1780mm不锈钢六辊轧机自动控制系统的研究

马艳阳，翟周科

(1.陕西国防工业职业技术学院电子系，陕西西安710302；2.西安重型机械研究所,陕西西安710032)

1 780 mm六辊可逆冷轧机组，是在常温状态下，将材质为普通碳素钢和低合金优质钢、不锈钢，厚度为2.0～5.0 mm的经过酸洗(可切边或不切边)的热轧带卷，经过若干道次的轧制，使其成为具有所需厚度及表面粗糙度的各种规格的冷轧带卷。技术参数如表1所示：

表1 1780mm六辊可逆冷轧机组技术参数

主轧机、开卷机和左右卷取机，采用全数字交流变频调速控制。机组采用双CPU控制，全液压推上，液压AGC自动控制。采用二级计算机控制，实现机组的生产过程控制。机组具有轧制规程计算、道次分配、参数优化、工作辊的正负弯辊、中间辊正弯辊控制和中间辊窜辊设定功能。工艺过程实时参数和设备关键参数的检测、显示和报警功能。配备激光测速仪、张力计，自动化程度达到了国内领先水平。

1 设备组成及工艺简介

1780 mm不锈钢六辊轧机由上卷小车、开卷机、开头矫直机、右卷取机、机前装置、主轧机、机后装置、右卷取机、助卷器、换辊装置、收垫纸机、除油装置等及液压气动系统和电气系统组成。

工艺描述。根据生产计划，由吊车将钢卷吊至开卷机前的上卷小车鞍座上，人工拆除捆带。钢卷由上卷小车上卷，经开卷机(具有卷纸功能)开卷，经过铲头将带钢头部从钢卷引出，通过开头机、送入轧机、在送往出口的卷取机，借助助卷器(厚带采用钳口)对带钢进行卷取并形成轧制张力后，轧机进行多道次往复轧制，轧制后的带钢经卷取机卷取后，再由卸卷小车卸卷，送往钢卷存放鞍座上。钢卷在鞍座上打捆、称重后，由吊车送到中间仓库存放。

2 自动控制系统的组成

1 780 mm不锈钢六辊轧机自动控制系统由供配电系统、PLC系统、传动系统、厚控系统、计算机控制系统组成。

2.1 供配电系统

根据轧机交流电机电压等级及电机容量要求，系统配置了4台独立的整流变压器，其中1#整变、2#整变为主机和卷取机同步电机供电，3#整变为开卷机异步电机供电，4#为同步电机的励磁供电。工厂提供两路AC380V电源分别至传动柜和基础自动化电源进线柜，为传动装置的风机、自动化系统、交流辅助电机等供电。单线图如图1所示。

图1 供配电系统单线图

2.2 基础自动化控制系统

采用双CPU控制，一个S7-412CPU挂接了14个ET200M站，控制液压传动站、设备润滑站、工艺润滑站、AGC泵站、弯辊横移泵站及机组辅助控制，另一个S7-416CPU挂接3条PROFIBUS-DP网控制厚控系统、传动系统、弯辊横移系统。2个CPU之间，采用工业以太网通讯，传输连锁信号。S7-416CPU主机架上配置了2个FM458，一个FM458用于传动系统控制，另一个用于厚控系统和弯辊横移系统的控制。网络结构图如图2所示。

图2 PLC网络结构图

2.3 传动系统

传动系统主要由主轧机、开卷机、左右卷取机组成，主传动，左右卷取机采用西门子公司全新推出的中压变频调速装置SINAMICS SM150系列产品，开卷机采用西门子6SE70整流回馈+逆变器装置，出入口转向辊、收垫纸机采用西门子6SE70交流变频装置。

开卷机异步电机电机功率730 kW，AC 520/660 V,420/1500 r/min，卷取机同步电机电机功率4000 kW，AC3300 V，350/1250 r/min，主轧机同步电机电机功率7 000 kW，AC3300 V，360/980 r/min。开卷机选用了一台800 kW的整流装置和两台600 kW的逆变器并联使用来控制开卷电机。主轧机、左右卷取机3台电机配置了2台10.5 MVA整流装置并联为3台10.5 MVA的逆变器供电。3台同步电机分别配置了3个励磁装置，励磁由西门子6RA70装置控制。传动系统图如图3所示。

开卷机、左右卷取机穿带时为速度系统，正常轧制时为张力系统，主轧机上下辊由1台电机经减速箱连接，穿带和正常轧制时均为速度系统。速度系统反馈采用霍普纳编码器，并带有超速保护。张力系统采用ABB张力计，直接张力闭环控制。卷径计算采用机前机后转向辊上的编码器进行线速度采集。

图3 传动系统图

2.4 厚控系统

厚控系统采用的是液压压上的AGC系统。采用moog D791电液伺服阀，song位移传感器，MPM480压力传感器。最大轧制力可达25 000 kN。厚控系统具有恒辊缝控制、轧制压力控制、辊缝位置控制、厚度预控、厚度监控、秒流量控制等功能。

2.5 计算机系统

计算机系统由L1和L2两级系统组成，L1级负责设备级的监控，包括液压站的启动和停止、设备状态、传动系统的合闸和分闸、传动电机的电流、转速的参数显示等；L2级主要负责轧制规程的予设定。L1级由一台工程师站ES1和一台客户端L1 HMI组成，分别放在计算机室和操作室。L2级由一台服务器、一台工程师站ES2和一台客户端L2 HMI组成，分别放在计算机室和操作室。计算机室和操作室分别设有一个两光口和八电口的交换机，计算机室和操作室用光纤将两边的以太网连接起来，网络拓扑如图4所示。

图4 计算机系统网络拓扑

3 自动控制系统的特点

3.1 硬件选型特点

(1)多网络；

(2)厚控系统采用FM458模块，分时处理，响应速度更快，精度更高；

(3)传动系统选用西门子公司的中压变频调速装置SINAMICS SM150系列，IGCT使2.3～7.2 kV的大功率中压变频调速装置获得高动态性能，它通过一个真正的标准程序，对0～9 000 r/min范围内的传动速度，进行精确的控制。冷却系统采用水冷单元，与风冷相比较极大的减少了噪音。

3.2 软件特点

程序编制采用CFC更直观，查找故障更方便；传动系统配置了PDA，调试及故障诊断更方便。

3.3 检测仪表的特点

检测元件均选用进口元件，ABB张力计、beta激光测速、瑞美测厚仪，song磁尺位移传感器可靠性高，精度更高。

4 结束语

泰钢1 780mm不锈钢六辊可逆冷轧机组，是国内自主设计的最宽的六辊轧机，设计选型先进，自动控制系统自动化程度高，功能先进，保障机组高效稳定运行，为以后六辊轧机的设计提供了很好的参考。