窄帶鋼五機(jī)架冷連軋機(jī)電氣控制系統(tǒng)
1、引言
冷軋窄帶鋼有著非常好的市場，但很多生產(chǎn)廠的軋機(jī)設(shè)備比較陳舊，特別是電氣的裝機(jī)水平和控制性能較差，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、成材率和產(chǎn)量，當(dāng)然也影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益?？偨Y(jié)前人的窄帶鋼冷軋機(jī)電控裝置的設(shè)計(jì)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合用戶的具體要求，本著高性能，低成本的原則，選擇德國VIPA 300S系列PLC和英國CT不可逆全數(shù)字直流調(diào)速裝置MENTOR-Ⅱ?yàn)榭刂坪诵?，設(shè)計(jì)制造了一套五機(jī)架冷連軋機(jī)的電氣控制系統(tǒng)，而且實(shí)現(xiàn)了速度的級聯(lián)控制和張力的閉環(huán)控制，大大提高了設(shè)備和產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)，取得了較明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
2、系統(tǒng)介紹
2.1 機(jī)組情況
圖1 窄帶鋼五機(jī)架冷連軋機(jī)布置圖
2.2 電氣系統(tǒng)
針對窄帶鋼五機(jī)架冷連軋機(jī)的工藝特點(diǎn)，選擇高性能的控制元器件是滿足控制要求的關(guān)鍵。作為控制核心的PLC，選擇了VIPA公司300S系列的CPU作為PROFIBUS系統(tǒng)的主站，在主操作臺設(shè)置了IM253DP從站和一塊TP270觸摸屏，在兩個(gè)壓下控制柜和卷取控制柜分別設(shè)置了S7-200從站，同時(shí)控制1-5#機(jī)架的直流控制裝置都安裝了PROFIBUS擴(kuò)展板MD24，在1-5#機(jī)架的機(jī)旁操作箱以及卷取操作臺都分別設(shè)置了VIPA公司的IM253DP作為從站。
該套PLC系統(tǒng)，以VIPA公司的Speed7系列的CPU 315-2AG12作為主站，從站數(shù)量達(dá)到了16個(gè)。作為主站的CPU 315-2AG12，本機(jī)自帶
在本控制系統(tǒng)中，大量選用VIPA公司的IM253DP作為從站，是節(jié)省投資的另一個(gè)主要方面。IM253DP具有很高的性價(jià)比，使用上可以和ET
圖2 五機(jī)架冷連軋機(jī)PLC系統(tǒng)配置圖
直流電機(jī)的直流驅(qū)動(dòng)單元采用的是C.T公司的MENTOR--Ⅱ系列全數(shù)字直流控制裝置。該系列全數(shù)字直流控制裝置具有典型的雙閉環(huán)控制特性，全數(shù)字菜單式參數(shù)設(shè)定，并可在線調(diào)整，可編程的模擬量和開關(guān)量輸入輸出，速度反饋可選擇電樞電壓、測速發(fā)電機(jī)和碼盤，電流環(huán)參數(shù)自整定功能，裝置自檢功能，自帶小功率磁場驅(qū)動(dòng)及可配套的磁場控制模塊FXM5。為了節(jié)省投資，1-5#機(jī)架直流驅(qū)動(dòng)單元都選用單象限工作的不可逆全數(shù)字直流控制裝置及磁場控制模塊FXM5，采用磁場換向的控制方式，滿足點(diǎn)動(dòng)時(shí)對反向的工作要求。
3、系統(tǒng)的控制功能
窄帶鋼五機(jī)架冷連軋機(jī)的電氣控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)：機(jī)列的邏輯控制、直流傳動(dòng)控制、速度級聯(lián)控制、機(jī)架間張力閉環(huán)控制和卷取張力控制。
3.1 機(jī)列的邏輯控制和直流傳動(dòng)控制
這兩部分的控制屬于基本控制，邏輯控制上主要是在容錯(cuò)方面做了較多工作，因?yàn)橹绷餮b置采用的是不可逆裝置，而工作中，各單機(jī)又需要反向點(diǎn)動(dòng)，做好電機(jī)磁場的換向及避免各種誤操作對設(shè)備造成損壞尤為重要。直流傳動(dòng)控制由于采用了全數(shù)字直流控制裝置，保證了對給定信號的快速精確和穩(wěn)定可靠地響應(yīng)，并能準(zhǔn)確地反饋各種信號。
3.2 速度級聯(lián)控制
在冷連軋機(jī)的軋制過程中，各機(jī)架的速度匹配關(guān)系應(yīng)始終遵循金屬秒流量相等的原則，針對五機(jī)架連軋機(jī)，確定3#機(jī)架為機(jī)列速度基準(zhǔn)機(jī)架，1#和2#機(jī)架按逆向級聯(lián)方式進(jìn)行，4#和5#機(jī)架按順向級聯(lián)方式進(jìn)行。
按照金屬秒流量相等的原則，第i機(jī)架的速度計(jì)算公式是：
Vi=Vi+1/Ki+1
公式中，Vi是本機(jī)架的出口線速度，Vi+1是相鄰下游機(jī)架的出口線速度，Ki+1是相鄰下游機(jī)架的延伸率。
有三個(gè)信號對各機(jī)架的速度產(chǎn)生影響：一是機(jī)列的主速度給定，根據(jù)主操作手給定的機(jī)列速度，按相應(yīng)的級聯(lián)關(guān)系分配給各機(jī)架；二是各機(jī)架的速度微調(diào)，3#機(jī)架是基準(zhǔn)機(jī)架，不需要速度微調(diào)，1#、2#和4#、5#機(jī)架在操作臺上各有一個(gè)微調(diào)電位器，1#和5#機(jī)架是級聯(lián)終端，它們的微調(diào)Vw1、 Vw5分別只對本機(jī)架產(chǎn)生影響，而2#和4#機(jī)架的微調(diào)除了影響本機(jī)架，還應(yīng)級聯(lián)調(diào)節(jié)1#和5#機(jī)架；三是張力閉環(huán)調(diào)節(jié)信號，1-2#機(jī)架間的張力調(diào)節(jié)信號Vz12，附加給1#機(jī)架的速度給定，2-3#機(jī)架間的張力調(diào)節(jié)信號Vz23，除了附加給2#機(jī)架，還要級聯(lián)到1#機(jī)架，3-4#機(jī)架間的張力調(diào)節(jié)信號Vz34，附加給4#機(jī)架，4-5#機(jī)架間的張力調(diào)節(jié)信號Vz45，除了附加給4#機(jī)架，還要級聯(lián)到5#機(jī)架，各機(jī)架的最終速度給定如下：
5#機(jī)架：V5=V4*K5 +Vz45+Vw5
4#機(jī)架：V4=V3*K4 +Vz34+Vw4
2#機(jī)架：V2=V3/K3 +Vz23+Vw2
1#機(jī)架：V1=V2/K2 +Vz12+Vw1
作為1#和5#機(jī)架的速度微調(diào)，因?yàn)樗鼈冎挥绊懕緳C(jī)架的速度給定，其實(shí)是可以直接進(jìn)直流控制器的，但是為了充分利用PLC資源，利用PROFIBUS的優(yōu)點(diǎn)，減少現(xiàn)場布線，所以將各微調(diào)信號都送到了PLC。
3.3 張力閉環(huán)控制
連軋機(jī)機(jī)架間張力的變化主要是由金屬秒流量的變化引起的，由于在軋制過程中，輥縫基本上是不做調(diào)節(jié)的，所以改變軋機(jī)的速度就能改變金屬秒流量，從而達(dá)到控制張力的目的。
軋制過程中，PLC定時(shí)對機(jī)架間的張力反饋值進(jìn)行采樣，根據(jù)相應(yīng)的張力給定計(jì)算出張力偏差值，調(diào)用PID控制指令，計(jì)算出張力調(diào)節(jié)信號，變換為速度信號形式，分配給相應(yīng)的機(jī)架，達(dá)到通過速度實(shí)現(xiàn)對張力控制的目的。圖3 是張力控制框圖
圖3 張力控制框圖
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