徐利君

（江蘇蘇鋼集團(tuán)有限公司棒材廠）

摘　要：江蘇蘇鋼集團(tuán)有限公司810棒材軋機(jī)在改造過程中采用了西門子的交直流傳動(dòng)裝置、PLC技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線和工業(yè)組態(tài)軟件等，使改造后的軋機(jī)系統(tǒng)滿足了適用性、可靠性，提高了操作、維護(hù)的方便性，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制的精度，從而達(dá)到了本次改造的目的。

關(guān)鍵詞：棒材；軋機(jī)；西門子技術(shù)；改造

0　引言

江蘇蘇鋼集團(tuán)有限公司棒材廠810棒材軋機(jī)，系引進(jìn)于1980年在英國(guó)Brymbo鋼廠建成投產(chǎn)的的二手設(shè)備，蘇鋼于2006年恢復(fù)建設(shè)該生產(chǎn)線，并以此為契機(jī)，對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線存在的問題進(jìn)行適當(dāng)改造，以達(dá)到順利生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的目的。

該軋制線主要Φ810mm二輥可逆式粗軋機(jī)、Φ810mm二輥可逆式中軋機(jī)、Φ670mm二輥不可逆精軋機(jī)、軋后設(shè)有兩條鋸切線、兩套翻轉(zhuǎn)式冷床、鋼坯收集臺(tái)架等組成。

由于整個(gè)軋制區(qū)和熱鋸區(qū)設(shè)備的原傳動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)系上世紀(jì)七十年代末的技術(shù)和產(chǎn)品，存在著控制精度差、無備件、維護(hù)困難等一系列問題，因而有必要在此次恢復(fù)過程中對(duì)其升級(jí)改造。本次改造通過選型對(duì)比選用了西門子的交直流傳動(dòng)裝置、PLC技術(shù)、Profibus現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線技術(shù)和WinCC工業(yè)組態(tài)軟件等，本文對(duì)其應(yīng)用情況作簡(jiǎn)單的介紹。

1　傳動(dòng)技術(shù)

1.1 輔助直流電機(jī)調(diào)速裝置 軋制區(qū)的輥道、機(jī)械手、壓下裝置，以及熱鋸區(qū)的定尺擋板、冷床、冷床輸入鏈等都由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，選用SIMOREG 6RA70系列全數(shù)字控制整流裝置，其具有結(jié)構(gòu)緊湊，方便組柜節(jié)省占地面積。裝置本身帶有參數(shù)設(shè)定單元，不需要其他的任何附加設(shè)備即可完成參數(shù)的設(shè)定，所有的控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視及附加功能都由微處理器來實(shí)現(xiàn)，具有自適應(yīng)Z佳傳動(dòng)控制功能，達(dá)到Z優(yōu)化的方式運(yùn)行。具有強(qiáng)大的保護(hù)功能：過流、斷流、過壓、欠壓、超速、缺相、斷電、失磁、測(cè)速機(jī)斷線、堵轉(zhuǎn)、電機(jī)過熱等等，以及綜合的自保護(hù)功能。標(biāo)準(zhǔn)的Profibus接口，傳輸速率快，可通過Profibus-DP傳到PLC系統(tǒng)，并將有關(guān)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，如電流、速度、溫度數(shù)據(jù)、變化趨勢(shì)曲線及報(bào)警信號(hào)集成到主控室MMI畫面，實(shí)現(xiàn)在MMI畫面集中操作、監(jiān)視和啟動(dòng)。

1.2 粗、中軋機(jī)直流主傳動(dòng)

粗、中軋主傳動(dòng)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其功率分別高達(dá)3000kW和2000kW，分別由容量為4800kVA、3200kVA的三繞組整流變壓器供電。兩套傳動(dòng)裝置的配置和控制原理基本相同，都由整流變兩副邊繞組分別經(jīng)由兩臺(tái)6RA70控制的大功率SCR可逆整流橋整流后并聯(lián)給電機(jī)電樞供電，滿足大容量電機(jī)功率要求和過載能力。兩臺(tái)主控6RA70配置SIMLINK網(wǎng)，主從工作，完成裝置間的電流平衡。同時(shí)6RA70通過配置的Profibus-DP接口，與軋線主控PLC系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)交換數(shù)據(jù)。

1.3 變頻調(diào)速裝置

軋線上交流調(diào)速輥道電機(jī)控制系統(tǒng)采用集中整流單元+公共直流母線+逆變器+制動(dòng)電阻的方案，逆變器選用西門子公司具有矢量控制功能的6SE70系列，采用公共直流母線結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制。這種方式具有較高的性能價(jià)格比，在保證性能的前提下，可有效地節(jié)省投資費(fèi)用，而且在運(yùn)行過程中由于逆變器可將再生電能送回直流母線，可達(dá)到節(jié)能的效果，降低運(yùn)行費(fèi)用。裝置還提供了完備的監(jiān)控保護(hù)與故障自診斷功能，通過Profibus-DP接口與上一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)相連接，進(jìn)行集中操作控制，監(jiān)控，參數(shù)的設(shè)定和各種信息的交換。

2　基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

基礎(chǔ)自動(dòng)化由軋制區(qū)1#主PLC（S7-400）、熱鋸區(qū)2#主PLC（S7-400）組成，二套PLC通過Ethernet連接，達(dá)到資源共享，快速交換數(shù)據(jù)的控制目的。主PLC中配置Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)接口，其中主PLC通過1#Profibus-DP網(wǎng)與各操作臺(tái)、箱、站內(nèi)的ET200M相連，通過網(wǎng)絡(luò)收集或發(fā)出各種反饋、操作及執(zhí)行信息。另有2#Profibus-DP網(wǎng)與傳動(dòng)系統(tǒng)中各傳動(dòng)裝置配備的CBP通訊板連接所有傳動(dòng)數(shù)控裝置，用以控制各區(qū)相關(guān)的電氣傳動(dòng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)快速傳遞數(shù)據(jù)的目的。

1#主PLC（軋制區(qū)）共配有5個(gè)ET-200遠(yuǎn)程站，分別放于粗軋機(jī)前操作室、粗軋機(jī)后操作室、精軋機(jī)操作室、1#油站和2#油站內(nèi)，用于連接相應(yīng)區(qū)域的各種信號(hào)。

1#主PLC控制內(nèi)容主要有：粗、中、精軋機(jī)組入口＼出口輥道的啟停及速度控制；粗、中軋機(jī)組入口＼出口的翻鋼機(jī)、移鋼機(jī)的動(dòng)作控制；粗、中軋機(jī)組間T1、T2移鋼機(jī)的控制；精軋主電機(jī)控制；粗、中、精軋機(jī)組輥縫的控制；軋制區(qū)域的液壓站、潤(rùn)滑站、干油站、風(fēng)機(jī)和水泵等的控制等等。

2#主PLC（熱鋸區(qū)）共配有10個(gè)ET-200遠(yuǎn)程站，分別放于冷床區(qū)操作室、1#線鋸區(qū)操作室、2#線鋸區(qū)操作室、T3/T4/T5操作室、E5主電室、鋸區(qū)液壓站、下料區(qū)液壓站、T7T8液壓站等，用于連接相應(yīng)區(qū)域的各種信號(hào)。

2#主PLC控制的主要內(nèi)容：兩條鋸切線輥道的啟停及速度控制；熱鋸電機(jī)的控制；鋸區(qū)和冷床區(qū)液壓站、潤(rùn)滑站、干油站的控制；冷床輸入、輸出、連接輥道的控制；T3、T4、T5臺(tái)架輸入輥道的控制等等。

3　過程自動(dòng)化系統(tǒng)

過程自動(dòng)化系統(tǒng)的上位機(jī)由五臺(tái)HMI（人機(jī)接口操作站）、一臺(tái)工程師站組成，其中HMI1～HMI5分別放置于：粗軋機(jī)前操作室、中軋機(jī)前操作室、精軋機(jī)操作室、熱鋸操作室和冷床操作室。

HMI、工程師站系統(tǒng)均配以西門子WinCC 6.0工業(yè)組態(tài)軟件，該軟件功能強(qiáng)大，性能可靠，這一運(yùn)行于Microsoft Windows 2000或XP下的Windows控制中心，已發(fā)展成為業(yè)界遵循的標(biāo)準(zhǔn)，開放的系統(tǒng)內(nèi)核集成了所有SCADA系統(tǒng)功能。棒材廠軋線的人機(jī)接口（HMI）系統(tǒng)通過以太網(wǎng)相互之間連接，并與基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)連接，具備友好的圖形化界面。主要功能包括：參數(shù)設(shè)定、設(shè)備控制、狀態(tài)顯示、事故報(bào)警、故障診斷、趨勢(shì)分析六大類。基本的參數(shù)設(shè)定有：各軋機(jī)速度、定尺長(zhǎng)度、軋輥直徑、延伸率、原料成品規(guī)格、拋鋼速度、壓下量、各種限幅報(bào)警值設(shè)定等。

4 通訊網(wǎng)絡(luò)

4.1 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)-Profibus 

基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)與各傳動(dòng)系統(tǒng)之間的設(shè)定值、指令和數(shù)據(jù)均通過PLC機(jī)架裝配的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行傳送，提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度。

在現(xiàn)場(chǎng)I/O比較集中的地方均設(shè)有ET200M遠(yuǎn)程站，通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)化分布式控制，能夠有效地減少項(xiàng)目的投資和現(xiàn)場(chǎng)施工量，增加系統(tǒng)的可靠性，方便現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活先進(jìn)，符合控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)的特征。

4.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)級(jí)-Ethernet

以太網(wǎng)作為連接操作員站、工程師站和自動(dòng)化系統(tǒng)站的系統(tǒng)總線，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)與過程自動(dòng)化系統(tǒng)之間及基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)各PLC之間的數(shù)據(jù)通訊，以太網(wǎng)在物理層上采用高防護(hù)等級(jí)的通訊線纜及光纖傳輸，提高了通訊的安全可靠同時(shí)保證了高速的通訊速率。在主控室、操作臺(tái)站點(diǎn)集中的地點(diǎn)設(shè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成交換式快速以太網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)效率與網(wǎng)絡(luò)帶寬，同時(shí)方便移動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和二級(jí)（生產(chǎn)）管理系統(tǒng)的接入。

5　結(jié)束語

由于本次改造充分運(yùn)用了西門子的交直流傳動(dòng)裝置、PLC技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線和工業(yè)組態(tài)軟件等技術(shù)，使改造后滿足了軋機(jī)系統(tǒng)的適用性、可靠性，提高了操作、維護(hù)的方便性，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制的精度。自改造后投運(yùn)至今，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)達(dá)到并超越了原設(shè)計(jì)功能，安全可靠，能確保設(shè)備連續(xù)、可靠運(yùn)行，滿足高效、有序地組織生產(chǎn)的要求，從而達(dá)到了本次改造的目的。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：徐利君（1965-），男，江蘇蘇州人，江蘇蘇鋼集團(tuán)有限公司棒材廠，工程師，主要從事電氣自動(dòng)化技術(shù)。

（來源：中小企業(yè)管理與科技）