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MULPIC基础自动化控制系统功能实现

2017/3/20    来源:e-works    特约撰稿人:岳临萍      
关键字:MULPIC  冷却模式  流量控制  边部遮盖  
本文描述了MULPIC基础自动化系统(BAS)的功能要求、对MULPIC的主要功能实现及控制模式进行了详细的分析和说明。

    1.MULPIC系统功能概述

    MULPIC基础自动化系统(BAS)的功能控制是通过S7-400 PLC(MULPIC PLC)上执行相应控制程序,并通过PROFIBUS连接到远程节点。MULPIC PLC接收从MULPIC PAS通过TCP/IP连接发送的设定数据。MULPIC PAS提供以下设定值:冷却模式、每个区域的流量、水凸度阀、头尾遮盖流量及长度、框架高度位置、边部遮盖位置等。

    MILPIC PLC的主要功能有:MILPIC水冷控制、框架高度定位、边部遮挡定位、MILPIC区钢板运输及跟踪(从精轧机出口至MILPIC出口)。

    MILPIC PLC控制以下同MILPIC机配套的阀:冷却水供应阀、ULF阀(超低流量)、流量控制阀、水凸度阀、区域分隔喷嘴阀等。

    MILPIC区域接收特定的设定值,设定值根据应用的冷却类型确定。冷却类型有:DQ(直接淬火)冷却,ACC(快速)冷却或游荡冷却(DQ用于厚板)。MILPIC各区域的冷却功能为:A区=ACC及DQ操作;B,C,D区=仅用于ACC操作。ACC及DQ输水管来自不同的系统,供水压力不同。由于A区可提供ACC或DQ冷却,因此其供水线路需要根据选择的模式,同高架水箱或DQ泵相连。MILPIC PLC控制两个进水阀以实现这一功能。当选择ACC操作时,连接至高架水箱的阀打开,连接至DQ泵的阀关闭。同理,在选择DQ操作时,连接至DQ泵的阀打开,连接至高架水箱的阀关闭。

    2.操作及冷却模式

    2.1操作模式

    MILPIC基础自动化系统有两种操作模式:自动和从HMI手动。自动模式为生产模式,从MILPIC PAS接收所有设定数据。这一模式支持冷却及非冷却操作。

    手动模式为维护模式,使能MILPIC阀的手动操作。HMI控制上框架集边部遮盖单元。就地控制站可提供上框架及边部遮盖单元的手动控制。

    2.2冷却/非冷却模式

    自动模式下,MILPIC BAS可通过MILPIC PAS数据设定为冷却或非冷却模式。在非冷却模式下,MILPIC系统不冷却钢板。MILPIC PLC负责确保集管已定位并冷却,以防运输钢板造成的热损害。冷却模式支持三种冷却方式:(1)ACC快速冷却,冷却水由高架水箱提供;(2)直接淬火(DQ),冷却水由泵提供;(3)游荡冷却,钢板在MILPIC机内部游荡,延长冷却时间。

    3.上框架高度调整

    MILPIC PLC控制ABCD区的副架高度调整压下千斤顶。自动模式下,从MILPIC PAS接收上框架高度设定值,手动模式下,可从HMI或MILPIC区相邻的就地维护面板输入高度值。MILPIC PLC根据是否达到设定值位置,命令上框架高度调整电机升高或降低副架。每个压下安装有一个编码器,将实际上框架位置反馈至MILPIC PLC。

    位置控制系统预期停止的距离,并命令适当的电机在到达设定值之前停止。框架高度调整执行器连接限位开关,以探测完全升高或降低的位置。限位开关信号用于防止框架在操作极限方向的进一步运动。限位开关信号硬线连接至启动器回路并通过Profibus连接至MILPIC PLC。

    手动模式用于维护和调试。手动操作上集管在MILPIC机内部无钢板时使能。手动模式可通过精轧机主控室操作台选择。MILPIC系统选择手动模式将从MILPICPLC至精轧机主控TDC调用<MILPIC 系统未准备好>信号信息。

    手动模式下,操作工可通过精轧机主控室MILPIC HMI单独或联合调整上集管高度。轧机地板上的两个就地控制站可调整A-B及C-D区的就地上框架高度。这一操作可用于维护及错误查找。操作工必须在就地/远程换挡开关选择<LOCAL>位。MILPIC PLC将降压信号直接提供给适当的启动器。滑动接头降压,相关区域急停良好信号传送至MCC。通过就地控制站的按钮升高或降低上框架。

    4.边部遮盖位置控制

    边部遮盖只用于上集管遮盖钢板边缘的冷却。每个MILPIC冷却单元装有一对边部遮盖。每个冷却单元有2台电机,用于运行DS侧及WS侧边部遮挡螺丝。变速传动驱动的鼠笼感应电机控制每个区的传动侧的边部遮盖螺丝。同样,在工作侧,有一个鼠笼感应电机驱动。传动侧及操作侧的螺丝壳单独移动。

    4.1冷却模式

    冷却模式下,MILPIC PLC根据MILPIC PAS设定值,控制每个边部遮盖位置调整压下。MILPIC PAS为每个边部遮盖单元提供位置参考,假定钢板位于辊道中央。传动侧和操作侧的边部遮盖单的定位同步启动,使用闭环位置控制执行。边部遮盖系统使用变速电机,因此在MILPIC PLC内部执行PDI控制边部遮盖单元速度,以达到要求的边部遮盖位置。如果边部遮盖位置超出规定位置的±5mm,相应的边部遮盖对应停车。

    在MILPIC清空,从MILPIC PAS接收下一张钢板的冷却数据后,立即开始边部遮盖位置调整。边部遮盖初始调整完成信号作为指示冷却系统准备好接收下一张钢板的信号之一。

    此外,边部遮盖位置将根据钢板距中央线偏差进行调整。

    4.2非冷却模式

    非冷却模式下,边部遮盖移至完全收缩位置或停车位置,以将起端的碰撞损害降至最低。

    4.3手动模式

    手动控制用于维护和调试。边部遮盖手动操作只有在MULPIC机内无钢板时使能。可从HMI选择手动模式。选择手动模式会将<MULPIC系统未准备好>消息发送至轧机PLC。手动模式下,操作工可从HMI单独或联合调整边部遮盖位置。

    5.冷却阀控制

    5.1流量控制阀

    每个集管的水流量由一对串联的阀控制。两个阀尺寸不同,能够控制水流全范围。小阀用于控制给定限设定值以下的水流,大阀控制给定限设定值以上的水流。有两个阀限设定值,一个用于ACC操作,另一个用于DQ操作。在任意给定时间内,只能打开这对阀当中的一个来控制水流,阀的选择依据是从MULPIC PAS接收的控制信息。

    控制阀用于最大化头尾遮盖要求的动力响应,同时提供必要的流量精度。要达到以上要求,使用开环和闭环控制器。开环控制器用于初始设定及达到头尾遮盖设定值,闭环控制器使能移除任何由开环控制产生的稳定流量错误。

    5.2流量控制阀标定

    HMI对每个水流量控制阀提供标定功能。标定的目的是产生一个克服阀开口%的Kv特性。这一特性用于以上控制表,以提供线性化。

    阀流量Kv系数定义为:阀完全打开时,流经测量的水(密度为1000kg/m3)流量,压力损失0.1MPa。Kv值使用以下公式计算:

(公式)

    其中:Q=流量(m3/h);P=通过阀的压降=供应压力-集管压力;Ρ=水密度(kg/m3)。

    使能标定功能时,以2%的步长,从0%开始增大阀的开口度(%),直至最大开口的90%,自动生成上升曲线。每个步长的阀开口参考维持在一定得时间间隔(通常是5秒),接着记录实际流量,供应压力及集管压力。以2%的步长,从90%开始减小阀的开口度(%),直至最大开口的0%,重复过程以生成降低曲线。在标定结束时,程序计算并存储两条阀的开口度(%)曲线克服Kv上(开)及下(闭)方向。

    头尾遮盖操作的开环流量精度需要上升和下降曲线。上升曲线在初始阀设定时选择,在头尾遮盖操作时切换至下降曲线,以补偿阀滞后。只有带有头尾遮盖功能的区域的集管要求上升和下降曲线标定,其他集管只需上升标定曲线。

    5.3头尾遮盖(A区)控制

    头尾遮盖是一种降低头尾冷却量,防止头尾过度冷却的工艺。这一工艺仅应用于A区集管。MULPIC PAS向每个A区集管发出以下设定数据,以控制头尾遮盖。

    1)头部遮盖流量参考值;

    2)头部遮盖长度;

    3)尾部遮盖流量参考值;

    4)尾部遮盖长度。

    下面的示意图1,图2分别显示了头尾遮盖的原理及开闭环控制方法。

(图片)
图1 头部遮盖的原理及开闭环控制方法

    1)正常流量在钢板头部到达集管前20秒设定;

    2)预设头部遮盖切换至还原水流的时间。存储条件,流量控制切换至开环;

    3)头部遮盖长度通过集管后,将流量参考切换至正常流量;

    4)阀限内产生流量错误时,使用存储的条件切换回闭环控制。

责任编辑:刘春晓
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