热轧机压下系统的技术改造方案
2010-11-30
作者：康玉栓
一：概述
东北轻合金有限责任公司根据市场需求，决定对热轧机进行技术改造，增大轧机的开口度，由原来的300mm增加到400mm，同时改造原有的液压压下系统，液压压下电控系统，从而改善热轧机的性能，提高产品的品种、质量。
二：原系统的工作特点
热轧机原压下系统分为电动压下和液压压下两部分。
电动压下采用多挡速控制的直流电动机完成。液压压下为液压伺服系统，由于原系统的缺陷，实际生产中，液压压下系统只用于辊缝调偏，没有用于压下的控制。因此，原热轧机压下系统实际上仅仅是电动压下螺丝的定位控制系统。产品的的质量受到了限制。
另外，热轧机的自动控制功能存在问题，不能投入使用，生产中完全靠操作工人工操作设定辊缝，劳动强度大，人为因素影响大，厚度控制效果也不好。
三：技改所要解决的问题
增加热轧机的开口度，提高轧下量，增加产品品种
改造液压伺服系统，提高板带厚差控制精度
完善自动控制功能，提高工作效率，降低劳动强度。
提高电气系统的技术水平，提高稳定性。
四：技术改造的指标
1） 轧制力：2100T
轧制速度：0.5-3M/S
轧制开口度:400mm
2）产品
板厚：5-100mm
板宽：640-1750mm
纵向厚差：0.15mm（板厚5.5～10mm时）
0. 20mm（板厚10～20mm时）
五：电气控制系统的设计介绍
1：压下螺丝
电动压下为两台直流电动机，操作侧（WS）、传动侧（DS）各一台，两台电机均配用自己的直流调速系统。两台电机之间配置有离合器，可控制两侧压下螺丝单动或联动。
本设计中，压下螺丝控制部分不做改造。
为了提高电动压下系统的控制精度，新增加了两个长程位移传感器，用于检测压下螺丝的位移，使压下螺丝能够准确停位。该位移传感器为MTS，行程520mm，输出0～10VDC，分辨率：无限（取决于控制器D/A）；重复精度：满量程±0.001%；环境温度：-40～+85°C。
2：液压控制系统
本设计配合液压伺服系统的改造，新设置了液压站，为液压伺服缸提供动力。
两侧的液压缸各配置一个伺服阀，控制液压缸的升降，同时，配置有两个压力传感器检测液压缸的压力，用于轧制力的控制。
另外，在两侧的油缸内还分别安装了两个位移传感器，以检测油缸的行程。
压力传感器：0～+10V/0～315bar 力士乐
位移传感器：电源24VDC，输出0.1～10VDC,行程50mm；分辨率：无限；
重复精度：2.5um。 TL1
3：操作设备
本设计对原操作台进行改造，增设相应的操作开关，按钮，指示灯等，以实现新系统的功能。
另外，在操作台上设置LED显示屏，显示设定的压力、位移数据和实测的位移、压力数据。同时，同时操作台上安装工控机，以动态流程图形式显示工艺过程参数，并提供相应的参数设置和调用功能。
4：PLC控制系统
热轧机控制系统是一个以施耐得Quantum PLC为核心的数字化控制系统，该系统配置一个Quantum PLC控制站和一个远程I/O控制站，与一台研华工控机构成通讯网络。工控机作为上位机用于轧机工作的监控、轧制表的增补、修改和调用。
在Quantum PLC控制站还配有一台人机介面，用于系统的故障报警和再启动，及参数的设置，状态查询等。
根据101热轧机的工艺要求，选择高性能的Quantum PLC CPU 140CPU43412，速度0.1～0.5MS/K，模拟量输入模块选择140AVI03000具有16位的分辩率，模拟量输出模块140AVO02000具有12位的分辨率，完全满足热轧机的压力、位移精度要求。
另外，考虑到热轧机较高的轧制速度，因此，要求系统的响应要足够的快，考虑到PLC 之A/D与D/A的转换时间。本设计特别配置了力士乐的模拟放大板VT-SWKA-1-1X/V0/01及VT-SR2-1X/1-60构成系统的的外部闭环控制系统，以提高系统的响应速度。这也是本系统的独特之处。
5：系统的功能
本系统具备丰富的监控和报警功能，上位机上的动态流程画面和操作窗口画面均有操作和报警指示。并有中文指示和数据或棒图显示。自动弹出窗口及时显示出不同的操作画面和状态查询画面，方便操作者进行故障处理和查询。
当有故障发生时，系统自动把所有当前工况参数存盘，并登记当前所发生的所有报警信息，按报警级别排队，然后，自动进行报警处理。同时动态流程画面移动到第一个报警位置，并以文字及闪光方式指示报警，同时辅以声音提示。
操作者可按键查询其他报警信息。所有报警信息处理完毕后，按复位键清除报警，系统恢复正常工作状态。
6：基本控制功能
1） 辊缝自动控制
辊缝控制采用P-AGC控制方式，辊缝设定中先考虑一个较为合理的弹跳补偿量（来自轧制表），轧制过程中以头部所测的压力为基准值，按照ΔP方式作弹跳补偿，保证同板厚差的要求。
2） 压力控制APC
APC为自动压力闭环控制，主要用于对产品板形修正。
3） 调偏控制
辊缝控制过程中，通过调整差值给定，调节WS与DS侧的辊缝偏差，纠正板带跑偏。
4） 差压控制
压力控制过程中，操作人员可通过调整差值压力给定，调节WS与DS侧的压力偏差，纠正板带跑偏。
5） 轧制表功能
轧制表是实现自动运行的基础，轧制表中有道次号码、道次压下值、道次轧制力、辊缝/压力控制方式等信息。该表可由工艺人员编制和修改，由操作人员调用。
6） 调零及刚度测试
7） 极限保护
在辊缝控制时，如果轧制力超过保护值，则自动切换到压力控制，限制最大压力。在压力控制时，如果辊缝超过允许值时，则自动切换到辊缝控制，限制最大辊缝值。
7：软件的设计
恒压控制压力给定框图
六：结论
101热轧机经过技术改造后，运行稳定。各项技术指标达到要求，产品品种增加，质量提高经过一年多的生产产生了很好的经济效益。
参考文献：
Modicon TSX Quantum自动化系列产品目录
Modicon TSX Quantum硬件手册
Modicon Modbus Plus Planning and installation Guide
VT-SWKA-1-1X/V0/01及VT-SR2-1X/1-60样本
作者简介：
康玉栓，1986年毕业于河北煤炭建筑工程学院自动化专业。现从事工业自动化行业。