1370mm可逆冷轧机组技术协议

1370mm可逆冷轧机组电气自动化系统技术协议唐山恒通精密冷轧薄板有限公司

天津电气传动设计研究所

燕山大学科技开发总公司

二零零二年十二月1370mm四辊可逆冷轧机组电控设备技术协议唐山恒通精密薄板有限公司（以下简称甲方）和天津电气传动设计研究所（以下简称乙方）以及燕山大学科技开发总公司（以下简称乙方），就唐山恒通精密薄板有限公司的1370mm可逆冷轧机组电气自动化系统的技术方案进行反复的磋商和讨论，达成如下技术协议。一．协议概述本技术协议是根据甲方提供的《唐山恒通精密薄板有限公司1370mm可逆轧机电气自动化设计委托书》的要求和数据而做出的。传动系统控制方案（乙方负责）2.1主轧机、左/右卷取机采用西门子公司的6RA70全数字控制板，配乙方研制的大功率整流柜，这样即可以保证电控设备先进可靠又能降低造价。主轧机电机励磁采用西门子公司的6RA70原装装置进行三相可控供电，可减少电机励磁电流的脉动。左/右卷取机电机励磁则采用单相可控供电。2.2开卷机、两侧压下电机以及换辊小车电机均选用西门子公司原装6RA70全数字直流调速装置。液压站等交流电机采用MCC控制方式进行控制。详细内容另行约定。自动化系统由两部分组成：a.基础自动化系统。B.工艺控制自动化系统4.1基础自动化系统（乙方负责）选用西门子公司的S7-300系列PLC分别对主轧线和公用液压站等辅助设备进行控制。在轧机主电室内设一台工控机，主要是对电气系统设备状态进行监控、故障报警及记录、存储。PLC系统与传动系统之间通过PR0FIBUS-DP网进行通讯，传动系统可接受PLC系统的设定值或命令。并把传动系统中的有关信息传递给PLC系统。为了减少控制电缆的数量并提高系统的可靠性，在现场I/O较集中的地方还设有西门子公司或万可公司的远程终端。PLC系统与上位监控记录系统之间通过以太网进行通讯，该网络具有极强的扩展性。4.2工艺控制自动化系统（丙方负责）工艺控制自动化系统设两台工控机，一台工控机组成AGC系统对钢板厚度进行自动控制。另一台工控机完成轧制规程的手动与自动设定以及辊缝、轧制力、钢板厚度等可观测量的显示。工艺控制自动化系统通过以太网与基础自动化系统进行数据交换。5.设备安装（甲方负责）如无特殊要求，设备安装按常规要求进行。如有特殊要求，由乙方或丙方提出技术要求，甲方按技术要求施工。二．机组主要工艺和设备参数：1.原料：材质：低碳钢，优质碳素钢，低合金钢厚度：W6.0mm宽度：520〜1250mm钢卷内径：©610mm钢卷外径：W©2000mm2.成品：厚度：0.45〜2mm宽度：520〜1250mm钢卷内径：©610mm钢卷外径：W©2000mm3.机组参数：1）.轧机：最大轧制力:2000吨最大轧制力矩:14.5吨米最大轧制速度：10.6m/s （工作辊直径d=©21〃，533.4mm时）工作辊尺寸：©19〃/©21〃X53.9〃（482.6mm/533.4mmX1370mm）支撑辊尺寸：©48〃/©52〃X53.9” （1219mm/1372mmX1370mm）减速比：i=1.689(增速)电机：DC3500HP90/225RPM600V4600A.右卷取机：卷筒直径：610mm减速比：i=l电机额定转矩：3.66吨米电机：DC375KWX2每台300V100/430RPM 1410A卷取最大线速度：13.73m/s.左卷取机：卷筒直径：610mm减速比：i=2.8电机：DC580KWX2每台300V300/1000RPM2150A电机额定转矩：1.89吨米卷取最大线速度：31.93m/s.开卷机：卷筒直径：减速比：12.67电机：DC67KW400V540/2000RPM204A电机额定转矩：0.121吨米开卷最大线速度：.压下：电动压下加液压压下减速比：1：490电机：DC36.75KW230V550/980RPM 180A压下速度:0.121mm/s.换辊小车：电机：DC7KWX3400V865/1600RPM22.7A三．总体技术方案：3．1传动部分3．1．1直流主传动主轧机整流变压器采用油浸式三线圈整流变压器组成12相整流，可有效的减少高次谐波对电网的影响；同样道理，左右卷取机共用一台油浸式三线圈整流变压器。开卷机和两台压下电机以及三台换辊小车电机采用公用变压器的供电方式。所有传动控制系统交、直流侧均配有吸能型过压吸收装置;主轧机和左右卷取机装有快速开关。左右卷取机以及开卷机设有能耗制动回路，用于断电且速度较高时电机制动。为了吸收操作过电压，在整流变压器次级设有由高能压敏电阻构成的过电压吸收器，能有效的抑制过电压。左右卷取机的两台电机主轧机和左右卷取机的电枢整流装置选用乙方研制的新型大功率风冷晶闸管整流柜，整流元件选用引进GE公司生产线生产的3英寸风冷晶闸管元件。主轧机的控制系统采用西门子公司的6RA70全数字控制板两套实现十二相整流，左右卷取机的两台电机电枢串联，转子机械硬轴连接，控制系统采用西门子公司的6RA70全数字控制板，基本结构为标准的电流内环.速度外环双闭环控制系统，基速以下，调整电枢电压调速,在基速以上减弱电动机磁场调速。为了保证△组和Y组的电流平衡，主轧机控制系统采用△组和Y组各有单独的电流调节器，并由同一个速度调节器来控制。考虑到主轧机的容量较大，在电枢回路设有直流平波电抗器，以改善电机的运行条件，确保换相。左右卷取张力控制采用间接张力控制系统，即按最大力矩控制方式进行，保证卷取或开卷张力恒定。在加减速过程和小张力卷取时，采取动态转矩补偿和空载转矩等补偿措施，以减小动态转矩Md和空载转矩M0对张力的影响。系统设有断带保护，当张力消失时，控制系统自动停车。为保证主回路断电情况下的快速停车.左右卷取机和开卷机设有能耗制动回路控制系统具有缺相、励磁回路故障、欠压、过压、电网频率超限、测速机故障和超速等故障监控。3．1．2其他直流调速传动开卷机和压下以及换辊小车系统单机容量较小，采用公用变压器的供电方式，交流进线配有进线电抗器。采用西门子公司原装6RA70装置供电。3.1.3传动系统控制功能

我们可利用与PLC强大的通讯功能实现:3.1.3.1主轧机a.单独的正反向点动。b.全线联合的正反向点动。c.恒加速度起制动、速度限幅、超速保护。系统最咼速度10.6m/s。d.准确停车。e.紧急停车。3.1.3.2左右卷取机、开卷机a.单独的正反向点动。b.全线联合的正反向点动。c.建张时，张力的给定有计算机平滑给定和手动给定两种方式。d.卷径测量与卷径记忆。e.惯性力矩的补偿。f.卷取机的转速空载损耗补偿。g.断带保护。h.紧急停车。3.1.3.3传动侧、操作侧压下a.单独的正反向点动。b.联合的正反向点动。c.高低速速度控制、堵转保护。d.紧急停车。3.1.4交流传动液压站等交流马达及加热器采用MCC集中进行控制。详细要求另行约定3．1．5操作台、箱主操作台和开卷操作台采用不锈钢台面，主要元器件采用进口元件。操纵箱等采用喷塑面板，主要元器件也采用进口元件。3．2自动化系统3.2.1PLC系统自动化系统选用西门子公司的S7-300系列，它是S7系列中性能较高的，适用于中型规模复杂快速的自动化任务。其多样的硬件模板和强大的软件编程语言支持，有效的保证了系统的优越性和可靠性。其中，PLC1控制轧线的的自动、半自动、手动的程序控制，PLC2控制液压站等辅助设施，为两条轧线共用。PLC1和PLC2均选用CPU315-2DP，带PR0FIBUS-DP接口，RAM的存储量高达4Mbytes，其浮点运算语句的处理速度为50口s，位操作语句的处理速度更是仅为l^s。上位机以PIII工业微机为主体，并配有高级的工控软件，给操作、监视、报表打印带来极大的方便。PLC1系统与传动系统、操作台、机旁操作箱、阀台等通过PROFIBUS-DP网络通讯，进行数据交换和处理，完成轧线的工艺操作，控制主轧机、开卷机和左右卷取机在轧制状态下同步运行并保持张力恒定。PLC2系统控制液压站等辅助设施。PLC1和PLC2系统均配有以太网卡与上位机实现数据交换。利用PROFIBUS-DP网的开放性预留了与液压AGC控制系统的通讯接口，为整条轧线控制水平的进一步提高打下了良好的基础。PLC系统主要功能有：a．传动系统单机、联机的半自动、自动操作控制。b．上卷穿带过程中的顺序操作。c．准确停车控制和钳口定位控制。电磁阀的控制一-对于除液压AGC控制系统之外的电磁阀进行控制，利用PROFIBUS-DP网络的通讯完成数据传递。操作台---对于主操作台、开卷操作台、机旁操作箱等控制信号较集中的位置利用PLC的远程I/O进行数据交换，这样既降低了轧线运行事故率，又节约了大量的电缆，有效的降低了投资成本。交流传动系统---对于辅助传动控制系统大多为不需要调速的交流电机等设备，其操作根据操作工的命令由PLC进行网络控制。PLC直接与交流马达控制柜进行点对点连接。完成对液压系统、润滑系统、油雾润滑系统、风机冷却系统等辅助设备的起/停实行监控、逻辑联锁控制和保护。3.2.2上位监控系统上位监控系统设在主电室，配有人机接口、高档的工业监控软件和以太网卡。它通过以太网与基础自动化层进行大量的数据交换，对全线的电气运行状态进行监控。具体功能如下：传动系统运行监视。故障报警、显示、记录、报表打印。c．数据的在线输入与修改。d．以太网络通讯。3．3系统控制指标整机加减速时间:30秒整机快速停车时间:5秒单机紧急停车时间:5秒速度指标:稳态1%张力指标:稳态±2%、动态±5%3．3．4工艺控制自动化系统工艺控制自动化系统设有两台工控机，一台工控机完成轧制参数的显示与轧制规程的计算（以下简称上位机），另一台工控机完成AGC系统的底层控制（以下简称下位机）。控制精度：（在来料板形良好且同板差小于5%情况下）静态精度小于1%动态精度小于1.5%3．4．1上位机完成的功能轧制过程参数的状态显示显示内容：给定轧制力（T）实测轧制力（T）设定张力（T）实测张力（T）出入口轧制速度（m/s）出入口厚度（mm）出入口厚度跟踪偏差曲线（口m）辊缝设定值（mm）辊缝实测值（mm）主电机回路电压（V）、电流（A）卷曲电机电流（A）准确停车圈数、实际圈数轧制方向按钮状态（指AGC）轧件参数输入轧件参数是指用于计算当卷轧制规程需人工输入的基本参数。包括：来料厚度来料宽度目标厚度材质钢卷号卷重轧制规程参数的修改轧制规程参数是指用于计算轧制规程的一些基本参数，这些参数一般允许操作人员修改，在密码保护下，允许工艺人员进行必要的小范围修正。如材质的硬度分类、延伸率分配、加工硬化曲线系数、宽度影响系数，摩擦系数、自适应系数等。历史数据保存与打印历史数据包括：日期、时间、班组、钢卷号、卷重、材质、来料厚度、来料宽度、目标厚度、最后一道次厚度分布、厚度分布统计值。上述数据的选择打印。轧制规程的计算与自适应轧制规程计算结果以表格形式给出：各道次厚度轧制力预报值各道次辊缝值前后张力弯辊力上述轧制规程表格给出后可以人工干预进行修改，确认后将数据传入下位机。轧值规程在上位机上最多可以同时给出3组（给出序号），并按顺序询问是否传入下位机。在认为规程不适应轧制情况时，也可以人为吊销其中的一组表格，同时序号顺串。当轧制规程被确认后，其数据传入下位机，同时上位机也将保存规程1个月时间，并以确认后的数据作为模型自适应的依据。模型自适应包括短期自适应和长期自适应，短期自适应是指道次之间自适应和卷之间自适应，长期自适应是指对模型参数经过较长时间的数据渐消记忆所进行的修改。系统状态测试系统状态测试包括：在线操作台各开关闭合状态在线系统变量曲线连续显示

离线系统变量曲线连续显示通过以太网与传动系统进行数据通信通过串行口与下位机进行数据通信显示并纪录报警状态3．4．2下位机完成的功能位置环的闭环控制（相应时间小于60ms，采用SONY磁尺）压力环的闭环控制（相应时间小于60ms）上述两个闭环的平滑切换，压力闭环在小于80吨时自动切换到位置闭环与传动系统配合自动完成电动摆辊缝当启动自动摆辊缝按钮后，由下位机发出指令摆出初始辊缝并启动电动压下，下位机同时检测轧制力，当轧制力大于100后，发出停止电动压下指令。当其中一侧轧制力大于50吨后，发出停止一测电动压下指令。手动或自动完成压零手动压零是指压零时给定的轧制力是由拨码盘给出的。自动压零是指启动压零开关后，有模型自动给出的压零轧制力，当稳定后自动纪录零辊缝值。压零轧制力一般在600~800吨手动或自动设定弯辊力、前后张力弯辊力与前后张力在手动设定情况下均由电位器给出，自动设定情况下由模型给处。厚度监控采用压下与后张力复合调节在出口厚度大于0.3mm时以采用压下调节厚度为主，出口厚度小于0.3mm时以采用后张力调节厚度为主。］油膜补偿补偿量以表格形式给出，数据由实验测定。补偿量是速度和轧值力的函数。厚度预控依据入口厚度偏差和入口速度，在考虑滞后时间和系统响应时间进行偏差补偿。轧辊偏心补偿（需要支撑辊安装定位开关及光电编码器）在系统压零时采集一个支撑辊周期的缸位移信号，经快速富氏变换提取基波信号，反向叠加到给定位置输入。3．5应甲方的要求，在本次项目中对1270两套轧机的主机、卷取机以及开卷机增加动力制动功能。详见主要《设备供货范围》。四．主要设备供货范围4.1主轧电机控制系统：4.1.1大功率整流柜2台（DC600V,±2500A,2倍过载1分钟）TOC\o"1-5"\h\z4.1.2全数字控制柜 1台（两台四象限6RA70，自动开关等）4.1.3主轧机进线柜 2台（交流ME开关、过压保护器等）快速开关 2台（DS12-30/08，3000A）4.1.5直流接触器屏 1台2500A接触器制动电阻4.2左/右卷取电机控制系统：大功率整流柜 2台（DC600V，±2500A，2倍过载1分钟）全数字控制柜 2台（一台四象限6RA70、T400、励磁单元、自动开关等）卷取机进线柜 2台（交流ME开关、过压保护器等）4.2.4快速开关 2台（DS12-20/08，1600A）4.2.5直流接触器屏 2台1500A接触器制动电阻4.3开卷机电机控制系统：数字变流器控制柜 1台（一台DC420V、±280A、四象限6RA70、进线开关、过压保护器、自动开关,250A直流接触器等）压下电机控制系统TOC\o"1-5"\h\z数字变流器控制柜 2台（一台DC420V、±400A、四象限6RA70、进线开关、过压保护器、自动开关等）换辊电机控制系统数字变流器控制柜 1台（两台DC420V、±60A、四象限6RA70、进线开关、过压保护器、自动开关等）数字变流器控制柜 1台（一台DC420V、±60A、四象限6RA70、进线开关、过压保护器、自动开关等）PLC1控制柜（点数合计约600点） 1台（主要含S7-300PLC一套，控制电源等）MCC抽屉式控制柜 1台含进线柜，约50路交流控制设备和S7-300PLC一套及远程4.8上位机（公用）（研华PIII工控机、FIX监控软件、通讯软件、网卡） 1台4.9编程器（公用） 1台笔记本电脑配STEP7编程软件操作台、箱（主操作台、开卷操作台、机旁箱、远程I/O控制箱） 4台公用进线柜（DC220V电源、控制电源、稳压电源等） 1台电抗器空心平衡电抗器干式风冷 2X2500A/0.8Mh 1台空心平波电抗器干式风冷 1600A/1Mh 2台平波电抗器干式风冷 200A/3.6Mh 3台平波电抗器干式风冷 28A/25Mh 3台280A 2台180A 1台20A 3台4.14变压器4000KVAD/Y11-D12（油浸自冷）10KV/0.6KV 1台3000KVAD/Y11-D12（油浸自冷）10KV/0.6KV 1台400KVAD/Y（干式自冷）10KV/380V 1台4.15艺控制自动化设备（丙方提供）研华工控机 2台16位A/D板 2块16位D/A板 1块32路DI板 2块32路DO板 1块计数器板 2块32路DI板 2块通讯网卡 1块机柜 1台模拟接口过渡装置 1套净化电源（3KW） 1台4．161270轧机增加设备主机接触器屏2500A接触器制动