西門子數(shù)控系統(tǒng)在中板軋機(jī)主傳動(dòng)改造中的應(yīng)用

尹劍俠 楊化寶

[摘 要]本文就西門子6RA70全數(shù)字控制系統(tǒng)在濟(jì)鋼(馬)公司中板主傳動(dòng)改造中的應(yīng)用過程進(jìn)行了分析,通過全新的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及流程優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了新技術(shù)在老系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用,取得了良好的使用效果及經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字控制系統(tǒng) 主傳動(dòng) 流程優(yōu)化

[中圖分類號(hào)]TG333[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1007-9416(2009)12-0065-02

1 背景介紹

濟(jì)鋼(馬)公司是濟(jì)鋼集團(tuán)于1993年在馬來西亞投資設(shè)立的一家境外企業(yè),主要工藝配置包括2臺(tái)推鋼式加熱爐、三輥粗軋機(jī)、四輥精軋機(jī)、九輥矯直機(jī)、冷床及后續(xù)剪切精整設(shè)備,產(chǎn)品范圍包括6～35mm厚、1500～2500mm寬的各類中、厚鋼板。

由于原四輥軋機(jī)主電機(jī)控制系統(tǒng)已使用多年且嚴(yán)重老化,系統(tǒng)存在許多問題和隱患,故障率高,維護(hù)量大且備件采購(gòu)困難,已不能適應(yīng)公司不斷提高的產(chǎn)能負(fù)荷和工藝要求,為保持公司今后長(zhǎng)期發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力,公司決定對(duì)其進(jìn)行徹底改造。

2 原系統(tǒng)存在的問題

該公司原四輥主電機(jī)控制系統(tǒng)由西門子早期的SIMADYN D模板組成,由于是早期產(chǎn)品且已使用多年,存在問題較多,主要表現(xiàn)在:

(1)可控硅容量較小,特別主回路部分,系統(tǒng)的過載能力較差;(2)備件采購(gòu)困難;(3)維護(hù)量大,維護(hù)要求高,特別對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的技術(shù)要求較高;(4)系統(tǒng)可靠性差,故障率高。

上述問題在生產(chǎn)中主要表現(xiàn)為快速開關(guān)經(jīng)常跳閘,造成四輥軋機(jī)停車,從而嚴(yán)重影響了主電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量的提高,給公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)造成被動(dòng)。

3 新系統(tǒng)改造目標(biāo)及方案設(shè)計(jì)

3.1 改造目標(biāo)

為配合公司不斷增加的產(chǎn)能需要和新更換3500KW電機(jī)后系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的控制需要,同時(shí)考慮到境外企業(yè)技術(shù)維護(hù)人員少、備件采購(gòu)困難等實(shí)際情況,與原老控制系統(tǒng)相比,新控制系統(tǒng)改造必須達(dá)到以下使用要求:

(1器件數(shù)量的大大減少;(2調(diào)試技術(shù)大大簡(jiǎn)化;(3維護(hù)更加方便。

3.2 新系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.2.1 新系統(tǒng)選擇及優(yōu)化

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),本次改造將西門子全數(shù)字控制系統(tǒng)6RA70數(shù)字裝置作為系統(tǒng)的控制核心,通過增大可控硅裝置容量,提高系統(tǒng)過載能力,使新系統(tǒng)功率對(duì)新主電機(jī)能夠保證2.5倍以上的過載能力,從而使改造后的四輥軋機(jī)生產(chǎn)效率得到進(jìn)一步提高。

3.2.1 新系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)

由于這套系統(tǒng)涉及到多臺(tái)裝置同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)行,因此裝置間的數(shù)據(jù)信息交換非常重要。在本系統(tǒng)中采用了多種通訊方式來完成各種裝置之間的信息交換工作,力求達(dá)到快捷、可靠,同時(shí)為了更好的監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和修改必要的基本控制參數(shù),系統(tǒng)設(shè)置了一臺(tái)HMI及人機(jī)對(duì)話計(jì)算機(jī)終端。

4 新技術(shù)的轉(zhuǎn)化及應(yīng)用

為更好地滿足公司長(zhǎng)期生產(chǎn)需要,本次改造將一些相對(duì)成熟的新技術(shù)進(jìn)行了轉(zhuǎn)化和應(yīng)用,從而方便了生產(chǎn),大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備運(yùn)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電機(jī)控制系統(tǒng)必須具備的一種特性,通過參數(shù)的調(diào)整,可以控制板材頭部的上翹度,保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。在新系統(tǒng)中,將控制板頭上翹度的上輥速度修正系數(shù)放在了計(jì)算機(jī)終端上進(jìn)行,這樣生產(chǎn)值班電工可以根據(jù)軋鋼生產(chǎn)計(jì)劃的具體情況,根據(jù)不同的材質(zhì)、規(guī)格在計(jì)算機(jī)上方便的進(jìn)行適時(shí)修改。

4.2 鋼板尾部上翹度控制

鋼板尾部上翹度控制原理與頭部的滑雪板控制特性原理相同,都是利用上下輥速度差進(jìn)行控制,新系統(tǒng)中可以設(shè)定參數(shù)對(duì)尾部控制長(zhǎng)度和尾部上下輥速度差進(jìn)行控制,參數(shù)的設(shè)定同樣在計(jì)算機(jī)終端上進(jìn)行。

4.3 負(fù)荷平衡控制

負(fù)荷平衡控制功能,是保證上下輥電機(jī)在正常軋制過程中負(fù)荷保持基本一致,保證兩臺(tái)電機(jī)均衡出力,從而使電機(jī)系統(tǒng)在大負(fù)荷情況下可以發(fā)揮出最大的效率。新系統(tǒng)的負(fù)荷平衡控制采用了電流檢測(cè)法,即比較上下輥電機(jī)的定子電流,取得其差值,將差值進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算后,對(duì)上輥電機(jī)控制系統(tǒng)的速度環(huán)和電流環(huán)加上適當(dāng)?shù)母郊又?實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的適當(dāng)修正,以保證兩臺(tái)電機(jī)在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)時(shí)的負(fù)載電流相等。負(fù)荷平衡控制由6RA70通過網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn),即將上輥電機(jī)與下輥電機(jī)的電樞電流送入從動(dòng)輥電機(jī)控制器中,為提高負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)的速度,新系統(tǒng)采用了PID(帶死區(qū))運(yùn)算方法,以速度環(huán)退飽和功能進(jìn)行調(diào)節(jié),將調(diào)節(jié)結(jié)果直接輸出給從動(dòng)系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器,從而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡。

4.4 網(wǎng)絡(luò)控制及應(yīng)用

新系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由三部分構(gòu)成:多點(diǎn)聯(lián)結(jié)串行接口網(wǎng)即MPI網(wǎng);現(xiàn)場(chǎng)傳動(dòng)網(wǎng)即Profibus—DP網(wǎng)和設(shè)備對(duì)設(shè)備通訊網(wǎng)即Peer-to-Peer網(wǎng)。

4.4.1 MPI網(wǎng)

MPI網(wǎng)是一個(gè)多主站網(wǎng),適用于大數(shù)據(jù)量的傳輸。常用在數(shù)個(gè)CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸,或者是CPU與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸,利用MPI網(wǎng)可以組成多個(gè)PLC之間的通訊網(wǎng),互相進(jìn)行信息交換,也可以連接上位機(jī),做成人機(jī)接口,在其上面可以對(duì)網(wǎng)上的所有PLC進(jìn)行編程,以圖形化的畫面反應(yīng)設(shè)備運(yùn)行過程,便于維護(hù)人員進(jìn)行監(jiān)控。

4.4.2 PROFIBUS-DP網(wǎng)

新系統(tǒng)采用了德國(guó)DIN19245標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)(即SINEC L2網(wǎng)絡(luò)),它符合EN50170國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),其特點(diǎn)是信息幀短、處理信息速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、容錯(cuò)性強(qiáng),同時(shí)32位浮點(diǎn)運(yùn)算使得控制精度高,6RA70的閉環(huán)調(diào)節(jié)精度小于0.006%,在軋機(jī)控制中能夠滿足高精度的軋制要求。

新系統(tǒng)分別以上、下輥PLC做為主站,上、下輥兩套6RA70裝置及勵(lì)磁系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)ET200站作為從站組成了兩個(gè)PROFIBUS-DP網(wǎng),裝置之間通訊采用STEP 7編程完成,實(shí)現(xiàn)了上輥、下輥PLC主站與從站角組6R70裝置、星組6R70裝置及6RA70勵(lì)磁裝置信息的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確交換。

4.4.3 Peer to Peer網(wǎng)

Peer to Peer網(wǎng)這是西門子設(shè)備之間通訊的一種專用網(wǎng)絡(luò),用于設(shè)備之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊,具有速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)。在本系統(tǒng)中用于星組和角組之間的電流設(shè)定值傳送和勵(lì)磁系統(tǒng)故障信息到電樞控制裝置的傳送,以保障每臺(tái)電機(jī)的星、角兩組間的負(fù)荷電流完全相等,以及系統(tǒng)的安全運(yùn)行。為最終的負(fù)荷平衡控制奠定了有效的技術(shù)基礎(chǔ)。

通過上述三種網(wǎng)絡(luò)的綜合應(yīng)用,有效的實(shí)現(xiàn)了PLC之間、PLC與數(shù)字裝置之間、數(shù)字裝置與數(shù)字裝置之間的數(shù)據(jù)傳輸。

5 系統(tǒng)應(yīng)用效果及結(jié)論

通過一年多的運(yùn)行效果看,新系統(tǒng)成功解決了多年來老控制系統(tǒng)中存在的多種制約生產(chǎn)的因素,由于采用多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和全數(shù)字裝置來控制主電機(jī),使得系統(tǒng)運(yùn)行高度穩(wěn)定,系統(tǒng)控制精度大幅提高,同時(shí)鋼板軋制滑雪板技術(shù)的應(yīng)用,為公司產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提高和生產(chǎn)控制水平的高效穩(wěn)定提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)和保障。

生產(chǎn)實(shí)踐表明,系統(tǒng)采用新技術(shù)改造后,四輥軋機(jī)的軋制力得到了進(jìn)一步提高,故障率大大降低,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可靠,實(shí)現(xiàn)了上、下位電機(jī)負(fù)荷平衡,各類技術(shù)參數(shù)均滿足了生產(chǎn)工藝要求,公司產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量得到了大幅提高,經(jīng)濟(jì)效益顯著。