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作者：佚名    文章来源：本站原创    点击数：    更新时间：2007-1-26

高速线材工程主轧线自动控制系统

发表时间：2006-7-25 GE Fanuc自动化公司  来源：MM现代制造

本文详细介绍了高速线材基础自动化控制系统的结构、监控系统和功能，并结合在济源钢铁公司的案例探讨了该系统在实际中的应用。

 

    概况
   
    济源钢铁公司高速线材车间为全连续式高速线材车间，设计速度为100m/s，设计产量为35万t/年，原料为150mm×150mm×9000mm连铸坯。产品尺寸为圆钢ø5.5~16mm；螺纹钢ø8~14mm。该生产线是我国自行设计、制造、调试的高速线材生产线，代表国内的最高水平。
   
    本系统控制范围包括加热炉区、粗轧区、中轧区、预精轧区、预水冷段、精轧区、水冷段、夹送辊吐丝机区。

    系统结构

    济源高线基础自动化控制系统采用以PLC为核心的三级网络结构。PLC机型采用GE Fanuc 9070。HMI操作站采用CIMP LICITY人机接口系统。监控网采用通用以太网，连接PLC与各HMI操作站系统，用于传输人机接口(HMI)的监控操作信息，并可通过该网进行PLC编程监控。由PLC下挂的传动级网络采用ProrfiBus DP，连接各个直流传动装置和变频器。现场总线采用GENUIS，用于连接分散I/O系统及PLC之间的通信。基础自动化的所有控制功能集中在PLC内完成，各传动装置作为控制系统的执行机构按照PLC系统的指令控制轧机速度。全线通过配备三级自动化网络，相互通信、资源共享、并行运算、形成集中管理分散控制的自动化系统。由于控制分散，可靠性增强，局部设备的故障不影响全局，而监控集中，则可使操作及管理人员掌握全局。

    监控系统
   
    1. HMI操作站

    主操作人员与轧机控制系统交换信息的主要界面为CIMPLICITY人机接口系统，系统为全中文界面，彩色图形画面显示。本系统选用三套CIMPLICITY人机接口计算机，一台作为服务器，另两台作为客户机。三套系统的界面完全相同，便于电气人员的检修与维护。在服务器上操作人员可完成如下所述的所有功能；在客户机上操作人员可完成除“设定”外的所有功能，即仅可监视而无权操作和设定轧线系统。该系统主要功能划分为以下几大类：

    (1) 设定
    通过轧制程序表进行轧线设定数据的编制、修改、存储、检索、下装、上装。在生产过程中通过部分操作画面来修改那些需要经常修正的参数。

    (2) 监控
    ● 轧线工艺概况及轧线设备运行数据的显示。利用棒形图显示整个主传动电机的转速和电流的百分比。利用数据表显示各机架在轧制过程中的各种参数。
    ● 系统运行模式及控制功能的选择及状态显示。
    ● 液压站、润滑站等辅助设施的运行状态显示。

    (3) 分析
    ● 轧件跟踪信号显示画面，用于检验各机架咬钢情况及头尾跟踪系统工作状况。
    ● 热金属检测器、活套扫描器的诊断画面，分析轧线各种检测元件的的工作状况。

    (4) 诊断系统
    利用诊断系统可方便地查找合闸条件、运行条件、过钢条件的每一个环节。诊断信息按层次分类，不同的状态显示不同的文字和颜色。

    (5) 报警系统
    ● 故障报警信息自动登录。
    ● 事故及报警信息在报警画面中显示，有报警发生时间、持续时间、物理名称、报警等级、报警信息中文说明等信息。
    ● 直流传动故障代码可在此画面中查到具体含义。
   
    2. CP2集中操作台

    生产过程中需要快速反应或频繁进行的操作通过CP2集中操作台实现。
   
    3. 就地操作箱

    系统设有必要的就地操作台箱设备。用于轧机换辊、检修、点动、冷却水阀的就地开关和保护罩的开闭等操作。
   
    系统主要控制功能
   
    1. 轧机的起动和停止

    全线轧机分成粗轧区、中轧区、预精轧区、精轧区、吐丝机夹送辊区，以区域为单位分别控制轧机正常起动和停止。每个区域正常的启车、停车通过CP2主操作台上相应区域的“启动/停止”按钮实现。当轧线出现故障，未能实现自动停车，可通过CP2主操作台上该区域的快速停车按扭或就地操作箱上的快速停车按钮进行该区域的快速停车。当网络出现故障，快速停车无效时可通过CP2上的全线紧急停车按钮直接分闸停车。为减少轧线起动对设备及电网的冲击，轧线各传动装置按一缓慢斜率逐渐加速到设定速度，系统设定正常起停10s、快速停车3s达到速度给定的100%。
   
    2. 轧线速度级联系统

    本系统通过速度设定级联及自动调节级联相结合的方式为轧线各机架的速度提供速度给定。其中速度设定级联即通过确定轧线基准速度（本系统采用精轧机出口速度）和各机架延伸率来确定各机架的设定速度；自动调节级联是指定用活套调节器或微张力调解器产生的速度修正率，通过级联的方式对各机架的速度进行修正。为保证精轧出口速度的稳定，本系统的级联方向为逆轧制方向即从精轧机开始向轧线上游级联。由速度设定级联及自动调节级联综合产生各机架线速度给定，再根据对应机架的工作辊径及减速机速比等折算为电机轴转速，然后线性变换为速度给定信号，通过实时通信网络由PLC送给主传动速度调节系统。
   
    3. 机架间速度关系的手动调整

    当设定速度偏差过大，超过机架间自动调节系统作用范围（5%）或机架间自动调节系统关闭时，操作人员可对任一相邻机架的速度关系进行手动调整，消除机架间的堆钢和拉钢现象。手动干预直接作用于速度设定级联系统，修改机架的延伸率。
   
    4. 微张力自动控制

    本系统的前12个机架采用微张力控制，设有微张力调节器，其作用是根据检测的张力大小偏差产生速度修正信号，调整机架速度以维持张力值不变。从而实现其前后机架间的速度匹配以保证产品质量。系统通过检测电机电流的大小，间接求出机架间张力的大小，通过PLC中的微张力调节器进行控制。
   
    5. 活套自动控制

    活套是用来检测和调整相邻机架间的速度关系从而实现无张力轧制的一种手段，适合于轧件截面较小的场合。活套控制分为活套调节器的控制和起套辊控制。

    系统设有5个立活套和1个侧活套，根据活套设定高度与活套扫描器检测的活套高度的偏差产生速度修正信号，调整机架速度维持活套高度在给定值上不变，从而实现其前后机架间正确的速度配合。各活套产生的速度修正信号，均改变其前一机架的速度，并以同样的比率向该机架以及上游机架进行速度级联控制，终止至本只钢的尾部所在机架。
   
    6. 速度设定自适应功能

    机架间自动调节级联（活套、微张力等）产生的速度修正信号反映设定的机架间速度关系（延伸率）的误差。速度设定自适应系统根据稳定轧制时这一误差的大小修正对应机架的延伸率，这样就可以将在自动调节级联中才能修正的误差提前到在速度设定级联中消除。这一修正后的延伸率将使下一根钢到来时机架间的速度配合关系处于最佳状态。
   
    7. 冲击速度（动态速降）补偿

    冲击速度补偿系统于咬钢之前在正常的轧机设定速度上叠加一速度增量，咬钢后将上述增量撤销，从而达到减小以致消除动态速度降影响的目的。另一方面，一定量的冲击速度降有助于精轧机架间的活套形成，初始套量的大小可通过改变冲击速度补偿值进行控制。
   
    8. 轧件头尾跟踪及故障检测

    控制系统对轧件进行头尾跟踪，以产生所需的控制信号及实现协调的顺序控制。头尾跟踪的另一目的是进行轧件故障（跑钢）检测并起动报警或切废等。
   
    9. 吐丝机前夹送辊的控制

    包括夹送辊动作时序的控制和夹送辊的张力、速度控制。
   
    在本套控制系统中，“轧件头尾跟踪” 是该系统的基础，它为轧线其他控制功能的实现提供准确的动作时间并为轧制节奏的提高提供了有力的保障。“活套自动控制” 是本套控制系统的重点也是难点，最终成品的质量有赖于活套调节器的控制水平和起套辊的准确动作。“速度设定自适应功能”是本套控制系统的亮点，它根据轧制环境的变化自动修正速度设定系统，生产过程中基本上无需人工干预，减轻了工人的劳动强度，实现了真正意义的自动化。“吐丝机前夹送辊的控制”是本套系统的又一难点，精轧出口速度达100m/s，在如此高的速度下保证夹送辊准确夹送轧件并在精轧机、夹送辊、吐丝机之间实现正常张力关系，对控制系统的快速性和准确性都是严峻的考验。

 

 

 

 

 

SITRANS Probe LU 一体化超声波液位计

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  • 编程可用红外手持编程器、SIMATIC PDM，或HART手操器
  • 带HART通讯
  • ETFE或PVDF传感器抗化学腐蚀
  • 专利的声智能信号处理
  • 很高的信/噪比
  • 自动虚假回波抑制技术避免固定的障碍物的影响

MultiRanger多功能物位计

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---- MultiRanger提供真双点物位测量，内置Modbus RTU数字通讯RS-485接口。使用Dolphin Plus软件，可在PC机上对其进行组态和设定。先进的声智能回波处理软件为测量提供了更高的可靠性。

---- MultiRanger 100提供物位报警、开/关和调节泵控制，是经济型产品。MultiRanger 200可监测明渠流量，有更先进的继电器报警和泵控制功能、体积转换功能。

---- 它与耐腐蚀的Echomax®超声波传感器一起使用，可用于各种严酷工况，使用温度可达145℃.

---- 产品特点

  • 内置Modus RTU,RS-485数字通讯接口
  • 可使用SmartLinx 通讯接口和Dolphin Plus组态软件
  • 双点物位监测(可选)
  • 标准配置3个继电器，可选6个继电器
  • 二个超声波传感器输入可提高信/噪比
  • MultiRanger 100：物位测量，单泵控制和物位报警
  • MultiRanger 200：物位、容积、明渠测量，物位差，先进泵控制和报警

 

工业以太网简介

----工业以太网是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网，SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。

----企业内部互联网(Intranet)，外部互联网(Extranet)，以及国际互联网(Internet) 提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u 的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。

为用户带来的利益

市场占有率高达80%，以太网毫无疑问是当今LAN(局域网)领域中首屈一指的网络。以太网优越的性能，为您的应用带来巨大的利益：

  • 通过简单的连接方式快速装配。
  • 通过不断的开发提供了持续的兼容性，因而保证了投资的安全。
  • 通过交换技术提供实际上没有限制的通讯性能。
  • 各种各样联网应用，例如办公室环境和生产应用环境的联网。
  • 通过接入WAN(广域网)可实现公司之间的通讯，例如，ISDN 或Internet 的接入。

SIMATIC NET基于经过现场应用验证的技术,SIMATIC NET已供应多于400,000个节点，遍布世界各地，用于严酷的工业环境，包括有高强度电磁干扰的区域。

工业以太网络的构成

一个典型的工业以太网络环境，有以下三类网络器件：

  • 网络部件
    • 连接部件：
      • FC 快速连接插座
      • ELS(工业以太网电气交换机)
      • ESM(工业以太网电气交换机)
      • SM(工业以太网光纤交换机)
      • MC TP11(工业以太网光纤电气转换模块)
    • 通信介质：普通双绞线，工业屏蔽双绞线和光纤
  • SIMATIC PLC控制器上的工业以太网通讯外理器。用于将SIMATIC PLC连接到工业以太网。
  • PG/PC 上的工业以太网通讯外理器。用于将PG/PC连接到工业以太网。

工业以太网重要性能

为了应用于严酷的工业环境，确保工业应用的安全可靠，SIMATIC NET 为以太网技术补充了不少重要的性能：

  • 工业以太网技术上与IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP 通讯协议
  • 10/100M 自适应传输速率
  • 冗余24VDC 供电
  • 简单的机柜导轨安装
  • 方便的构成星型、线型和环型拓扑结构
  • 高速冗余的安全网络，最大网络重构时间为0.3 秒
  • 用于严酷环境的网络元件，通过EMC 测试
  • 通过带有RJ45 技术、工业级的Sub-D 连接技术和安装专用屏蔽电缆的Fast Connect连接技术，确保现场电缆安装工作的快速进行
  • 简单高效的信号装置不断地监视网络元件
  • 符合SNMP(简单的网络管理协议)
  • 可使用基于web 的网络管理
  • 使用VB/VC 或组态软件即可监控管理网络

9.4 专用标准

9.4.1 工程设计

9.4.1.1 国家标准

表9.4.1.1 国家标准明细表

序号

标准规范名称

标准编号

级别或宜制订级别

说明

1

流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量

GB/T 2624-93

  

  

2

自动化仪表安装工程质量检验评定标准

GBJ 131-90

  

  

3

工业自动化仪表工程施工及验收规范

GBJ 93-86

  

  

 

 

 

 

 

 

 

表9.3.1