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轧钢产线预矫直机自动化控制系统功能简析(一)

2017/3/20    来源:e-works    特约撰稿人:岳临萍      
关键字:预矫直机  辊缝定位  自动控制  操作模式  
本文描述了预矫直机基础自动化系统功能要求、对预矫直机的主要功能实现及控制模式进行了详细的分析和说明。

    1.基础自动化功能概述

    预矫直机的基础自动化体系机构基于对Siemens S7-400系统的使用,PLC系统的控制有六大功能设计:主功能、辊缝定位功能、辅助系统控制功能、自动化控制功能、安全功能、管理和监控功能等。

    主功能有:电机驱动管理;加速/减速斜坡管理;头尾跟踪;停机管理(正常,快停和急停);测量数据和各传感器状态;二级参数接收和数据采集;矫直机安装配置等。

    辊缝定位功能:AGC液压缸位置控制。

    辅助系统控制功能:上压框架平衡;接轴和辊系夹紧系统;换辊系统管理;吹扫系统。

    自动化和半自动化顺序控制功能:预定位;矫直机标定;道次管理。

    安全功能:最大矫直力和扭矩下的安全功能;最大位置的安全功能;最大倾斜下的安全功能;最大斜移下的安全功能;PLC故障下的安全功能;掉电状况下的安全功能等。

    管理和监控功能:可视化/操作工对话界面HMI;通讯和报警系统等。

    2.通讯和接口

    2.1物理接口

    MCC和基础自动化系统的接口由远程I/O口硬线信号建立。电动机的控制连接到PLC,通过现场总线的DP网络的变频器进行控制和反馈。

    远程I/O口由现场总线DP网络将PLC连接到现场设备上。PLC、人机界面和L2级通过网络TCP/IP互相连接。用双绞线将硬件连接到自动化室或操作台上。L1级和轧制辊道通过现场总线DP或网络通讯进行互相通讯。

    2.2L1与L2的通讯

    L1与L2通过数据报文信息进行传送,L2向L1发送矫直机预设信号,L1向L2发送现场设备或检测元件的实际测量值和钢板的跟踪事件。

    3.矫直机操作

    3.1概述

    钢板通过辊道传送到矫直机入口侧。在钢板运输阶段,2级计算出预置数据并将其分配到1级。

    操作工确认HMI人机界面上计算出的预置数据有效。操作工也可以要求修改一组新的预置数据并重新计算。

    当矫直机准备好时,在全自动模式下,矫直序列自动开启。在自动化和半自动化模式下,操作工必须人工开启矫直顺序。矫直顺序包括:咬入、矫直、抛出。所有的矫直顺序根据2级计算出数据自动进行,或者在半自动化模式下由操作工手动进行预调设置。各道次完成之后,操作工可确认钢板矫直完成或重新轧制。钢板确认后,将钢板输送到下一道工序中。

    3.2上游设备的关联控制

    对于非常长的钢板,由于矫直机离上游设备太近,所以当钢板头部到达矫直机时,尾部还处于上游设备处。所以要对上下游设备进行同步操作,以正确完成矫直过程。可执行以下操作模式:

    (1)矫直机作为辊道使用:将矫直机口打开到大于钢板厚度的位置,矫直机从上游设备接收速度参数并设置矫直机主电机以同样的速度运输钢板,达到同步运输的效果。

    (2)同步矫直:在钢板到达矫直机之前,矫直机必须进行辊缝的预定位,速度与上游设备的速度同步,钢板咬入进入矫直机,开始矫直。一旦上线设备完成其操作并将钢板控制传送到矫直机,矫直机控制辊道并完成矫直步骤。

    3.3操作模式

    使用矫直机时,有两种主要操作模式即操作模式和维护模式;操作模式可通过操作室的人机界面选择。操作工可选择以下操作模式中任意一个,如下表所示:

模式 状态 开始道次 结束道次/矫直 功能
FA完全自动模式 模型预计算或DB预计算(只用于第一道次) 开始道次自动 结束矫直自动化 总扭矩计算模型咬入策略
1级控制速度自动化
2级位置预计算、,咬入顺序
M手动模式 缓动位置或缓动速度 缓动    
RT辊道 RT上的人机界面选择 N/A    
MT维护 MT上的人机界面选择 N/A    

    3.4操作模式分类

    3.4.1完全自动化模式

    在完全自动化模式下,不允许人工进行操作,系统自动执行矫直步骤。钢板从上游到达,在矫直机预定位时钢板停止。矫直机系统状态准备好时,钢板自动矫直,操作工不需要确认矫直过的钢板。

    矫直顺序使用2级计算预设置。完全自动模式仅用于第一道次。如果操作工选择不止一个道次,模式会从“完全自动”自动转换到“自动”。仅当未选择维护模式时,可使用此模式。

    3.4.2人工模式

    人工模式下,机器不允许预计算,因此设备的调节必须在主控制台上通过手动命令缓动进行。仅当不选择维护模式时,可使用此模式。

    3.4.3辊道模式

    辊道模式下,速度主要控制上游和下游辊道。1级矫直机主电机按照辊道速度预设。矫直机只作为普通辊道进行运输,此模式下,钢板未经矫直工艺直接穿过矫直机。操作工必须用HMI人机界面的选择来激活此模式。此模式激活时,“钢板排空”按钮不起作用。钢板自动运输到下游设备中。仅当不选择维护模式时,可使用此模式。

    3.4.4改变操作模式

    必须首先完成所需模式要求的条件并手动选择所需模式,才能够从低一级的自动模式到达更高一级。如果手动选择低一级模式或高一级自动模式条件不满足,系统会从高一级模式转换到低一级。

    3.4.5维护模式

    维护时不能进行矫直操作。维护模式用于更换辊系中的辊子,由操作工通过完全手动控制,通过操作台(人机界面和/或台上设备)或就地控制面板进行辊系维护,将操作模式转换成“维护”。

    3.5操作工控制模式

    在2个主要操作模式下使用矫直机时,有两种操作模式命令:主操作台(在操作模式下使用);就地控制面板(在维护模式下使用)

    3.5.1主控制室模式

    在“OPERATION”模式下,操作工可用安装在主操作室里的主操作台单独操作矫直机。主操作室包括:

    1)一个主控制台,由诸如开关按钮和拉杆之类的硬件设备组成。

    2)一个可视的显示装置(人机界面),用于1级和2级控制。

    3)一个用于显示矫直机隐藏侧的钢板情况的图像监控器。

    在“MAINTENANCE”模式下,通过2个就地控制面板——其中包括按钮开关、安装在传动侧和非主动侧的机器——来操作换辊系程序。多数操作过程在传动侧面板完成。

    每个单独的运动和各个执行元件可通过1级人机界面和带有低电平互锁装置的操作台设备进行手动操作。所有的手动操作都由操作工负责并完成。

    3.5.2主操作台布置

    一个急停闩锁按钮:在紧急情况下使用。这种停止会关掉所有的电气执行元件,卸载/停止电气设备,以最大的减速坡度快停主电机。

    一个快速锁紧按钮:以最大的速度打开矫直机(HGC快速打开安全功能)。

    一个标准快停按钮:钢板运出后,辊道速度停止。HGC和弯辊仍然处于控制中。

    “快停”按钮:立即停止所有正在运行的程序。快停后,程序需手动结束。

    3.5.3就地控制面板配置

    有两个位于机器传动侧和操作侧的面板。它们仅用于维护模式。

    3.5.3.1传动侧控制面板配置

    1)急停闩锁按钮:在紧急情况下使用(人处于受伤的危险)。这种停止会关掉所有的电气执行元件,卸载电气零件,以最大的减速坡度快停主电机。

    2)换辊模式选择器开关:互锁来自人机界面的选择程序。开启就地面板的手动控制。

    3)移入或移出设备的托架:2个按钮开关。仅用于缓动模式。

    4)接轴支架天并:2个按钮开关,两个方向都以最大速度。

    5)接轴支架升起/落下:2个按钮开关。

    6)上压框架升起/落下:2个照明按钮。在缓动模式下使用。

    7)上辊系夹紧/松开:2个照明按钮。按下时(脉冲),开始相关程序。

    8)上轴夹紧/松开:2个照明按钮。在缓动模式下使用。

    9)下轴夹紧/松开:2个照明按钮。在缓动模式下使用。

    3.5.3.2操作侧控制面板配置

    1)急停闩锁按钮:在紧急情况下使用。这种停止会关掉所有的电气执行元件,卸载电气零件,以最大的减速坡度快停主电机。

    2)移入或移出设备的托架:2个按钮开关。仅用于缓动模式。

    4.停止配置

    4.1标准停止

    停止功能通过以下方式启动:通过启动主控制室的主控制台上的“标准停止”按钮。以下活动通过停止操作运行:

    1)矫直机区域减速度使速度降低到零。

    2)辊道停止时:矫直机辊缝以“轻开”程序打开。

    3)所有的传动装置和系统为操作准备好的状态。

    4.2急停

    急停用于防止人员受伤。矫直机区域急停按钮位于2个就地控制面板的主控制台上。矫直机急停原理遵循线路急停原理。

    5.结束语

    预矫直机一般安装在ACC或者MULPIC冷却设备之后,在钢板进行完快速冷却工艺处理之后,为保证板形的质量,先进行预矫直,对钢板翘头、边浪等钢板不平状态进行初步的平整。对钢板板形质量起到重要的作用,预矫直机的平整效果也直接影响到后续设备热矫直机的矫直质量,因此了解预矫直机的设备组成以及操作是有必要的。

责任编辑:刘春晓
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