概況 

    濟源鋼鐵公司高速線材車間為全連續式高速線材車間，設計速度為 100m/s，設計產量為35萬噸/年，原料為150x150x9000連鑄坯。產品尺寸為圓鋼∅5.5~16mm；螺紋鋼∅8~14mm。該生產線是我國自行設計、制造、調試的高速線材生產線，代表國內的最高水平。 

    本系統控制范圍包括加熱爐區、粗軋區、中軋區、預精軋區、預水冷段、精軋區、水冷段、夾送輥吐絲機區。 

    系統結構 

    濟源高線基礎自動化控制系統采用以 PLC為核心的三級網絡結構，見圖1。PLC機型采用GE90-70。HMI操作站采用 GE CIMPLICITY 人機接口系統。監控網采用通用以太網，連接 PLC與各 HMI操作站系統，用于傳輸人機接口(HMI)的監控操作信息并可通過該網進行 PLC 編程監控。由PLC下掛的傳動級網絡采用 ProrfiBus DP，連接各個直流傳動裝置和變頻器。現場總線采用 GENUIS，用于連接分散 I/O 系統及PLC之間的通訊。 基礎自動化的所有控制功能集中在PLC內完成，各傳動裝置作為控制系統的執行機構按照 PLC系統的指令控制軋機速度。全線通過配備三級自動化網絡，相互通訊、資源共享、并行運算、形成集中管理分散控制的自動化系統。由于控制分散，可靠性增強，局部設備的故障不影響全局，而監控集中，則可使操作及管理人員掌握全局。 

    GE90-70 PLC 

    對軋機基礎自動化系統來說，GE90-70PLC能滿足各種復雜的、高速的實時控制要求，且具有很高的可靠性及性能價格比。 

    監控網絡 

    系統采用 TCP/IP 以太網通訊網絡進行監控計算機 HMI 與 PLC控制器之間的數據傳遞，信號聯絡和通訊 

    傳動網絡 

    系統采用 Profibus DP 網絡進行PLC控制器與各直流傳動之間的通訊。該網絡為西門子傳動產品的專用配套網絡。  

    現場總線 

    系統采用 GENUIS 網絡作為現場控制總線，主要用于分散 I/O 系統及進行 PLC控制器之間的通訊。該網絡為GE 公司 PLC產品及傳動產品的專用配套網絡。 

    監控系統 

    HMI操作站 

    主操作人員與軋機控制系統交換信息的主要界面為 CIMPLICITY HMI人機接口系統，系統為全中文界面，彩色圖形畫面顯示。本系統選用三套 CIMPLICITY HMI人機接口計算機，一臺作為服務器，另兩臺作為客戶機。三套系統的界面完全相同，便于電氣人員的檢修與維護。在服務器上操作人員可完成如下所述的所有功能；在客戶機上操作人員可完成除“設定”外的所有功能，即僅可監視而無權操作和設定軋線系統。該系統主要功能劃分為以下幾大類: 

    (1)設定： 

    通過軋制程序表進行軋線設定數據的編制、修改、存儲、檢索、下裝、上裝。在生產過程中通過部分操作畫面來修改那些要經常修正的參數。 

    (2)監控： 

    軋線工藝概況及軋線設備運行數據的顯示。利用棒形圖顯示整個主傳動電機的轉速和電流的百分比。利用數據表顯示各機架在軋制過程中的各種參數。 

    系統運行模式及控制功能的選擇及狀態顯示。 

    液壓站、潤滑站等輔助設施的運行狀態顯示。 

    (3)分析： 

    軋件跟蹤信號顯示畫面，用于檢驗各機架咬鋼情況及頭尾跟蹤系統工作狀況。 

    各熱金屬檢測器、活套掃描器的診斷畫面，分析軋線各種檢測元件的的工作狀況。 

    (4)診斷系統： 

    利用診斷系統可方便地查找合閘條件、運行條件、過鋼條件的每一個環節。診斷信息按層次分類，不同的狀態顯示不同的文字和顏色。 

    (5)報警系統： 

    故障報警信息自動登錄。 

    事故及報警信息在報警畫面中顯示，有報警發生時間，持續時間，物理名稱，報警等級，報警信息中文說明等信息。 

    直流傳動故障代碼可在此畫面中查到具體含義。 

    CP2 集中操作臺 

    生產過程中需要快速反應或頻繁進行的操作通過 CP2集中操作臺實現，這類操作有: 

    各區域的正常“起/停”操作。 

    全線的快速、緊急停車。

    軋機的手動調速。 

    夾送輥夾送方式的選擇。 

    卡斷剪的操作 

    輥道及其它運送設備操作 

    就地操作箱 

    系統設有必要的就地操作臺箱設備。用于軋機換輥、檢修、點動、冷卻水閥的就地開關和保護罩的開閉等操作。 

    系統主要控制功能 

    軋機的起動和停止:     

    全線軋機分成粗軋區、中軋區、預精軋區、精軋區、吐絲機夾送輥區，以區域為單位分別控制軋機正常起動和停止。每個區域正常的啟車、停車通過CP2 主操作臺上相應區域的“啟動/停止”按鈕實現。當軋線出現故障，未能實現自動停車，可通過 CP2 主操作臺上該區域的快速停車按扭或就地操作箱上的快速停車按鈕進行該區域的快速停車。當網絡出現故障，快速停車無效時可通過CP2上的全線緊急停車按鈕直接分閘停車。為減少軋線起動對設備及電網的沖擊，軋線各傳動裝置按一緩慢斜率逐漸加速到設定速度，系統設定正常起停10s、快速停車3s達到速度給定的100%。 

    軋線速度級聯系統 

    本系統通過速度設定級聯及自動調節級聯相結合的方式為軋線各機架的速度提供速度給定。其中速度設定級聯即通過確定軋線基準速度（本系統采用精軋機出口速度）和各機架延伸率來確定各機架的設定速度；自動調節級聯是指定用活套調節器或微張力調解器產生的速度修正率，通過級聯的方式對各機架的速度進行修正。為保證精軋出口速度的穩定，本系統的級聯方向為逆軋制方向即從精軋機開始向軋線上游級聯。由速度設定級聯及自動調節級聯綜合產生各機架線速度給定，再根據對應機架的工作輥徑及減速機速比等折算為電機軸轉速，然后線性變換為速度給定信號，通過實時通訊網絡由PLC送給主傳動速度調節系統。 

    機架間速度關系的手動調整 

    當設定速度偏差過大，超過機架間自動調節系統作用范圍（5%）；或機架間自動調節系統關閉時，操作人員可對任一相鄰機架的速度關系進行手動調整，消除機架間的堆鋼和拉鋼現象。手動干預直接作用于速度設定級聯系統，修改機架的延伸率。 

    微張力自動控制 

    本系統的前 12個機架采用微張力控制，設有微張力調節器，其作用是根據檢測的張力大小偏差產生速度修正信號，調整機架速度以維持張力值不變。從而實現其前后機架間的速度匹配以保證產品質量。系統通過檢測電機電流的大小，間接求出機架間張力的大小，通過PLC 中的微張力調節器進行控制。 

    活套自動控制 

    活套是用來檢測和調整相鄰機架間的速度關系從而實現無張力軋制的一種手段，適合于軋件截面較小的場合。活套控制分為活套調節器的控制和起套輥控制。 系統設有5 個立活套和1 個側活套， 根據活套設定高度與活套掃描器檢測的活套高度的偏差產生速度修正信號，調整機架速度維持活套高度在給定值上不變，從而實現其前后機架間正確的速度配合。各活套產生的速度修正信號，均改變其前一機架的速度，并以同樣的比率向該機架以及上游機架進行速度級聯控制，終止至本只鋼的尾部所在機架。 

    速度設定自適應功能 

    機架間自動調節級聯（活套、微張力等）產生的速度修正信號反映設定的機架間速度關系（延伸率） 的誤差。速度設定自適應系統根據穩定軋制時這一誤差的大小修正對應機架的延伸率，這樣就可以將在自動調節級聯中才能修正的誤差提前到在速度設定級聯中消除。這一修正后的延伸率將使下一根鋼到來時機架間的速度配合關系處于最佳狀態。 

    沖擊速度（動態速降）補償 

    沖擊速度補償系統于咬鋼之前在正常的軋機設定速度上迭加一速度增量，咬鋼后將上述增量撤銷，從而達到減小以致消除動態速度降影響的目的。另一方面，一定量的沖擊速度降有助于精軋機架間的活套形成，初始套量的大小可通過改變沖擊速度補償值進行控制。 

    軋件頭尾跟蹤及故障檢測 

    控制系統對軋件進行頭尾跟蹤，以產生所需的控制信號及實現協調的順序控制。頭尾跟蹤的另一目的是進行軋件故障（跑鋼）檢測并起動報警或切廢等。 

    吐絲機前夾送輥的控制 

    包括夾送輥動作時序的控制和夾送輥的張力、速度控制。 

    小結 

    本套軋線控制系統由我院電氣調試人員獨立開發，系統控制功能齊全、可靠性高，為我院創造了良好的經濟效益，確立了我院在棒線材領域國內領先的地位。

    在本套控制系統中， “軋件頭尾跟蹤”是該系統的基礎，它為軋線其它控制功能的實現提供準確的動作時間并為軋制節奏的提高提供了有力的保障。“活套自動控制”是本套控制系統的重點也是難點，最終成品的質量有賴于活套調節器的控制水平和起套輥的準確動作。“速度設定自適應功能”是本套控制系統的亮點，它根據軋制環境的變化自動修正速度設定系統，生產過程中基本上無需人工干預，減輕了工人的勞動強度，實現了真正意義的自動化。“吐絲機前夾送輥的控制”是本套系統的又一難點，精軋出口速度達 100m/s，在如此高的速度下保證夾送輥準確夾送軋件并在精軋機、夾送輥、吐絲機之間實現正常張力關系，對控制系統的快速性和準確性都是嚴峻的考驗。 





                                                                              此文摘自中國工控網