双线高线电气自动化技术方案文档格式.docx
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4.3.4.电机温度检测14
4.4.交流电机控制14
4.4.1.变频控制14
4.4.2.进线方式14
4.5.检测仪表15
4.5.1.活套检测器15
4.5.2.热金属检测器HMD15
4.5.3.脉冲编码器选型15
4.5.4.高温计,选用常州东升16
4.5.5.电机温度检测16
4.6.操作16
4.6.1.监视保护功能16
4.6.2.紧急系统17
4.6.3.操作方式17
4.6.4.操作室及操作点17
4.7.本方案的技术特点19
4.7.1.技术先进性19
4.7.2.传动装置性价比高19
4.7.3.极快的速度19
4.7.4.强大的可靠性19
4.7.5.操作方便19
4.7.6.调试检修维护方便19
5.系统配置附后20
6.技术服务20
6.1.服务范围20
6.2.质量保证20
7.互交技术资料20
7.1.买方提供20
7.2.卖方提供:
20
8.培训20
8.1.设计和编程阶段培训20
8.2.出厂调试阶段培训20
8.3.现场调试阶段培训20
9.验收合格依据21
9.1.自动化系统的考核及验收标准21
9.2.传动系统的考核及验收标准21
9.3.无事故率的考核及验收标准21
10.++公司的承诺21
附
网络单线图
传动单线图
整流变压器选型方案
****钢铁公司高线工程电气自动化系统
技术方案
1.概述
++公司根据《****钢铁公司高线工程电气传动自动化系统设备任务书》及《工艺方案说明书》,并在总结我公司先后完成的“江西三型钢高线双线电控系统工程”,“无锡锡润双线高线电控系统工程”,“江苏永钢双线高线电控系统工程”,“邢台龙海钢铁公司双线高线电控系统工程”,“山西宇晋高线双线电控系统工程”,等项目经验的基础上,特制定出本技术方案。
++公司的热连轧电控系统,在国内诸多大中型钢铁企业的实际应用中被证明是成功的;
并且通过了国内自控领域专家的签定。
经过对热连轧实际改造的锻炼与考验,++公司对热连轧工艺要求有了更加清晰的认识、对热轧连轧电气自动化控制有了成功的经验。
众多热连轧工程的成功实践,表明++公司有能力、有实力、有经验承担本工程项目,并保证该生产线一次试车成功。
2.工程范围
主轧线控制系统一套,其中主要包括PLC控制系统、交直流传动系统、人机界面,负责设备成套供货、系统及应用软件设计、安装指导、调试和投运。
3.线材热连轧电控系统的关键技术与理论依据
3.1.速度级联控制
在钢材连轧机中,为保证成品质量,以成品机架(末机架)为基准机架,保持其速度不变,并作为基准速度设定,其前面机架速度根据金属秒流量相等的原理,自动按比例设定;
在轧制过程中来自活套闭环控制的调节量、手动干预调节量,依次按逆轧制方向对其前面的各机架速度作增减,实现级联控制。
速度级联控制是连轧生产线电气控制思想的精华,它充分体现了钢材连轧生产的特点。
在轧制不同规格的钢材时,从轧制表中得到指定的末机架号,和该末机架在此规格最高轧制线速度VLMax,及当前选择的轧制总量百分比VL%,计算出末机架速度:
轧制基准速度VLS:
(1)
式中VL%限制在0-85%范围之内。
(为活套调节,手动干预调节及张力调节留有15%的余量)
根据各机架秒流量相等的原理有:
(2)
式中S1-Sn为各机架孔形截面积;
V1-Vn为各机架线速度;
n为机架号。
由
(2)式得:
(3)
由延伸率定义:
式中En为n机架的延伸率,En>
1。
则有:
(4)
(4)式即为速度级联设定和级联调节的基本关系式。
由
(1)式计算出末机架速度,再根据(4)式依次计算出前面各机架速度,即可实现速度的自动设定。
在轧制过程中,保持末机架速度不变,来自动操作或手动干预以及各机架间活套调节的调节量也遵循
(2)或(3)式关系,对各机架速度进行调节。
根据线速度和电机转速之间的关系,即可求得电机转速设定值N:
(5)
式中:
N:
电机转速设定值
I:
变速箱减速比
D:
轧辊直径
V:
轧辊线速度。
3.2.活套高度闭环控制
在钢材连轧线中,为保证成品质量,避免由于各种原因导致的推钢、拉钢,在机架之间设置了活套装置,而活套控制也是连轧机自动控制的关键之一。
活套是由于在机架间存储了多余轧线长度的轧件而引起的,也正是由于这些多余的轧件,起到了对轧件推拉的有效缓冲。
在控制过程中,以活套套量为目标,以速度调节为手段,即可达到控制活套的目的。
具体方法为:
当活套套量超过设定值时,就降低上游机架的速度;
反之,则升高上游机架的速度,采用PI控制法,即套量差:
Lt=Lt–L0
式中Lt为活套套量差;
Lt为套量实际值;
L0为套量设定值;
t为采样时间。
对速度的调节量:
式中
VLt:
调节输出值
KP:
比例调节系数
Ki:
积分调节系数
V0:
当前速度值
LMin:
调控制死区套量值
LMax:
调活套上极限套量值。
我公司在活套控制上具有独特的方法,直接将活套扫描仪发出的套高模拟量值送入前一架直流电机的调速装置6RA70,充分利用此装置内的工艺调节器直接调节速度,既节省了硬件设备,又实现了快速响应达到了调节量与给定值的完美配合。
此种控制方式属于++公司独创,避免了数据通过网络传输的滞后。
3.3.起落套控制
同样,活套起落也直接影响到正常轧钢。
如果起套过早,轧件未咬入下游机架,就会产生堆钢,堵钢,造成事故;
如果起套过晚,通常情况下会造成拉钢;
如果落套过早,一般情况下会造成堆钢;
如果落套过晚,将会产生带钢甩尾现象,严重时会影响到轧制节奏。
活套起落控制通常分为自动和手动两种方式。
原则上自动方式靠电机咬钢电流或热金属检测器作为检测信号,当活套相邻两机架同时含钢的瞬间起套;
当活套相邻上游机架无钢瞬间落套。
但实际中应视具体情况一般需要采取起套延时和落套延时的办法效果较好。
手动方式一般在操作台上设起套/落套按钮,人工操作控制活套起落。
为了避免在轧钢过程中活套高度值的动变引起轧机频繁调速,我公司在取样时间、取样数值上通过6RA70进行特殊处理,保证了系统的稳定性。
3.4.微张力控制
粗中轧区微张力控制由电气控制系统采用电流记忆法原理实现。
在轧件的轧制过程中利用自动化系统自动检测和分析轧机转矩的变化,根据轧机转矩的变化量从而计算出轧机之间形成的张力。
及时的修正轧机之间的速度关系,就能把轧机间的张力控制在最佳状态之内。
同时以级联调速的方式按比例调节上游其它机架速度。
微张力控制投入使用之后可以有助于提高粗中轧区轧件断面积的控制精度,从而使精轧区来料料形得到保证。
这一点尤其在轧大规格钢时极其重要。
(因为活套在甩机架时同时去掉)
微张力控制采用电流记忆法。
当一根钢头部咬入第n架轧机,电动机动态速降恢复后,直到该块钢咬入第n+1架前这段时间。
对于第n架轧机而言,相当于无前张力的自由轧制,滤波后采样此时的轧制电流即视为自由轧制电流。
当该块钢咬入第n+1架,且动态速降恢复后,滤波后再次采样此时电流,若两机架间存在张力偏差,必然有电流的偏差,根据电机学的有关公式,可以得到张力差:
上式中:
Tn:
第n架的张力偏差
i:
变速箱减速比
:
机械传动系统的传动效率
D:
轧辊直径
N:
第n架的速度
Ne:
第n架的额定速度
Cm:
满磁时的电机常数
In:
第n架的采样电流
Io:
第n架的自由轧制电流
Kn:
张力系数的给定值
由轧制要求
则第n架的速度调节量为:
Vn:
第n架的速度
Vn+1:
第n+1架速度设定值
En+1:
第n+1架延伸率
Kp,Ki,Kd:
PID常数
在钢坯咬入第n架时,对轧制电流进行采样、滤波,作为自由轧制电流,钢坯咬入第n+1架后至第n+2架咬钢前,对第n架轧机电流进行采样、滤波,按照上述公式计算张力偏差和对速度的修证,调节第n架及其以前的轧机速度,达到微张力状态,根据坯料的前进过程依次按照上述过程不断调节,全线所有微张力闭环控制的轧机达到微张力状态。
4.方案说明
4.1.过程控制系统组成
4.1.1.网络构成(参照附图)
在该高线轧线网络方案的选取上,采取最适合于工厂实时控制的,并且在当今国内外应用率最高的PROFIBUS-DP网和IndustrialEthernet网(或MPI网),分别用于现场控制和过程管理与监控。
整个自动化系统由三级控制系统和两层通讯网络构成。
三级控制系统由过程控制系统、基础自动化系统和调速传动控制系统构成,分别完成不同的控制功能。
◆INDUSTRIALETHERNET(工业以太网)
INDUSTRIALETHERNET网符合IEEE802国际标准,连接简单,性能灵活,市场占有率超过80%,已被世界各地广泛接受和应用。
传输协议TCP/IPISO
拓扑结构总线,树形,星形
传输速率10M位/秒100M位/秒
站数不受限制,每个网络段1024站
网络部件工业以太网交换机、多模光纤及连接附件
◆现场网--PROFIBUS网
PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通讯与控制的现场总线技术。
可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通讯控制从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。
PROFIBUS现场总线技术是一种开放的,标准的,不依赖于生产厂家的总线。
而且可以将这些不同厂家的产品连在一根总线上。
PROFIBUS-DP网,是一种高速低成本,用于设备级控制系统与分散式I/O的通讯。
传输距离:
最大23.8km
传输速率:
9.6Kbps~12Mbps
传输介质:
屏蔽双绞电缆
网络拓扑:
线性总线,两端带有源的总线终端电阻
站点数:
每分段32站(不带中继器),最多127站(带中继器)
插头连接:
9针D型插头
4.1.2.PLC选型
连轧线共有6台西门子PLC控制,分别为:
1、粗中轧采用1台S7-400PLC选用CPU416-2DP,带本柜扩展,控制范围:
入炉、出炉、粗轧、1#飞剪、中轧、粗中轧机旁箱、2#飞剪机旁箱及粗中轧主操作台;
2、预精轧到吐丝机采用1台S7-400PLC选用CPU416-2DP,带本柜扩展,控制范围:
2#飞剪、预精轧、预精轧机旁箱、精轧、精轧机旁箱、3#飞剪机旁箱、穿水机旁箱、夹送辊、吐丝机及吐丝机旁箱;
3、A线和B线的3#飞剪各自采用1台S7-300PLC选用CPU315-2DP,控制范围:
3#飞剪及碎断剪;
4、A线和B线的散冷及收集各自采用1台S7-300PLC选用CPU315-2DP,带本柜扩展,控制范围:
散冷操作台(包括保温罩)、集卷操作台、散冷风机机旁箱、佳灵装置、辊道变频、风机软起动及现场比例阀控制。
4.1.3.上位机工作站HM1
本方案配置轧线上位机2台,精整上位机2台,主电室上位机1台,配有上位机台,采用WinCCV6.0软件,具有实时监控、历史趋势图和报表、故障信息报警等功能以及良好的人机界面、丰富的图形库、过程控制功能块和数学函数等编程手段。
性能指标
✧研华工控机
✧CPUP4/2.4GHz
✧内存512MB
✧硬盘80GB
✧操作系统Windows2000
✧图形软件WinCCV6.0
✧网络接口以太网卡
✧CRT21英寸显示器
功能
✧轧线程序表、水冷程序表管理,包括轧机速度设定及轧机参数修正。
✧轧线轧制数据及状态画面显示。
✧电气系统原理单线图,模拟轧线状态监视画面。
✧故障诊断报警与记录及画面显示,按月报统计事故及打印。
✧物料跟踪。
✧生产记录、报表统计、打印等生产管理,进行班产、日产和月产的报表统计。
✧各网络站点的信息、状态、数据监控。
✧与其它上位机间的数据通讯
✧动态曲线或图形显示。
✧历史记录查询。
✧其它与轧制相关的信息。
4.2.基础自动化及过程自动化系统控制功能
在主操作室对主辅传递电动机进行单机合分闸、起停车、正反爬行以及联合起停车、事故急停操作等。
粗轧机组机架间、中轧机组机架间、预精轧机组机架间,精轧机组机架间当某个机架的速度发生变化时,按逆调方式使上游机架间均按速度变化量相等同时进行调节,即保证按轧钢工艺金属秒流量相等原则轧制。
当某两个机架间出现堆拉关系时,操作人员可手动操作上游机架的联调开关,干预与下游机架间的速度分配,而不影响上游所有机架间的堆拉关系。
级联控制超限,有报警指示。
微张力控制的主要目的是为了对轧件尺寸太大或者机架间距离太短而无法形成活套的机架,能获得机架间轧件的最小张力。
一般通过轧机电流记忆法间接实现。
4.2.4.飞剪的切头、尾及事故碎断
当飞剪前热金属检测器检测到红钢时,相邻上游机架脉冲码盘开始计数,当达到切头设定长度时,启动飞剪加速到设定速度时进行切头,然后降速并快速回到初始位置。
当飞剪前热金属检测器检测到抛钢时,又启动飞剪进行切尾。
轧线出现事故时,手动或自动启动飞剪连续运转,进行碎断剪切。
4.2.5.活套高度自动控制
为了保证中轧后机架间实现无张力轧制,设立立式活套控制。
通过活套扫描器对套高实际位置检测,与设定高度比较,由PLC和传动系统完成套高自动闭环控制,最终让活套稳定在设定高度。
4.2.6.咬钢检测
PLC从传动系统取出轧机的轧制或空载电流信号并结合现场热金属检测器信号,采取一定的抗干扰措施,便可得到各机架的有钢或无钢信号,进行咬钢检测。
完成电机动态速降补偿、微张力控制和活套起落控制。
4.2.7.堆钢检测
根据咬钢检测,再结合轧机运行状态以及咬钢计时,在一定的时间内,没有检测到轧件,则认为堆钢了。
此时,启动相应飞剪进行事故碎断。
4.2.8.速度设定的自适应控制
在开始几根钢轧制时,由于设定速度误差,料型分配及调整不佳或受温度影响,需要操作工进行较大联调干预。
此时如果认为调整的轧制速度合适,便可通过操作台一开关或上位机键盘操作,把联调干预量补到设定速度中,清除联调量(保证联调调节量不被占满),即自动按合适的实际速度设定设定速度,实现速度设定的自适应控制。
该功能可减少手动修改设定速度的时间。
4.2.9.冲击补偿控制
电气传动系统在突加额定负载时产生的动态速降,在设备咬钢时影响轧机间设定的正确的速度关系,使机架间产生轧件堆拉。
另一方面,一定量的动态速降有助于机架间的活套形成。
可在PLC和传动系统中进行适量动态速降补偿,以消除动态速降的不良影响。
4.2.10.夹送辊控制
根据轧制规格不同,在线材在精轧机组中和出精轧机组后,进行全程夹送或夹尾控制。
加紧、放松控制为自动逻辑时序控制。
夹送辊的设定速度通过网络按一定比例自动跟随精轧机组速度。
线材未出精轧机组时,夹送辊按最小力矩控制;
线材尾部离开精轧机组后,夹送辊要进行调速控制,消除抛钢速度升,保证线材全长通过精轧机组,并顺利进入吐丝机。
尾部夹送:
一般用于不需要使用夹送辊来保持轧件在水箱中张力的场合,夹送辊用来获得较好的尾部控制。
其动作过程为:
当轧件尾部到达2#飞剪前HMD时,夹送辊闭合;
当轧件尾部到达夹送辊时,夹送辊打开。
头尾夹送:
一般用于轧制螺纹钢产品。
夹送辊用于防止堆钢,并获得较好的尾部控制。
当轧件头部到达夹送辊时,夹送辊闭合;
闭合一定时间(由工艺决定)后,夹送辊打开。
当轧件尾部到达3#飞剪前HMD时,夹送辊闭合;
全长程送:
这种方式用来确保轧件通过水箱时保持一定的张力,并获得较好的尾部控制。
夹送辊尾部控制包括尾部减速和尾部加速两种情况。
尾部减速:
用于小直径、高速产品,以利于保持或减小轧件尾部出吐丝机的线圈直径。
减速率由操作站设定。
尾部加速:
用于大直径、低速产品,为轧件尾部离开吐丝机提供足够的能量。
一般当轧件尾部到达精轧机最后机架时,夹送辊加速。
加速后的输出速度由操作站设定,由计算机自动计算加速度,以保证轧件尾部到达夹送辊时,刚好达到设定的输出速度。
当轧件尾部到达夹送辊时,关闭尾部加速功能。
4.2.11.吐丝机控制
吐丝机的设定速度通过网络按一定速度比例自动跟随精轧机组速度。
速度比例的大小,决定在斯太儿摩冷却线冷却辊道上形成盘卷尺寸的大小。
正在形成的盘卷尺寸是从最小直径到最大直径变化的,盘卷直径的变化率是一个常数,或随锯齿模型变化。
吐丝机头部定位控制:
为了避免成品线材经过吐丝机,头部很容易栽到斯太儿摩冷却线冷却辊道的辊缝之间,造成辊道卡线,并使传动电机过流跳闸,必须对吐丝机进行定位控制,使线材头部经过吐丝机时,按给定位置从吐丝管出来。
通过吐丝机前的热金属检测器检测线材头部,用修正精轧机组前飞剪剪切长度或改变吐丝机速度的方法可实现吐丝机头部定位控制。
吐丝机速度摇摆控制用于大直径轧件,其实现方式是在吐丝机原有速度设定值上叠加锯尺波形的速度附加设定值,从而使得线卷直径发生变化以利于集卷。
速度附加值的范围为吐丝机原有速度的-5%~+10%。
轧件头部到斯太尔摩运输线后,启动吐丝机摇摆速度;
轧件尾部到达斯太尔摩运输线之前,取消吐丝机摇摆速度。
当轧制大直径产品时,吐丝机与夹送辊一起尾部加速,为轧件尾部离开吐丝机提供足够的能量。
4.2.12.精轧机组前后冷却水控制及冷却设定与管理
根据工艺要求,把冷却参数设定储存在程序表中。
包括水冷箱的选择,水冷量的选择,不经冷却的头尾长度等。
根据给出的冷却程序表来控制冷却水量的大小。
根据轧件跟踪信号,按顺序开关冷却水阀,即与轧件同步控制。
上位机可进行修改、显示和管理。
4.3.直流传动部分
本方案中直流传动系统采用以西门子6RA70为核心组成调节部分,以进口生产线生产的大功率晶闸管为核心组成功率部分,二者通过可靠的嫁接技术共同组成电机的调速装置,这样的装置性能可以达到国外先进水平,而价格却不贵,具有很高的性能价格比。
4.3.1.主轧机传动
粗、中轧机传动控制为磁场可逆,予精轧机传动控制为电枢可逆,精轧机传动控制为电枢可逆,均采用以西门子6RA70为核心组成调节部分,以进口生产线生产的大功率晶闸管为核心组成功率部分,二者通过可靠的嫁接技术共同组成电机的调速装置,这样的装置性能可以达到国外先进水平,而价格却不贵,具有很高的性能价格比。
预精轧采用可逆系统有利于活套快速调节,精轧采用可逆系统有利于系统快速停车。
调节功率柜
▪柜内以1台6RA7018全数字装置为核心,实现电动机调速控制。
通过CBP通讯板上网,参与网络控制和活套闭环调节;
▪柜内的S7-200用于完成单机本身联锁与逻辑控制部分,与6RA70实现USS串行通讯,且信号通过总线上网,参与网络控制实现电机逻辑控制;
▪电动机励磁的调节部分和功率部分也在此柜中。
调节部分仍由6RA70来完成;
功率部分采用进口可控硅、二极管模块和散热器,额定励磁电流可达100A;
▪6只(可逆系统12只)大功率晶闸管组成整流系统,拥有RC吸收和快熔保护,单台额定电流设计为1000A-3000A,,过载能力为额定电流2倍一分钟,完全可以满足电机需求和生产的要求。
进线柜
三相交流进线及保护,内装ME断路器,并装有压敏电阻,以吸收交,直流侧的过电压,保护
整流装置和电动机,成组供电系统增设进线电抗器。
注:
进线柜与调节功率柜之间,我公司直接配备三相交流母排,增加了供电的可靠性,减少了甲方的电缆及辅材投资,减少了柜间连线的烦琐。
4.3.2.轧线辅传动控制
飞剪、吐丝机控制同主轧机,采用6RA70扩容方式,电枢可逆;
碎断剪控制同主轧机,采用6RA70扩容方式,电枢不可逆;
夹送辊采用西门子原装装置,电枢可逆。
4.3.3.飞剪自动控制
1#和2#飞剪控制系统相同,由基础自动化PLC(CPU416)、直流传动系统、检测设备组成;
3#飞剪控制系统由基础自动化PLC(CPU315)、直流传动系统、检测设备组成;
本方案选择网络控制,飞剪直流传动系统为四象限可逆运行,非独立弱磁,脉冲编码器速度反馈;
采用西门子6RA70装置作为调节回路的核心,构成闭环调速系统;
励磁采用单相半控桥、配以励磁进线电抗器;
主回路采用公用整流变压器进线、配以ME开关,设有阻容吸收、压敏电阻过压保护、进线电抗器。
飞剪定位通过6RA70的开发功能测量飞剪旋转电角度来完成,飞剪的定长通过西门子高速计数器测量飞剪相邻上游机架(可选择)旋转的转数与热检检测相结合的方法完成;
热检采用特殊部件;
PLC按中断方式工作,PLC设有剪切长度自校正算法,可在测算剪切长度的基础上,使切长误差减小。
1#飞剪共2台,A线和B线各1台,由1#PLC控制,西门子FM450有2个高速计数通道,每个通道控制1台飞剪;
2#飞剪共2台,A线和B线各1台,由2#PLC控制,西门子FM450有2个高速计数通道,每个通道控制1台飞剪;
3#飞剪共2台,A线和B线各1台,分别由3#、4#PLC各控制1台,西门子FM350只有1个高速计数通道,独立控制1台飞剪。
实现功能
✓切头功能
✓切尾功能
✓事故碎断功能
✓单剪切控制
✓就地点动控制
✓能够与主轧线HMI通讯,实现有关参数的设定与监控。
✓飞剪所需的HMD、地面站、上位机画面等所有软、硬件都包括在内
4.3.4.电机温度检测
电机温度检测的信号通过温度巡检仪检测,设有电机过热监测及报警。
4.4.交流电机控制
4.4.1.变频控制
散冷辊道交流调速电机采用MM440变频器单独控制,在上位机画面上可以直接输入辊道线速度,同时在操作台
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- 双线 电气 自动化 技术 方案