摘 要：介紹國豐1450熱軋薄板廠粗軋控制系統(tǒng)的主要機械設(shè)備和三級控制系統(tǒng)的特點及主要功能。

關(guān)鍵詞：粗軋；傳動；基礎(chǔ)自動化；過程自動化

1 粗軋區(qū)的工藝簡介

粗軋是帶鋼熱連軋過程中必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，粗軋區(qū)指從加熱爐爐去輥道到熱卷箱入口輥道之間的區(qū)域，爐區(qū)送來的135mm厚度的高溫連鑄板坯先經(jīng)高壓水除鱗除去其表面的爐生氧化鐵皮及附著的殘留保護渣，然后進入粗軋機組進行3-5道次可逆軋制，軋制成30～38mm厚的中間坯，隨后進入熱卷箱卷區(qū)域。

2 粗軋區(qū)主要機械設(shè)備介紹

粗軋控制系統(tǒng)所控制的設(shè)備主要包括加熱爐出口高壓除磷箱、入口輥道、入口側(cè)導(dǎo)板、R1四輥可逆粗軋機、E1立輥軋機、出口側(cè)導(dǎo)板、出口輥道、廢坯推出裝置，介質(zhì)系統(tǒng)等。其中R1四輥可逆粗軋機是設(shè)置在熱連軋帶鋼生產(chǎn)線粗軋區(qū)的關(guān)鍵設(shè)備，R1四輥可逆粗軋機位于E1立輥軋機之后、粗軋機后工作輥道之前，與E1立輥軋機、粗軋機前后工作輥道、側(cè)導(dǎo)板配合完成從連鑄坯料軋制到中間坯的軋制過程。奇道次R1四輥可逆粗軋機要與E1立輥軋機形成連軋，長板坯最后一道次R1四輥可逆粗軋機要與熱卷箱形成連軋。R1四輥可逆粗軋機本體由機架裝配、軋輥及軸承、壓下裝置、平衡裝置、軋輥抬升、階梯墊裝置、機架輥、軋機導(dǎo)衛(wèi)和冷卻裝置、平臺及梯子、配管等組成。本軋機采用電動壓下方式空載調(diào)整輥縫。在電動壓下裝置和上支承輥軸承座之間裝有液壓輥縫調(diào)整油缸，可以動態(tài)調(diào)整輥縫以控制板形、平直度。即保證軋制板坯的厚度公差符合工藝要求。立輥軋機位于四輥粗軋機入口側(cè)，與R1粗軋機形成緊湊布置，用于改善軋件邊部質(zhì)量和控制板坯頭尾形狀，提高成材率。立輥軋機只有在奇道次進行軋制，并且與四輥軋機形成連軋。在偶道次僅打開起導(dǎo)向作用，立輥輥面速度根據(jù)板坯軋制速度進行設(shè)定，開口度根據(jù)來料板寬進行設(shè)定，一般比板坯寬度寬約50mm。它包括粗軋立輥主傳動裝置、全液壓側(cè)壓系統(tǒng)、液壓自動寬度控制系統(tǒng)、粗軋立輥工作輥冷卻、粗軋立輥機架輥等。它采用全液壓壓下裝置，設(shè)有液壓自動寬度控制HAWC和自動短行程控制SSC，SSC用于控制大側(cè)壓引起的頭、尾形狀誤差。HAWC長行程液壓缸允許帶負荷進行側(cè)壓，主要用于修正軋制力變化引起的寬度誤差。

3 粗軋區(qū)控制系統(tǒng)介紹

如圖1所示，粗軋區(qū)控制系統(tǒng)分三級：零級傳動控制系統(tǒng)、一級基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)、二級機過程控制系統(tǒng)。

3.1 零級傳動控制系統(tǒng)

3.1.1 主傳動控制系統(tǒng)。主傳動包括粗軋機上、下兩臺主電機，主電機功率為2×7000KW，是大功率凸極同步電動機，功率部分采用全數(shù)字交交變頻矢量控制的交流調(diào)速裝置。交交變頻裝置由三臺電網(wǎng)自然換流，無環(huán)流可逆變流器，整流變壓器，勵磁主回路及調(diào)速矢量控制系統(tǒng)所組成。控制部分采用TDC+SIMADYN-D控制系統(tǒng)方案，主要完成以下功能：閉環(huán)控制和矢量控制、狀態(tài)機、速度調(diào)節(jié)、電機保護、網(wǎng)絡(luò)通訊、故障信號邏輯處理、電流控制、電機的功率因數(shù)控制、位置控制、負荷平衡控制、本地操作及信息的顯示等。

3.1.2 輔傳動控制系統(tǒng)。輔傳動包括粗軋區(qū)域的所有輥道、立輥傳動、粗軋機電動壓下、廢坯推出，立輥傳動采用同步機，輥道、廢坯推出和粗軋機電動壓下采用交流異步電動機。輔傳動系統(tǒng)均使用了整流回饋式公共直流母線供電的交直交變頻方式，具有制動能量回饋電網(wǎng)功能。國豐1450mm熱軋帶鋼粗軋采用西門子6SE70系列變頻調(diào)速裝置，逆變功率器件采用IGBT，主回路采用兩電平PWM調(diào)制，控制回路采用矢量（VC）控制或標量（即V/F）控制?？刂茊卧狢UVC上安裝有微處理器及其外圍電路，其中I/O接口用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)輸入和控制信號輸出，RS-232用于通過參數(shù)設(shè)置單元PMU連接調(diào)試電腦，RS-485用于系統(tǒng)構(gòu)成USS網(wǎng)絡(luò)。輔傳動與一級基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通過CBP通訊板完成。

3.2 一級基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)

粗軋基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)由3個TDC和1個S7-400共四個控制單元構(gòu)成，3個TDC分別控制R1四輥可逆粗軋機、E1立輥軋機和公共部分，S7-400用于介質(zhì)系統(tǒng)的控制。TDC是德國西門子公司用于工業(yè)控制的新一代產(chǎn)品，它是多CPU系統(tǒng)，系統(tǒng)的實時性好，能夠處理開環(huán)和閉環(huán)的過程控制和計算各種通訊任務(wù)，從而實現(xiàn)軋鋼工藝的高速、復(fù)雜的控制功能。TDC采用模塊式結(jié)構(gòu)，由機架UR5213、CPU模塊CPU551、輸入輸出模塊SM500、DP通訊模塊CP50M0、以太網(wǎng)通訊模塊CP5100及高速GDM通訊CP5210組成。HMI畫面采用西門子的WINCC，其強大的圖形功能使生產(chǎn)狀態(tài)的可視性很強，便于操作和維護。PDA過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)在線實時監(jiān)測及數(shù)據(jù)存儲功能，極大方便故障分析。

系統(tǒng)中設(shè)計了由高速以太網(wǎng)、高速全局數(shù)據(jù)內(nèi)存網(wǎng)GDM、Profibus_DP網(wǎng)等組成的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)熱連軋信息量大、通信速度快的要求。并針對不同的通信任務(wù)合理分配通信資源，大大提高系統(tǒng)效率。系統(tǒng)主干網(wǎng)是高速以太網(wǎng)，波特率為100兆，采用TCP/IP標準通訊協(xié)議，最多可以連接1000個控制單元，連接著所有需要通訊的控制單元，主要有TDC主站、HMI畫面操作終端、HMI畫面服務(wù)器、文件服務(wù)器、工程師站、S7-400介質(zhì)站等，開放的以太網(wǎng)接口使連接全局管理系統(tǒng)變得十分方便，能夠滿足復(fù)雜的基礎(chǔ)自動化控制。全局數(shù)據(jù)內(nèi)存網(wǎng)GDM連接TDC機架，用于需快速響應(yīng)的數(shù)據(jù)通訊，例如材料跟蹤和其他邏輯功能單元的通訊。GDM又與PDA過程數(shù)據(jù)采集計算機相連，使PDA快速收集到各TDC的實時數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行及時的處理，使處理分析結(jié)果在最短的時間得出，對故障診斷、生產(chǎn)、操作起到指導(dǎo)作用。各主站采用Profibus_DP現(xiàn)場總線連接遠程I/O設(shè)備、輔傳動系統(tǒng)，節(jié)省了大量電器元件和電纜，不但減少投資，而且提高系統(tǒng)可靠性。

粗軋基礎(chǔ)自動化的控制功能主要有粗軋區(qū)域水、電、風、氣公共設(shè)施的監(jiān)督控制、板坯跟蹤、順序控制、速度控制、數(shù)據(jù)管理（設(shè)定值分配、實際值收集與處理）、側(cè)導(dǎo)板控制、R1電動壓下EGC控制、R1液壓壓下HGC控制、自動厚度AGC控制、換輥和標定、立輥AWC控制、立輥短行程SSC控制、動態(tài)板型DPC控制、自動位置控制、模擬軋鋼、介質(zhì)系統(tǒng)控制等。

3.3 二級機過程控制系統(tǒng)

二級機過程控制系統(tǒng)的操作系統(tǒng)為Windows 2003 Server 英文版和Windows XP Professional 英文版，應(yīng)用服務(wù)器軟件為subsys for Windows v8.1，數(shù)據(jù)庫為Oracle 10G標準版系統(tǒng)。主要實現(xiàn)以下功能：生產(chǎn)作業(yè)計劃管理、生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)管理、原始數(shù)據(jù)管理、歷史數(shù)據(jù)管理、過程監(jiān)視、過程日志、軋線物料跟蹤、粗軋設(shè)定和自學(xué)習模型計算等。

4 結(jié)束語

經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐，針對現(xiàn)場出現(xiàn)的實際情況和客戶提出的要求，國豐1450mm熱軋帶鋼粗軋控制系統(tǒng)進行了不斷的完善和改進，該熱連軋自動化控制系統(tǒng)運行性能穩(wěn)定可靠，操作維護方便，滿足生產(chǎn)工藝要求，達到了優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)的目的，可在國內(nèi)同類生產(chǎn)線上推廣應(yīng)用。

參考文獻

[1]王誠.TDC在寶鋼2050粗軋生產(chǎn)線的應(yīng)用[J].自動化與儀表，2006（4）.

[2]上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文.寶鋼2050熱軋粗軋基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)速度控制及電動壓下控制的研究.

作者簡介：張守群（1972，1-），男，河北省唐山人，助理工程師，主要從事自動化設(shè)備的維護工作。