尹劍俠 楊化寶

[摘 要]本文就西門子6RA70全數(shù)字控制系統(tǒng)在濟鋼(馬)公司中板主傳動改造中的應(yīng)用過程進行了分析,通過全新的系統(tǒng)方案設(shè)計及流程優(yōu)化,實現(xiàn)了新技術(shù)在老系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用,取得了良好的使用效果及經(jīng)濟效益。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字控制系統(tǒng) 主傳動 流程優(yōu)化

[中圖分類號]TG333[文獻標識碼]A[文章編號]1007-9416(2009)12-0065-02

1 背景介紹

濟鋼(馬)公司是濟鋼集團于1993年在馬來西亞投資設(shè)立的一家境外企業(yè),主要工藝配置包括2臺推鋼式加熱爐、三輥粗軋機、四輥精軋機、九輥矯直機、冷床及后續(xù)剪切精整設(shè)備,產(chǎn)品范圍包括6～35mm厚、1500～2500mm寬的各類中、厚鋼板。

由于原四輥軋機主電機控制系統(tǒng)已使用多年且嚴重老化,系統(tǒng)存在許多問題和隱患,故障率高,維護量大且備件采購困難,已不能適應(yīng)公司不斷提高的產(chǎn)能負荷和工藝要求,為保持公司今后長期發(fā)展和市場競爭能力,公司決定對其進行徹底改造。

2 原系統(tǒng)存在的問題

該公司原四輥主電機控制系統(tǒng)由西門子早期的SIMADYN D模板組成,由于是早期產(chǎn)品且已使用多年,存在問題較多,主要表現(xiàn)在:

(1)可控硅容量較小,特別主回路部分,系統(tǒng)的過載能力較差;(2)備件采購困難;(3)維護量大,維護要求高,特別對現(xiàn)場維護人員的技術(shù)要求較高;(4)系統(tǒng)可靠性差,故障率高。

上述問題在生產(chǎn)中主要表現(xiàn)為快速開關(guān)經(jīng)常跳閘,造成四輥軋機停車,從而嚴重影響了主電機運行的穩(wěn)定性和產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量的提高,給公司生產(chǎn)經(jīng)營造成被動。

3 新系統(tǒng)改造目標及方案設(shè)計

3.1 改造目標

為配合公司不斷增加的產(chǎn)能需要和新更換3500KW電機后系統(tǒng)穩(wěn)定運行的控制需要,同時考慮到境外企業(yè)技術(shù)維護人員少、備件采購困難等實際情況,與原老控制系統(tǒng)相比,新控制系統(tǒng)改造必須達到以下使用要求:

(1器件數(shù)量的大大減少;(2調(diào)試技術(shù)大大簡化;(3維護更加方便。

3.2 新系統(tǒng)方案設(shè)計

3.2.1 新系統(tǒng)選擇及優(yōu)化

為實現(xiàn)上述目標,本次改造將西門子全數(shù)字控制系統(tǒng)6RA70數(shù)字裝置作為系統(tǒng)的控制核心,通過增大可控硅裝置容量,提高系統(tǒng)過載能力,使新系統(tǒng)功率對新主電機能夠保證2.5倍以上的過載能力,從而使改造后的四輥軋機生產(chǎn)效率得到進一步提高。

3.2.1 新系統(tǒng)主回路設(shè)計

由于這套系統(tǒng)涉及到多臺裝置同時協(xié)調(diào)運行,因此裝置間的數(shù)據(jù)信息交換非常重要。在本系統(tǒng)中采用了多種通訊方式來完成各種裝置之間的信息交換工作,力求達到快捷、可靠,同時為了更好的監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)和修改必要的基本控制參數(shù),系統(tǒng)設(shè)置了一臺HMI及人機對話計算機終端。

4 新技術(shù)的轉(zhuǎn)化及應(yīng)用

為更好地滿足公司長期生產(chǎn)需要,本次改造將一些相對成熟的新技術(shù)進行了轉(zhuǎn)化和應(yīng)用,從而方便了生產(chǎn),大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備運行的可靠性,主要包括:

4.1 滑雪板特性控制

滑雪板特性是目前中板主電機控制系統(tǒng)必須具備的一種特性,通過參數(shù)的調(diào)整,可以控制板材頭部的上翹度,保證生產(chǎn)過程的正常進行。在新系統(tǒng)中,將控制板頭上翹度的上輥速度修正系數(shù)放在了計算機終端上進行,這樣生產(chǎn)值班電工可以根據(jù)軋鋼生產(chǎn)計劃的具體情況,根據(jù)不同的材質(zhì)、規(guī)格在計算機上方便的進行適時修改。

4.2 鋼板尾部上翹度控制

鋼板尾部上翹度控制原理與頭部的滑雪板控制特性原理相同,都是利用上下輥速度差進行控制,新系統(tǒng)中可以設(shè)定參數(shù)對尾部控制長度和尾部上下輥速度差進行控制,參數(shù)的設(shè)定同樣在計算機終端上進行。

4.3 負荷平衡控制

負荷平衡控制功能,是保證上下輥電機在正常軋制過程中負荷保持基本一致,保證兩臺電機均衡出力,從而使電機系統(tǒng)在大負荷情況下可以發(fā)揮出最大的效率。新系統(tǒng)的負荷平衡控制采用了電流檢測法,即比較上下輥電機的定子電流,取得其差值,將差值進行相應(yīng)的運算后,對上輥電機控制系統(tǒng)的速度環(huán)和電流環(huán)加上適當?shù)母郊又?實現(xiàn)對電機速度的適當修正,以保證兩臺電機在動態(tài)和靜態(tài)時的負載電流相等。負荷平衡控制由6RA70通過網(wǎng)絡(luò)通訊實現(xiàn),即將上輥電機與下輥電機的電樞電流送入從動輥電機控制器中,為提高負荷平衡調(diào)節(jié)的速度,新系統(tǒng)采用了PID(帶死區(qū))運算方法,以速度環(huán)退飽和功能進行調(diào)節(jié),將調(diào)節(jié)結(jié)果直接輸出給從動系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器,從而實現(xiàn)負荷平衡。

4.4 網(wǎng)絡(luò)控制及應(yīng)用

新系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由三部分構(gòu)成:多點聯(lián)結(jié)串行接口網(wǎng)即MPI網(wǎng);現(xiàn)場傳動網(wǎng)即Profibus—DP網(wǎng)和設(shè)備對設(shè)備通訊網(wǎng)即Peer-to-Peer網(wǎng)。

4.4.1 MPI網(wǎng)

MPI網(wǎng)是一個多主站網(wǎng),適用于大數(shù)據(jù)量的傳輸。常用在數(shù)個CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸,或者是CPU與上位機之間的數(shù)據(jù)傳輸,利用MPI網(wǎng)可以組成多個PLC之間的通訊網(wǎng),互相進行信息交換,也可以連接上位機,做成人機接口,在其上面可以對網(wǎng)上的所有PLC進行編程,以圖形化的畫面反應(yīng)設(shè)備運行過程,便于維護人員進行監(jiān)控。

4.4.2 PROFIBUS-DP網(wǎng)

新系統(tǒng)采用了德國DIN19245標準的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)(即SINEC L2網(wǎng)絡(luò)),它符合EN50170國際標準,其特點是信息幀短、處理信息速度快、實時性強、容錯性強,同時32位浮點運算使得控制精度高,6RA70的閉環(huán)調(diào)節(jié)精度小于0.006%,在軋機控制中能夠滿足高精度的軋制要求。

新系統(tǒng)分別以上、下輥PLC做為主站,上、下輥兩套6RA70裝置及勵磁系統(tǒng)、現(xiàn)場ET200站作為從站組成了兩個PROFIBUS-DP網(wǎng),裝置之間通訊采用STEP 7編程完成,實現(xiàn)了上輥、下輥PLC主站與從站角組6R70裝置、星組6R70裝置及6RA70勵磁裝置信息的實時、準確交換。

4.4.3 Peer to Peer網(wǎng)

Peer to Peer網(wǎng)這是西門子設(shè)備之間通訊的一種專用網(wǎng)絡(luò),用于設(shè)備之間點對點的通訊,具有速度快、實時性強的特點。在本系統(tǒng)中用于星組和角組之間的電流設(shè)定值傳送和勵磁系統(tǒng)故障信息到電樞控制裝置的傳送,以保障每臺電機的星、角兩組間的負荷電流完全相等,以及系統(tǒng)的安全運行。為最終的負荷平衡控制奠定了有效的技術(shù)基礎(chǔ)。

通過上述三種網(wǎng)絡(luò)的綜合應(yīng)用,有效的實現(xiàn)了PLC之間、PLC與數(shù)字裝置之間、數(shù)字裝置與數(shù)字裝置之間的數(shù)據(jù)傳輸。

5 系統(tǒng)應(yīng)用效果及結(jié)論

通過一年多的運行效果看,新系統(tǒng)成功解決了多年來老控制系統(tǒng)中存在的多種制約生產(chǎn)的因素,由于采用多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和全數(shù)字裝置來控制主電機,使得系統(tǒng)運行高度穩(wěn)定,系統(tǒng)控制精度大幅提高,同時鋼板軋制滑雪板技術(shù)的應(yīng)用,為公司產(chǎn)品質(zhì)量的進一步提高和生產(chǎn)控制水平的高效穩(wěn)定提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)和保障。

生產(chǎn)實踐表明,系統(tǒng)采用新技術(shù)改造后,四輥軋機的軋制力得到了進一步提高,故障率大大降低,系統(tǒng)運行穩(wěn)定、準確、可靠,實現(xiàn)了上、下位電機負荷平衡,各類技術(shù)參數(shù)均滿足了生產(chǎn)工藝要求,公司產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量得到了大幅提高,經(jīng)濟效益顯著。