑装备的先进性，又要考虑装备的经济和实用性。1. 调速装置西门子S120系列产品2. PLC西门子S7-400系列3. 三相输出电抗器国产优质4. 框架开关常开/上海人民电器厂（固定式）5. 塑壳开关施耐德6

3、. 小型控制开关施耐德7. 接触器施耐德8. 快速熔断器西电系列9. 中间继电器施耐德10. DC24V电源北京朝阳/台湾明纬11. 信号灯施耐德 12. 按钮施耐德13. 端子菲尼克斯公司UK14. 服务器兼工程师站DELL品牌，流行配置15. HMIDELL品牌，流行配置16. 控制软件a. WINCC最新开发中文版b. STEP7最新开发中文版4.1.2主要用电设备统计(初步参数)主传动变频电机：1185kW辅传动变频电机：100kW普通恒速电机：615kW总计：1900kW以上设备统计最终以工艺、设备等相关专业设计为准。4.2电气传动与自动化控制方案综述自动化系统采用以西门子PLC为控

4、制核心，网络分为2级：传动级（Level 0）和基础自动化级（Level 1）,为完成工艺操作，现场设2个操作室，其中一个位于入口操作室，另一个位于出口操作室；现场另外设置多个机旁操作箱，便于集中和就地分别操作。传动系统分为交流变频调速和交流不调速两种，对于要求控制精度高，需要调速的设备的传动采用交流变频调速电机，在线主传动电机均采用变频调速方案，变频器选用西门子公司的S120系列全数字调速装置，为了实现全线交流电动机快速起/停，采用直流公共母线调速方案，并配置CBP2通讯板，完成全线自动化控制，部分变频器输出侧配输出电抗器。主传动交流变频调速系统采用公用直流母线的多变频器驱动系统，其公用母线

5、的整流单元选用西门子 S120系列整流单元。西门子提供的AC传动系统，配有高技术水平的VVVF变流器，可达到最佳动态品质，其瞬时响应比DC传动要好。AC传动方案可靠性强，节省投资，维修少，效益高。自动化控制系统本着先进 、可靠、 实用、易维护的原则，PLC选用界面友好的西门子公司S7400系列产品为主站，以主传动电机、主操作台和远程I/O为从站，构成通用的PROFIBUSDP网，完成对生产线的实时控制任务。由于机组自动化系统需要处理的数据量非常大，而且应管控一体化的要求，生产实事数据和生产管理信息之间有着非常大的数据流通，如显示数据，测量值，过程计算机数据等，采取以太网作为主干网的传输介质，以

6、保证信息传输的速度、质量和可靠性，克服了客户机/服务器应用方式中的传输率瓶颈。4.3传动系统（Level 0）4.3.1变频传动系统带钢机组传动调速设备全部采用西门子全数字交流变频调速装置。西门子提供的AC传动系统，配有高技术水平的VVVF变流器，可达到最佳动态品质，其瞬时响应比DC传动要好。AC传动方案可靠性强，节省投资，维修少，效益高。主传动系统采用整流单元加逆变器公用直流母线方案。1) SIMOVERT Master Drives变流器系统模块化的SIMOVERT Master Drives传动系统为带DC公用母线的电压源链路变流器系统，采用全数字控制，用于AC鼠笼型电机，变流器将固定频

7、率和电压的三相进线电源转换成可变频率和电压的三相交流电源输出。变流器系统主要部件有：l 主线路开关 l 整流单元l 共用DC母线l 逆变器l 输出电抗器为确保高效率，SIMOVERT Master Drives传动装置采用低功耗的IGBT（绝缘栅双极晶体管）功率元件。SIMOVERT Master Drives变流器所有部件均符合VDE、IEC、NEMA及CSA标准的要求。2) 整流单元整流单元的作用是将电网侧的三相交流电源通过整流变成逆变器可以直接使用的直流电源。3) 逆变器逆变器是直接驱动电机的装置，由直流母线取得电能。可以直接接到DC510V650V直流电网上。采用低功耗的IGBT（绝缘

8、栅双极晶体管）和优化的正弦脉宽调制技术（PWM）可确保传动系统的高效率。逆变器技术参数：l 直流母线电压（VD） DC510 V(-15 %)650V(+10%)l 输出电压 3AC 0 V0.75VD l 输出频率 0 HZ200 HZ（V/f常数） 8HZ300 HZ（V常数）l 脉冲频率 1.7 kHZ16 kHZl 基本负载电流 0.91额定输出电流 l 短时电流 1.36额定输出电流（过载时间60S） 1. 6额定输出电流（过载时间30S）l 功率因数 0.930.96l 效率 0.960.98逆变器具有完善的的自保护方案，包括：l 电机和传动装置的温度监控l 电子过载监控l 供电和

9、熔断器监控l 接地故障监控l 安全的逆变器输出，如，防止无负荷，电子保护反相及短路接地故障。4) 系统单元电子设备CUVC系统单元电子设备包括矢量控制功能和闭环控制功能，如转速、转矩、频率，或V/f性能控制。微处理器矢量控制都包括在所有主传动逆变器中。矢量控制提供的动态性能高于DC传动的动态性能。矢量控制在带测速反馈下运行。在CUVC中将实现以下标准传动工艺功能：l 根据设定线速度和工艺速度计算单独传动系统的转速l 计算加速力矩或频率l 根据实际转速或频率计算线速度 l 转矩控制l 在转矩控制中确定附加速度V和摩擦补偿5) 通讯板CBP2CBP2通讯板是逆变器和上级自动化级之间的接口。其连接是

10、通过标准的PROFIBUS-DP总线系统来完成的，允许的波特率从9.6 kbit/s12Mbit/s。6) SIMOVIS、PC通讯和监控系统通过SIMOVIS软件可采用菜单方式对主传动系统单元进行控制、操作和监控。SIMOVIS-PC通过远程通讯总线ProfibusDP与各逆变器系统单元电子板所使用的RS485接口连接，进行通讯。SIMOVIS功能：l 采用菜单方式进行矢量控制逆变器的调试及维护l 系统单元电子板的起动、参数设定l 自动电机参数识别和控制参数设定l 参数记录的上载/下装l 单元操作，带有设定值和控制指令的说明l 故障和报警评估7) 传动控制功能处理线上传动控制功能在CUVC电

11、子板中执行。传动控制的处理，包括：l 起动控制l 制动控制l 点动l 辅助设备l 事故紧急停机l 齿轮速比的转换l 负荷平衡闭环控制l 模拟输出用于显示和诊断4.3.2 MCC系统电机控制中心柜均采用固定式结构。MCC柜留有10%备用回路及备用空间（一般每柜至少留一路备用，少数大容量回路例外）。大于等于55kW的恒速电机采用软启动控制。技术规格：l 进线柜固定式结构l 馈电柜固定式结构l MCC柜固定式结构l 额定绝缘等级1000 V, 50 Hzl 操作电压380/220 V, 50 Hzl 短路电流50 kA for 1 sec l 控制电压，主接触器220 V, 50 Hzl 控制电压、

12、联锁和信号24 V DCl 使用场所户内l 安装立式，底部安装l 盘面双面开门/单面开门l 电缆入口底部l 电缆连接前接线4.3.3远程I/O系统远程I/O系统是SIMATIC可编程控制器分布配置的模块式I/O系统，它使I/O模块可在工艺设备附近使用。总共包括：l 15 % 备用D I/O l 15 % 备用A I/AOl 15 % 备用槽远程I/O系统具有下列特点：l 靠近传感器和执行器装设，按现场位置对远程I/O分组l 用于传感器、执行器、操作台和操作盘等l 中央处理器和远程I/O站通过总线方式通讯l 甚至在带电和不必取下信号电缆情况下也能方便地更换模块l 远程I/O可以固定装在端子箱或台

13、上4.3.4系统保证值序号保证项目保证指标保证指标的定义及条件验收办法1开卷机、卷取机控制1.1张力控制精度- 恒速- 加速3%6%以下条件都为恒速、加速时张力精度值提供数字参考：按工艺给定张力值指卷取机超过1转时测得的平均值最大工艺速度范围之内实际值可由相关值测量值计算生产线以正常加速度加速超过一转的平均值将作为每转的值测量是在标准状态下进行的获得的测量值不可低于规定值1.2直径计算10mm恒速时达到实际值后带速由脉冲发生器检测，检测时不允许转向辊有打滑系统算法：基于转向辊与卷取机圆周速差2带编码器的带钢驱动2.1速度控制驱动系统的静态速度精度0.05%最大速度值恒速与空载条件下定义稳态精确

14、度（超过1秒和至少2秒的电机转速）在恒速和不低于最大生产线速度情况下的控制差值（参考值-实际值）将被记录超过1秒累计误差应不超过规定的累计误差参考值百分比3不带编码器的带钢驱动3.1速度控制驱动系统的静态速度精度0.5%最大速度值恒速与空载条件下定义稳态精确度（超过1秒和至少2秒的电机转速）在恒速和不低于最大生产线速度情况下的控制差值（参考值-实际值）将被记录超过1秒累计误差应不超过规定的累计误差参考值百分比4电气传动系统作业率4.1电气传动装置系统99.5%测试是在负载状态下进行的（连续运行72小时，进行测试）4.2PLC(含HMI)控制系统99.5%测试是在负载状态下进行的连续运行72小时

15、，进行测试）4.3电气传动系统97%测试是在负载状态下进行的连续运行72小时，进行测试）4.4仪表自动化系统作业率97%测试是在负载状态下进行的连续运行72小时，进行测试）4.3.5仪表及传感器系统1传感器l 上卷小车前进/后退限位接近开关l 预开卷摆动板回程限位接近开关l 三辊张力辊中间辊上升/下降限位接近开关l 卷取机钳口定位接近开关l 卸卷小车前进/后退限位接近开关l 九辊矫直机后位置传感器(1#光电管) l 烘干机前位置传感器(2#光电管) l 三辊张力机前位置传感器(3#光电管) l 转向夹送辊前位置传感器(4#光电管)l 活套坑活套量激光测距仪2. 酸循环系统仪表酸循环系统分别设有

16、液位检测、电导率检测、流量检测、温度检测仪表，所有仪表信号均进入自动化系统，以便进行工艺连锁及逻辑控制，另外在HMI上显示，供操作者参考。4.4基础自动化系统（Level 1）4.4.1基础自动化任务基础自动化系统的主要任务是：l 与传动、工艺功能和仪表相关的过程控制l 从入口到出口钢卷传输的自动顺序控制l 物料跟踪l 工艺参数控制，如张力等l 温度、压力、流量的PID控制自动化单元接收过程计算机和/或操作工通过HMI输入的输入数据，过程信息、机组状态和各种测量值并做出相应的计算或控制动作，并可以把需要的计算结果传送到上一级管理控制系统。4.4.2基础自动化系统设计为了提高产品质量和作业率，机

17、组采用高度自动化控制系统，保证所要求的精度和速度。西门子提供的SIMATIC系统可以以多处理器方式运行。实现下列功能：l 逻辑联锁l 自动顺序控制l 闭环控制l 同步处理和数据处理l 与总线系统的通讯在处理线上，自动化系统的CPU和设备通过远程I/O方式进行数据交换。PLC和现场的远程I/O站通过串行PROFIBUSDP连接。这允许分散布置并保证：l 更容易维修和信号监视l 连接点更少，可靠性更高l 大量节省电缆和安装费用l 降低基础内电缆配管成本4.4.3硬件技术规格1. 可编程序逻辑控制器(PLC)为基础自动化系统配置以下西门子S7-400系列可编程控制器进行全线主令控制及全线顺序控制、物

18、料跟踪，机组协调、酸洗段仪表控制。2PROFIBUSDP总线PROFIBUS (process field bus) 是低、中性能的功能强大的网络。满足EN50170标准的要求，PROFIBUS可保证其它供货商按该标准生产的部件的连接开放性。 PROFIBUS 是根据令牌传递过程工作的，即在一个逻辑环中，主站成为一个确定时间窗口的令牌保持者，在这个时间窗口内，拥有令牌的主站能够与其它主站通讯，另一方面使用一个较低的主-从过程它也能够与从站通讯。PROFIBUS 主要使用主-从方式且通常周期性的与传动装置进行数据交换。采用PROFIBUS 允许在较高层系统(例如PC)和传动装置之间进行快速的数据

19、交换，对传动装置的存取总是按照主-从方式进行，传动装置总是从站且每个从站本身都有明确的地址。对于PROFIBUSDP使用RS485 进行数据传送，通讯介质采用双绞带屏蔽的铜芯电缆，PROFIBUSDP 最多可连接124 个站。在一个总线段中，采用总线结构能够连接达32 个结点，如果超过32 个结点，为连接各部分总线段，必须使用中继器(功率放大器)。数据传输速率和电缆长度：波特率在一段中最大电缆长度(m)在两个站之间最大距离(m)9.6到187.5k 波特率100010000500k 波特率40040001.5M 波特率20020003到12M 波特率1001000符合PROFIBUS标准的下列

20、各站可连入：主动站：l PLCl 工业PCl 编程器从动站：l 远程I/O单元l 变频传动装置l 整流器l 传感器和执行机构l 带有PROFIBUS结构的其他系统4.4.4软件技术规格下表中包括的功能是根据机械设备要求作出的，如果机械设备只允许手动操作，那么这个功能也要手动完成。1主要设备序号设备名称控制功能自动手动(机旁)1上卷小车进退/升降2开卷机正常生产控制3侧导对中带钢对中4九辊矫直机正常生产控制5挤干辊正常生产控制6烘干机带钢烘干7切头尾剪切头尾8收集小车收集废料9夹送辊正常生产控制10活套导板正常生产控制11活套出口侧导带钢粗对中12三辊张力辊正常生产控制13卷取机正常生产控制14

21、卸卷小车卸卷15酸洗槽液位 温度控制16漂洗槽液位 温度 流量 17EPC对中或控制边部注：手动方式为就地机旁箱2. 公辅设施序号功能自动手动(机旁)1逻辑控制，顺序控制及联锁：-液压控制-润滑控制-辅助设施-气动控制-污水泵4.4.5基础自动化应用软硬件1简述西门子S7-400 PLC控制系统采用STEP 7编程软件。编程器用于程序的输入和修改，在试车和运行中可进行大量的功能试验。可以进行信号状态的在线监测和程序的修改等。2STEP 7编程软件STEP 7编程语言在很大程度上是根据逻辑代数来进行，不需要事先了解计算机有关术语。程序采用功能单元来组织（程序模块），模块化的编程具有下列优点：l

22、简单、易查询，即使是较大的模块l 能使用标准程序模块l 简单程序组织l 易于修改程序l 试验、调试简单4.5过程控制系统过程控制系统不仅能有效和可靠地完成各种控制任务，覆盖常规DCS（集散控制系统） / PLC的所有功能以外，它还能实现“任意地点的控制”，即用户能够把控制功能下装到现场设备或系统中执行。对于一些基本的控制回路来说，把控制功能下装到现场变送器或阀门中执行，既能加快回路信号响应，改善调节品质，又能减轻控制系统负担，使其完成较复杂的优化控制等任务，同时，增加了系统的分散度，提高了系统可靠性。为提高系统的响应速度和响应准确性，采用工业以太网作为主干网的传输介质。4.5.1工业以太网以太

23、网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势，由于它支持几乎所有流行的网络协议，所以在商业系统中被广泛采用。近些年来,随着网络技术的发展，以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展，开放的、透明的通讯协议是必然的要求。4.5.2应用软件说明本应用软件将满足所有工艺及设备要求的控制功能。1. 主令斜坡函数发生器 (MRG)MRG（主令斜坡函数发生器）执行机组协调控制和带钢运输传动间的连接。其中包括带钢运动所需所有功能，如：(1) 机组设备减速和加速(2) 带钢定位控制(3) 张力控制(4) 卷取机自动减速 (5) 静止和

24、操作张力的建立(6) 活套自动控制(7) 传动装置速度设定值的时间同步2. 机组协调控制（LCO）机组协调控制（LCO）是每个设备段的主要控制（入口，工艺段和出口段）。它使所有过程和带钢运动保持协调。它可产生允许的设定值、定位值、控制值及切割程序等。机组协调控制（LCO）是一种叠加任务，用于每个设备段并完成所有带钢传动的分配和协调，以确保最佳带钢动作。根据操作方式，由过程计算机、可视系统或就地操作台来完成机组操作和设定值配置。机组协调控制（LCO）的功能：l 处理操作方式（RUN，STOP，恒定等）l 带钢传输传动系统的逻辑联锁和功能切换l 压辊、穿带装置等的控制l 带钢移动控制，如从开卷机到切头、切尾剪l 带钢酸槽堆钢保护l 带钢位置监控l 物料跟踪系统l 负荷电流检测l 光电开关检测l 点动操作控制l 联合点动l 到叠加功能和其它PLC的中央通讯接口l 传动协调操作方式3. 材料跟踪(MTR)MTR根据带钢头尾在通过机组上的特定位置，跟踪钢卷在机组上的运行情况。材料跟踪功能激活新的设定值并产生某个动作，如：切换到下卷带钢的新设定值。材料跟踪按每个设备段产生的脉冲信