西门子数控系统在中板轧机主传动改造中的应用

尹剑侠 杨化宝

[摘 要]本文就西门子6RA70全数字控制系统在济钢(马)公司中板主传动改造中的应用过程进行了分析,通过全新的系统方案设计及流程优化,实现了新技术在老系统中的转化和应用,取得了良好的使用效果及经济效益。

[关键词]数字控制系统 主传动 流程优化

[中图分类号]TG333[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2009)12-0065-02

1 背景介绍

济钢(马)公司是济钢集团于1993年在马来西亚投资设立的一家境外企业,主要工艺配置包括2台推钢式加热炉、三辊粗轧机、四辊精轧机、九辊矫直机、冷床及后续剪切精整设备,产品范围包括6～35mm厚、1500～2500mm宽的各类中、厚钢板。

由于原四辊轧机主电机控制系统已使用多年且严重老化,系统存在许多问题和隐患,故障率高,维护量大且备件采购困难,已不能适应公司不断提高的产能负荷和工艺要求,为保持公司今后长期发展和市场竞争能力,公司决定对其进行彻底改造。

2 原系统存在的问题

该公司原四辊主电机控制系统由西门子早期的SIMADYN D模板组成,由于是早期产品且已使用多年,存在问题较多,主要表现在:

(1)可控硅容量较小,特别主回路部分,系统的过载能力较差;(2)备件采购困难;(3)维护量大,维护要求高,特别对现场维护人员的技术要求较高;(4)系统可靠性差,故障率高。

上述问题在生产中主要表现为快速开关经常跳闸,造成四辊轧机停车,从而严重影响了主电机运行的稳定性和产品产量、质量的提高,给公司生产经营造成被动。

3 新系统改造目标及方案设计

3.1 改造目标

为配合公司不断增加的产能需要和新更换3500KW电机后系统稳定运行的控制需要,同时考虑到境外企业技术维护人员少、备件采购困难等实际情况,与原老控制系统相比,新控制系统改造必须达到以下使用要求:

(1器件数量的大大减少;(2调试技术大大简化;(3维护更加方便。

3.2 新系统方案设计

3.2.1 新系统选择及优化

为实现上述目标,本次改造将西门子全数字控制系统6RA70数字装置作为系统的控制核心,通过增大可控硅装置容量,提高系统过载能力,使新系统功率对新主电机能够保证2.5倍以上的过载能力,从而使改造后的四辊轧机生产效率得到进一步提高。

3.2.1 新系统主回路设计

由于这套系统涉及到多台装置同时协调运行,因此装置间的数据信息交换非常重要。在本系统中采用了多种通讯方式来完成各种装置之间的信息交换工作,力求达到快捷、可靠,同时为了更好的监控设备运行状态和修改必要的基本控制参数,系统设置了一台HMI及人机对话计算机终端。

4 新技术的转化及应用

为更好地满足公司长期生产需要,本次改造将一些相对成熟的新技术进行了转化和应用,从而方便了生产,大大提高了产品质量和设备运行的可靠性,主要包括:

4.1 滑雪板特性控制

滑雪板特性是目前中板主电机控制系统必须具备的一种特性,通过参数的调整,可以控制板材头部的上翘度,保证生产过程的正常进行。在新系统中,将控制板头上翘度的上辊速度修正系数放在了计算机终端上进行,这样生产值班电工可以根据轧钢生产计划的具体情况,根据不同的材质、规格在计算机上方便的进行适时修改。

4.2 钢板尾部上翘度控制

钢板尾部上翘度控制原理与头部的滑雪板控制特性原理相同,都是利用上下辊速度差进行控制,新系统中可以设定参数对尾部控制长度和尾部上下辊速度差进行控制,参数的设定同样在计算机终端上进行。

4.3 负荷平衡控制

负荷平衡控制功能,是保证上下辊电机在正常轧制过程中负荷保持基本一致,保证两台电机均衡出力,从而使电机系统在大负荷情况下可以发挥出最大的效率。新系统的负荷平衡控制采用了电流检测法,即比较上下辊电机的定子电流,取得其差值,将差值进行相应的运算后,对上辊电机控制系统的速度环和电流环加上适当的附加值,实现对电机速度的适当修正,以保证两台电机在动态和静态时的负载电流相等。负荷平衡控制由6RA70通过网络通讯实现,即将上辊电机与下辊电机的电枢电流送入从动辊电机控制器中,为提高负荷平衡调节的速度,新系统采用了PID(带死区)运算方法,以速度环退饱和功能进行调节,将调节结果直接输出给从动系统电流调节器,从而实现负荷平衡。

4.4 网络控制及应用

新系统网络系统由三部分构成:多点联结串行接口网即MPI网;现场传动网即Profibus—DP网和设备对设备通讯网即Peer-to-Peer网。

4.4.1 MPI网

MPI网是一个多主站网,适用于大数据量的传输。常用在数个CPU之间的数据传输,或者是CPU与上位机之间的数据传输,利用MPI网可以组成多个PLC之间的通讯网,互相进行信息交换,也可以连接上位机,做成人机接口,在其上面可以对网上的所有PLC进行编程,以图形化的画面反应设备运行过程,便于维护人员进行监控。

4.4.2 PROFIBUS-DP网

新系统采用了德国DIN19245标准的PROFIBUS-DP网络(即SINEC L2网络),它符合EN50170国际标准,其特点是信息帧短、处理信息速度快、实时性强、容错性强,同时32位浮点运算使得控制精度高,6RA70的闭环调节精度小于0.006%,在轧机控制中能够满足高精度的轧制要求。

新系统分别以上、下辊PLC做为主站,上、下辊两套6RA70装置及励磁系统、现场ET200站作为从站组成了两个PROFIBUS-DP网,装置之间通讯采用STEP 7编程完成,实现了上辊、下辊PLC主站与从站角组6R70装置、星组6R70装置及6RA70励磁装置信息的实时、准确交换。

4.4.3 Peer to Peer网

Peer to Peer网这是西门子设备之间通讯的一种专用网络,用于设备之间点对点的通讯,具有速度快、实时性强的特点。在本系统中用于星组和角组之间的电流设定值传送和励磁系统故障信息到电枢控制装置的传送,以保障每台电机的星、角两组间的负荷电流完全相等,以及系统的安全运行。为最终的负荷平衡控制奠定了有效的技术基础。

通过上述三种网络的综合应用,有效的实现了PLC之间、PLC与数字装置之间、数字装置与数字装置之间的数据传输。

5 系统应用效果及结论

通过一年多的运行效果看,新系统成功解决了多年来老控制系统中存在的多种制约生产的因素,由于采用多种网络技术和全数字装置来控制主电机,使得系统运行高度稳定,系统控制精度大幅提高,同时钢板轧制滑雪板技术的应用,为公司产品质量的进一步提高和生产控制水平的高效稳定提供了坚实的技术基础和保障。

生产实践表明,系统采用新技术改造后,四辊轧机的轧制力得到了进一步提高,故障率大大降低,系统运行稳定、准确、可靠,实现了上、下位电机负荷平衡,各类技术参数均满足了生产工艺要求,公司产品产量和质量得到了大幅提高,经济效益显著。