电力系统装备
Electric Power System EquipmentElectric System电力系统
2018年第6期
2018 No.6
棒材生产线电气传动及自动化控制系统分析
张玲玲
（河钢宣钢检修公司，河北张家口 075100）
［摘 要］生产线由加热炉、高压水除鳞、初轧区、精轧区、飞剪、编组台架、冷床区和其他辅助设备组成。年设计生产Ф50~Фl30 mm热轧圆钢100万吨，电气传动及自动化拧制系统由自动化公司和中天钢铁电气人员共同调试完成。［关键词］棒材生产线；传动系统；自动控制系统；网络［中图分类号］TG334.9 ［文献标志码］B ［文章编号］1001-523X（2018）06-0000-02
Analysis of Electric Drive and Automation Control System for Bar Production Line
Zhang Ling-ling
［Abstract］The production line consists of heating furnace, high-pressure water descaling, blooming area, finishing rolling area, flying shears, marshalling rigs, cooling bed area and other auxiliary equipment. The annual design and production of Ф50~Фl30 mm hot-rolled round steel is 10 million tons. The electric drive and automatic screwing system is completed by the automation company and the personnel of Zhongtian Iron & Steel.
［Keywords］bar production line; transmission system; automatic control system; network1 生产工艺流程
棒材生产线生产工艺流程包括：合格连铸坯、上料台架、钢坯称重测长、加热炉加热、高压水除鳞、粗轧机绀轧制、固定剪切头、精轧机组轧制、飞剪切头分段、编组台架成排、冷床冷却、收集槽、调运、精整修磨。2 电气传动及自动化控制系统
2.1 全连续轧制
连续轧制分为纵向轧制和横向轧制。利用轧机对钢坯的连续辗轧形成各种不同断面的棒材，连续轧制是冶金轧制的创新领域。全连续、无扭轧制极大地提高了棒材生产线的生产效率。一般终轧速度均在18 m/s以上。最高可达35m/s。年产能力可达80~100万t。连续轧制免去了过去往复轧制、来回输
送等过程。减少了温度损失。降低了能耗。并可以实现控温控轧等更高的工艺要求。无扭轧制更能提高轧件的成品质量。目前。我国现代化全连续棒材生产线大多采用18架轧机连续轧制。将整条生产线分为粗轧区、中轧区、精轧区三个区域。每个区域由6架无牌坊短应力轧机组成，均采用平、立交替布置，避免轧制过程中轧件的扭曲、在粗轧区出口处设立1#飞剪。用于对粗轧后的轧件进行切头、切尾及发生事故时碎断轧件、在中轧区出口处设立2#飞剪。用于对中轧后的轧件进行切头、切尾及发生事故时碎断轧件。在精轧区出口处设立3#飞剪。用于对精轧后的轧件进行定尺切分。
2.2 交流变频调速传动系统
辅传动系统采用交流变频多电机传动方案：由于交流设
对于UFV-200系列装置而言，其除了有硬件模块化功能
之外，还有软件拼装功能，能够比较简便的进行管理与生产，因而可以较好地将稳定控制装置所存在的诸如设计生产周期短、产品种类繁多等问题解决掉。3 UFV-200系列装置的基本功能
UFV-200系列装置运用的是统一化的硬件平台，采用的是前插式结构，依据输入、输出量方面的差异，有两种结构，即单层8U机箱与单层4U机箱。在软件结构方面，则运用的是拼装式与模块化结构，具有可靠性高及功能强大的突出特点，除此之外，还较好的融合了以往有益工程经验，使得其拥有诸多先进技术，如元件跳闸和过载、线路失步等故障判断功能模块；能够对小型范围中的各类事件进行处理的简单控制策略表；拥有自检能力，还能对系统异常进行检测；跳闸或过载联切功能；可协调各个装置之间的各类动作；能够依据功能模块予以不同的定义；能详细、准确记录故障、异常发生情况等。另外，依据软件功能组合方式的不同，此系列产品能够划分为4个型号，即UFV-200J备用电源自投装置、UFV-200F失步解列装置、UFV-200C稳定控制装置与UFV-200A频率电压紧急控制装置。而从基本层面而言，设置频率电压紧急控制装置的主要目的就是，将电网所存在的过频、低频、
过压及低压等解决掉；而对于稳定控制装置而言，其主要用于电网热稳定以及暂态稳定等问题的解决，另外，还能紧急、有效控制频率电压；针对失步解列装置来讲，用于解决联络线所存在的失步问题；而针对备用电源自投装置，顾名思义，就是解决复杂逻辑框架下备用电源的自投问题。4 结语
综上所述，长时间以来，关系到电力系统整体稳定性的第二、三道防线控制装置，被广泛应用在全国各个大型电网当中，为这些电网的稳定运行、安全运行及经济运行提供了重要支撑与保障。通过稳定控制技术的运用，并根据实际情况，安装稳定控制装置，乃是有效解决电网频率、电压、功角稳定控制问题，以及保障整个电网稳定、安全运行的关键措施。
参考文献
[1] 徐海波，方勇杰，李雪明.基于本地电气量的无故障跳闸新判据的实验验证[J].电力系统自动化，2008，32（10）：42-44.[2] 赵光宇.FWK型装置及UFV-2F装置在大朝山电站的应用[J].云南水力发电，2006，22（2）：104-110.[3] 叶波.UFV-200J型备自投装置误动分析与处理[J].广西电力，2011，34（3）：49-51.
2018.6 电力系统装备丨83
2018年第6期
2018 No.6
Electric System电力系统
Electric Power System Equipment电力系统装备
备比较多，为了节能降耗，某钢铁采用了整流网馈单元及逆变器加直流母线系统。采用6SE70系列矢量控制变频器，具有低速运行及宽范捌速，过载能力强，在基速范围内为恒转矩系统，低速时转矩较大，同时系统中配置CBP通讯板，实现与上位PLC的profibus.DP网数据通讯。
2.3 交流传动系统
对于其他不调速的传动系统，采用断路器接触器控制。大容量的交流设备，采用软启动方式。3 自动化系统
3.1 自动化系统通讯网络
中规定的延伸率进行柑应的调节。在棒材轧机的控制系统中，要求各个机架的速度关系必须匹配，以保证各个机架之间轧件的金属秒流量相等。在棒线材轧机中。第i机架的延伸牢等
Ei=Vi/Vi+1，在采用逆于该机架的出口速度与入口速度之比：
渊的系统中，只要给出末架的出口速度和各个机架的延伸牢，
Vi=Vi+1/Ei+1，根据上式计算出的就可求得各个机架的速度：
轧机各个机架的线速度，并根据每个机架的轧辊的辊径就可计算出每个机架的电机转速。
4.3 咬钢速度补偿
（1）自动化控制系统由过程控制级和基础自动化级组成。动态速降补偿通过在主传动速度设定值上附加一预设定值，当轧机咬钢后一定时问内恢复到止常设定值。以此减小过程控制级由6套工控机和过程监控软件Wincc组成，通过工业以太网与基础自动化级相连。基础自动化级采用2套S7-400 PLC组成，其中PLC系统与传动系统之间通过PROFIBUS—网进行通讯。在本系统中通讯网络配置主要是由工业以太网INDUSTRlAL ETHERNET）和Profibus.DP网组成两层通讯网络系统。
（2）自动化系统操作台和操作点配置。本系统中对于各操作室配置了操作台，每个操作室和操作点均使用远程I/O站，在主机的操作站中设定I/O远程站。在现场传动侧也设置了远程端子箱采集传动侧现场保护信号和电机温度信号。
3.2 PLC系统
PLC是控制系统参数设定、设备控制的核心部分，该生产线使用2台PLC完成基础级自动化任务。（1）PLC系统选型。在本方案中系统配置二台PLC分别为PLCl、PLC2，CPU为S7—416系列。配置以太网模块和DP网模块。PLC系统编程软件采用STEP7 V5.5，编程语言LAD梯形图。（2）PLC1系统控制功能及范围。PLC1的控制范围为炉区辊道、初轧区设备、初轧输出辊道、精轧机、飞剪、精轧后辊道及相关辅助设备。PLCl控制功能为：所有电机的起停、点动和急停控制、级联调速控制、微张力控制、换辊控制、冲击速降补偿控制、轧件跟踪、顺序控制、机架换辊控制、设备故障诊断控制、网络通讯等。（3）PLC2系统控制功能及范围。PLC2的控制范围为编组台架、热据区、冷床区、打包收集区及辅助液压润滑设备联锁控制PLC2功能为设备手/自动方式控制的操作；电机起停；点动和急停控制；顺序控制；设备故障诊断控制；网络通讯等。
3.3 HMl系统
（1）操作员站计算机选型。操作站计算机选用了研华最新型的工业PC机，本方案中选用了4个操作站和2个工程师
站构成整个计算机系统。（2）操作站、工程师站功能及画面
操作站HMI、工程师站作为生产数据监控、设备操作单元，是人机对话的窗口，具有如下功能：工艺流程画面显示；设备控制的操作，操作人员通过人机对话操作设备；所有电机的起停、点动和急停控制；级联调速控制设定；微张力控制
设定；自适应控制设定；冲击速降补偿控制设定；轧件跟踪设定；液压、润滑站内监控，画面和报警；热锯剪切控制设定；轧制表存贮和修改；设备运行状态监控；历史监控数据存贮和调用；设备故障诊断控制；历史数据查询、报警数据查询、趋势曲线显示、历史曲线查询；轧件跟踪；电气故障记录、诊断、报警；网络通讯。
4 自动化控制系统功能4.1 轧制规程管理在操作站的终端上，输入待轧坯料的原始数据及轧制规程，在计算机内进行必要的运算处理和存储，也可以对轧制计划进行修改、吊销、插人等操作，并适时传送到基础自动化。4.2 速度设定与速度级联速度级联是指当手动或自动调节某一机架的速度时，该
机架上游的所有机架按照秒流量相等的原则。以及轧制程序
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轧机因突加负载引起的速度降落对联轧速度匹配关系的影响。动态速降补偿值的大小一般在主速度的0％~5％的范围。
4.4 微张力控制
张力控制是保证轧机顺利轧制和提高产品质量的必要手段。在棒材轧机的初轧机组上采用微张力控制。“电流-速度”间接张力控制方法是一个简单实用的方法。这种方法的控制原理是张力的变化是由于轧件的秒流量差引起的，实时调整轧机的速度就能够改变机架间的秒流量，以达到控制微张力的目的其控制方法：当钢坯咬入下一机架后，根据本机架同下机架之间的推拉关系。调整本机架的速度设定值，使本机架和下一机架之间的张力维持在工艺规定的小张力范围内。各机架的速度方程为：
Vi（s）=Vi+1（s）[1+Si（i）+Si（q）]/Ei+1 （1）
式（1）中Vi（s）本机架预设定速度；
Vi+l（s）为下游机架预设定速度；
Ei+l为下游机架的延伸率；Si（j）为第i机架速度设定的人T干预系数；
si（q）为第i机架速度设定的张力调整系数。张力系数：
F=Tf/Tm （2）
式（2）中Tf自由轧制时的电机输出转矩；
Tm实际轧制过程巾的电机输出转矩。F的大小反映了实际张力情况，第K次采样时转矩偏差为：
ΔT（K）=Tm（K）-Tf/Fs （3）
式（3）中FSs为张力系数设定值。
i（q）=Kp*ΔT（K）+KiΣΔTi+KΔT/2iCd[ΔTk-ΔTk-1] （4）
i=DMΦ[li-（l0/F）]N/Ne
式（4）中Kp、Ki、Kd分别为比例积分系数；
ΔTi为第i机架的张力偏差；
CM为电机常数；l为电机电枢电流采样值；1o为广I南轧制时电枢电流值；F为张力系数设定值；N为电
机的转速；
N4.5 工作站的画面和生产数据收集e为电机弱磁点转速。工作站可显示以下画面：主画面；各区段分画面；设定画面；启动条件画面；轧制操作画面；报警画面；趋势曲线；监控画面；棒图画面等。
4.6 控制系统报警和连锁（1）故障保护。故障识别分为三级：I级：可使传动电机立即切断电源，允许传动逐渐停下来；II级：可使传动不能启动，若发生在运行中，会报警，后延时关机；III级：只是报警。2）联锁。与轧机润滑系统联锁；与主电机温度联锁；热锯系统连锁等。
5 结语以PLC为核心的自动化控制系统保证了生产线的可靠性、稳定性、高效率等。在实际生产中引人微张力控制、活套调节、
速度级联等关键技术，极大地提高了生产线的轧制速度、轧件的质量和成材率。参考文献
[1] 宋杰.棒材生产线电气传动及自动化控制系统分析[J].现代冶金，2014（3）：65-67.（（
