带钢炉区辊道变频改造及控制系统优化

时玉玲

摘要：带钢炉区辊道变频改造及控制系统优化主要针对加热炉区域所存在的问题，淘汰落后，充分开发装置功能，完善控制方式，降低维护成本，使炉区设备更加节能运行，同时提高出钢速度，使加热炉更加可靠稳定的工作。

关键词：全数字变频装置

1.项目提出的依据和目的

加热炉出料端有炉门、出钢机（抬起和行走）以及辊道等主要设备，在生产中为避免炉门和挑料杆撞击，炉门和出钢机设有位置连锁，由于检测位置的局限，炉门升到上限，出钢机开始行走，出钢机到达后限，炉门才可以下降，在此过程中，炉门和出钢机只能有一个动作，同时出钢机抬起运行距离短，启动停止过程占据了运行的大部分时间，出钢机抬起速度慢，这都延长了炉门敞开的时间，造成了煤气的浪费，降低了出钢速度。

加热区出料端有辊道电机30余台，原来是由电子开关柜经过接触器带电机工频运行。电机启动过程中对电网和负载的冲击较大，容易产生操作过电压而损伤电机绝缘，同时由于启动过程频繁，启动电流大，保护措施较少，对电机的损害较大，影响了电机的寿命。工频运行速度无法调节，速度太快，使得钢对轧辊产生很大的冲击，并且浪费电能。

带钢加热炉步进梁PLC原控制系统，过程监控与实时数据显示功能都是基于WINCC程序框架结构实现的，而在线使用的全部控制功能都是在Windows98系统下的设计，随着近几年来计算机技术的不断发展，98操作系统已经被逐步淘汰，该系统与新软件、硬件的不兼容，一致制约着设备的更新换代，同时随着西门子WINCC系统版本的不断升级，原先使用的V5.2版本与现在新的V6.0版本在WindowsXP系统下普遍存在着稳定性、兼容性、速度性等方面的问题。并且原来WINCC系统数据通信采用的是MPI通讯模式，其传输距离以及多台上位机的使用都存在一定的局限，新的基于XP系统下的WINCC监控系统的升级与改造，无论从计算机的备件采购还是软件的使用较原系统具有技术优势和价格优势，需要进行设备更新。

出钢机抬起、行走原采用挡片式限位开关，其灵活性差，由于其位置温度高、氧化铁皮多，环境恶劣，极易出现故障。而且调节难度大、灵活性差，配合限位使用的减速机减速比太大，调节挡片位置的时候，行走运行的距离不好把握，造成调整的时间较长，一旦出现故障或者调整不当，就造成出钢困难，经常延误生产。

出料端辊道电机数量多，传送距离长，跨过了RE0、R0两架轧机，运行中保持一个速度运行，一旦辊道后轧机咬钢，传送辊道就基本不起作用，造成了电能的浪费。

2.主要技术简介

2.1出料端辊道变频的改造

采用丹佛斯变频器，安装控制柜，设计工、变频两条回路，之间能够相互切换，日常工作采用变频运行，有故障短时无法恢复的改由工频控制。

设置启动和停止的时间，保证正反向切换能够在1秒钟内完成，确保工艺通道不通畅时，操作的实时性。降低部分辊道电机的工作频率，减少钢对轧辊的冲击。

此次改造为今年的大修项目，但项目组充分利用空闲时间安装柜体，在定修时间敷设电缆，使用备件电机进行实验，并于6月8号检修时，一次性完成现场的接线和调试。

设计一台变频器控制4台辊道电机，两台变频器控制的辊道电机相互间隔，保证一组辊道电机故障时，钢能够平稳传送，变频器运行保护参数设置充分满足4台电机的运行，而又要兼顾到对每台电机的保护。

2.2限位的改造

考虑到定位的精确度，采取两个LQ8-2K-F型接近开关分别检测出钢机上下或者前后限位信号，制作安转支架，在原限位开关支撑轴上焊接挡片，将接近开关安装于支架上。以行走为例，调节两个接近开关的位置，使行走在前限的时候挡片在前限接近开关处，行走在后限的时候挡片在后限接近开关处。这样的设计完全满足实用要求。同时保留原有的限位开关，通过一个三相开关控制是否使用新的限位系统，两者互为备用。

另外，在前后限位基础上，通过接近开关加入一个超后限位。避免出钢机行走在后退过程中冲出后限位造成重大设备损失。

2.3 降煤耗、提速度，带钢加热炉出料端控制优化

通过控制程序设定炉门上升1.5秒后，出钢机行走可以前进，此信号保持4秒钟，其与炉门上限位信号并联，这样形成新的位置点（如图1），炉门上升时只要下端即将离开抬起的水平位置，出钢机行走即可以前进。此时炉门还未到达上限，炉门还在上升，挑料杆也不会撞倒炉门。程序设计一旦炉门起不到上限，行走运行4秒以后自动停止，避免碰撞炉门。

2.4 监控系统的升级

在原有的S7-300 PLC硬件上配置CP-343以太网网卡，同时升级计算机操作系统为WINDOWSXP系统，采用以太网通讯方式实现计算机与PLC系统的通信，3#台微机安装SQL SERVER 2005、STMATIC STEP V5.4 、WINCC6.0等應用软件，在新的计算机操作系统以及新的WINCC6.0中编制监控程序，在WINCC6.0中组态TCP/IP变量，重新制作监控画面，连接TCP/IP变量，通过以太网实现对加热炉步进梁系统的控制过程监控和实时数据显示。

3.技术创新点

此次改造，实现了一台变频装置对多台电机运行的良好控制，通过对启动电流、运行速度的控制达到了节约电能的目的。通过简单的元器件实现了出钢机的位置控制，优化了程序，减少了炉门开启的时间，从而提高了出钢速度，并且节约了煤气消耗。

4.实施效果

改造后设备安排更加合理，可靠性提高，免维护。提高了系统的作业效率，减少运行成本。 电机可以实现软启动，峰值电流和峰值时间大为减少，可消除对电网和负载的冲击，延长了电动机的使用寿命。同时有效的控制了电机故障的发生，减小了维护工作量。

全数字变频装置有良好的保护监控功能，且具有故障存储记忆，自适应参数优化等多种功能，有利于故障的判断。

改造完成后限位调节直观、灵活，调节过程可以在3分钟之内完成，减少了平时调节限位的时间和职工的劳动量，而且对出钢机的运行提供了安全保障。

项目实施后，每一个出钢周期缩短了10秒钟左右，炉门敞开的时间缩短了9秒钟左右，对于炉温的保持，以及节约煤气，控制煤气消耗效果显著。同时出钢速度也可以得到提高，对于生产尤其是宽厚规格生产及其有利。