轧机的计算机自动控制系统改造

黑龙江冶金

Vo.l30󰀁No.1March󰀁

2010

󰀁2010年3月

Heilongjiang󰀁Metallurgy

轧机的计算机自动控制系统改造

马兰祥

(东北特钢集团北满特殊钢有限责任公司,黑龙江齐齐哈尔161041)

摘󰀁要:对老轧机的模拟控制系统进行了升级改造,采用了计算机自动控制系统,提高了轧机的自动化程度、快速性、可靠性以及精度,减轻了工人的劳动强度,满足了轧钢工艺的各种要求,提高了轧机的生产质量和效率。关键词:计算机自动控制系统;过程自动化;基础自动化;系统功能;控制方式

TheRebuildingofTheComputerAutocontrolSystemaboutRollingMill

Malanxiang

(BeimanSpecialSteelCoLtd,DongbeiSpecialSteelGroup,Qiqihae'r161041)

Abstract:Theupgraderebuildingabouttheoldrollingmills'controlsystem,adopttheautocontrolsystemofthecomputer,enhancetheautomationdegree,celerity,reliability,precisionoftheroll󰀁ingmill,easetheworkers'strengthoflabour,satifyvariousrequestsofsteelrollingtechnology,im󰀁proveitsqualityandefficiency.

KeyWords:Autocontrolsystemofthecomputer;Processautomatization;Foundationalautomatiza󰀁tion;Functionofthesystem;Wayofcontro.l󰀁󰀁东北特钢集团北满特殊钢有限责任公司于1957年建成投产,是我国󰀂一五 期间兴建的156项工程中唯一的特殊钢生产企业,也是国家特钢行业中的骨干企业,几十年来为国家特殊钢的生产和高新产品的研发做出了突出的贡献。但近年来由于轧钢设备的控制系统改造相对滞后,轧钢分厂多年来使用的模拟双闭环控制系统已经不能满足不断完善的轧钢工艺的要求,因此我们对老系统进行升级改造已经十分必要。为了提高轧钢工艺的水平、提高轧机自动化程度,以及满足用户对轧材产品精度的严格要求,这项改造工程在设计中采用了计算机自动控制技术,以实现对轧机的生产过程控制。

图1󰀁轧机控制系统框图

󰀁󰀁其中过程控制级由过程计算机、加热炉以及后部区域通过专用I/O模块和同轴电缆构成过程控制网。而基础自动化级由SIEMENS公司的S5!135U、OMRON公司的C20及C30系列PLC构成。通过I/O模块、仪器仪表等检测元件构成基础自动化网。1.2󰀁系统控制原理

过程控制级根据来钢的各种信息,尾部处理

1󰀁控制系统组成

1.1󰀁计算机控制系统硬件结构

整个轧钢控制系统分为两级:过程控制级(SCC)和基础自动化级(DDC),系统构成如图1所示。

收稿日期:2009-11-30

作者简介:马兰祥,毕业于北京科技大学,电气自动化专业,电气工程师。

23󰀁󰀁黑󰀁龙󰀁江󰀁冶󰀁金第30卷

信息,道次及辊缝状态,计算轧制规程,实时传送控制信息至基础自动化级,实现整个轧制过程及监督功能。

基础自动化级能够实时采集各种仪器仪表、传感器的数据,以及开关、按钮的状态信息,并进行处理,然后根据过程计算机传来的轧制规程,控制传动系统及液压机构,实现能量转换,实现轧辊定位及轧机轧制速度给定。1.3󰀁系统控制软件

系统控制软件是调节器的核心部分。其功能的好坏直接影响着整个轧机系统运行质量。应用软件采用C语言编程,自上而下采用模块化设计,因而层次分明,结构简单,便于调试、修改和扩充。其内容包括:I/O设备初始化、I/O设备测试、A/D采集、动态画面显示、数学模型计算等。

过程控制程序采用了钢铁行业计算机控制系统的TOSTEET软件。包括过程控制、过程I/O接口、人机接口、基本过程处理及操作管理等子系统。为了适应现代化视窗界面的风格,在屏幕上方设计了工具栏,用户界面功能全面、画面逼真、清晰、操作简单。

图2󰀁压下装置速度!!!位置曲线

提高了轧机工作的效率。2.3󰀁道次管理及自动翻钢

本轧机是可逆式轧机,每一道次均需一批相应的工艺参数,当轧制某一产品时,通过监控画面,可将计算机预先设定的工艺参数,以道次分组存储于缓冲存储器中。道次的变化以轧机负载信号为依据,相关设备根据本道次提供的信息动作。

轧机自动翻钢功能是通过工作面及传动面的推床和附着在传动面前的翻钢钩三者协调来实现,它们的位置由编码器进行精确检测。

2󰀁控制系统功能

2.1󰀁自动位置控制(APC)

在轧制前,可根据工艺要求的不同,将轧制规格编制成若干个轧制程序表,每个表中再设置若干个轧制道次,事先存放在PLC中的数据块中。在轧制时,根据不同的轧制要求,在操作台上选择相应的轧制规格表,PLC将按道次自动给出水平辊和推床位置设定值。在轧制过程中,APC系统通过辊逢测量仪实时测量当前位置,并将信号反馈到PLC,经过计算和比较后,根据差值∀x的大小,通过模拟输出板输出速度控制信号给调节器回路,驱动压下电机对辊缝位置进行调节。压下装置的速度!!!位置曲线如图2所示。

󰀁󰀁图中x0、x1、x2、x3表示压下装置与目标位置的目标偏差距离设定值;v0、v1、v2、v3表示压下装置的不同运行速率。2.2󰀁自动运转控制(ARC)

控制系统根据来钢种类的不同,设定其轧制规格,并采集来钢温度、推床状态、以及APC系统传送来的数据,进行运算和数据分析,自动进行某一道次的轧制过程。实现轧制速度的优先控制,243󰀁系统控制方式

本系统采用了多种控制方式,为了操作灵活、方便,系统还保留了人工干功能。

(1)手动控制方式在手动方式下,操作工根据轧制工艺安排道次、各位置系统辊缝设定值。通过主令控制器完成各道次摆水平辊的操作,及机前机后推床的对中和打开操作。

(2)半自动控制方式

在半自动方式下,只投入APC系统,各连锁条件满足后,根据PLC中存储的轧制程序表各道次辊缝设定值,由程序控制摆水平辊辊缝,并根据热检信号对机前机后推床进行控制。(3)自动控制方式

在自动方式下,在轧制过程中,当轧机有抛钢信号时,ARC系统向APC系统发出摆辊缝信号。APC系统接收信号后,即执行水平辊的定位控制,定位完成后向ARC系统发出辊缝摆完信号,ARC系统接收后,根据轧制工艺对每组辊道的速度自动地进行控制,开始下道次的轧制,机前机后推床根据热检信号自动对中和打开,整个轧制过程自动完成。

(下接第40页)

󰀁󰀁黑󰀁龙󰀁江󰀁冶󰀁金第30卷

(4)保证轧制不同规格钢材的中间架次孔型共用增加孔型的共用性。能共用的共用,能代替的代替;换辊数量少,换辊时间短;轧辊备辊减少,辊耗降低;减少职工劳动强度。

(5)使用横移导板梁和先进切分辅具。改进前:导板梁固定,更换轧槽时间长;轧制过程中无法在线调整;K1入口导板无鼻尖,轧件易上辊环。改进后:选用横移导板梁,节省换槽时间;选用横移导板梁,可在线调整导板;采用带鼻尖导板,减少轧件上辊环次数。

(6)󰀁300轧辊辊身由450mm加长至600mm。改进前:轧辊辊身短,配置轧槽小,辊耗高;频繁换辊,劳动强度大;轧机日作业率低。改进后:轧辊辊身加长,多配轧槽,辊耗减少;换辊频次少,劳动强度小;轧机日作业率相对提高。

(7)增加一个活套,活套形式由水平活套改为立式活套。改进前:连轧线只设有一个活套;活套形式为水平活套;活套少,保证产品质量难度大。改进后:再增加一个活套,轧线上设置两个活套;改为立式活套,否则无法满足切分生产;2活套改为多线跑槽,既可单线轧制,又可双线轧制;产品质量比较好控制。

(8)轧机上辊平衡采用弹性胶体。改进前:轧机上辊平衡使用弹性胶垫,失效快,平衡效果差;轧机弹跳大,轧件头部有弯头,易造成跑钢。改进后:轧机上辊平衡使用弹性胶体,平衡效果好;轧机弹跳小,轧件头部规范,减少跑钢;保护切分架次切分楔,防止切分楔掉块。

(9)穿水冷装置的穿水导管改为穿水跑槽。改进前:单线轧制为穿水导管,效果好;穿水导管内无法同时走2线钢;轧件有弯头易顶导管入口(上接第24页)

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造成跑钢;安装繁琐造价高。改进后:穿水导管改为跑槽,可实现同时走2线钢;跑槽上盖设有喷水孔,以达到穿水目的,穿水效果不及穿水导管;减少穿水装置跑钢次数;安装简单,造价低。

(10)提高冷床输入,拨入的可靠性。改进前:冷床输入辊道比较宽,两线钢易分叉,且易撞斜拨料块,造成冷床输入环节跑钢;拨料块与输入辊道滚筒间隙大,轧件头部易顶在缝隙中;拨料块高低不平,影响拨入。改进后:在冷床输入辊道中间设置隔板,把辊道变窄,减少两线钢分叉现象和钢头顶斜拨料块现象,减少跑钢频次;适当加长拨料块长度,减少缝隙;用顶丝固定住拨料块在长轴处的夹板,调整拨料块一平。

(11)冷床上设计安装齐头辊道。改进前:冷床上没有齐头辊道;钢材齐头由冷剪前挡板齐头;小规格材断面少,齐头效果不好,影响钢材定尺率,同时造成轧件弯曲;齐头时间比较长,影响轧制节奏。改进后:冷床上设计安装齐头辊道;倍尺材在冷床步进中达到齐头效果,取消了冷剪前齐头档板;提高钢材质量,提高钢材定尺率;取消了钢材齐头时间,缩短了轧制节奏,提高了产能。

2󰀁结󰀁语

通过以上的改进、改造使这条老生产线充满了活力,产能大幅度提高,并相继在󰀁12、󰀁14的生产基础上开发出󰀁10三切分、󰀁16两切分,并迅速发挥效益。其中󰀁12、󰀁14、󰀁16的最高日产记录分别已经达到2165.734t、2581.095t、2672.085,t形成了西钢特有的小规格材两切分生产新工艺,为同类型企业的改造提供了可靠的技术和宝贵经验。离、滤波和稳压,采用安全接地、屏蔽接地和逻辑接地三种接地方式,并确保相互间绝缘,提高了整个系统的抗干扰能力。

4󰀁系统精度和运行可靠性的保障措施

(1)在压下控制中使用压下电机按单方向进行设定,为了消除传动机构间隙对位置设定精度的影响,使设定更为准确。

(2)轧制时连续进行若干次偏差检测,只有几次连续检测的偏差在要求范围内设定才完成,从而提高了轧制精度。

(3)控制系统采用稳压电源对交流电进行隔405󰀁结󰀁语

通过本次对轧机控制系统的改造,不仅使控制系统的自动化程度、快速性、可靠性以及精度等方面得到很大的提高,而且操作简单、维护方便,减轻了工人的劳动强度,满足了轧钢工艺的各种要求,提高了轧机的生产质量和效率。