连轧管机组电气控制系统探究及应用

连轧管机组电气控制系统探究及应用 摘 要本文主要介绍了太原钢铁（集团）有限公司不锈 钢无缝管厂连轧管机组的结构和组成。论述了轧机在生产中 的应用情况以及电气控制系统的特点。 关键词轧机；电气；控制 中图分类号TG333文献标识码A 概述 随着国民经济的发展，无缝钢管的用途越来越广泛，用 户对产品质量的要求也越来越高［1］。特别是API标准的石 油套管和油气管，精度要求较高辐道管，机械设备专用管， 不但在钢级和焊缝质量上有严格的要求，对钢管的直线度也 有很高的要求［2］。根据设备和工艺特征的不同，目前国内 已建和在建的无缝钢管热连轧生产线可分为MPM、PQF和FQM 3种类型［3］。 太原钢铁（集团）有限公司5万吨不锈钢无缝管厂主要 生产不锈钢钢管。其矫直机为辐式钢管矫直机。本文主要论 述连轧管机组电气控制系统以及其装备特点。 1机械设备组成 包括上料装置，主传动系统和转向箱，曲轴传动装置， 机架装配，主机座装配，出口入口卡盘，回转送进装置，中 间床身，传动轴，过渡齿轮箱、芯棒润滑装置，芯棒装置， 芯棒定心装置，成品管快速拉出装置，出料台架。 2电气控制技术介绍 轧管机电气控制系统组成包括轧管机主机速度控制，送 进电机跟踪控制，机组自动化控制、HMI等。本设备系统配 置水平如下 轧管机主传动、送进传动均采用全数字交流变频传动系 统。传动装置选用西门子产品，与PLC通讯采用PROFIBUS-DPo 其中主传动整流装置带有能量回馈功能。 PLC控制系统选用西门子公司生产的S7-300-2DP系列， 用远程I/O控制方案。控制系统中将远程I/O模块分散配置 于系统各控制柜、操作台内。在轧管机操作台安装HMI人机 界面，通过PROFIBUS网与PLC通讯，PLC与传动装置、HMI 人机界面构成一体化自动化网络。 计算机系统具有独特的调整参数预显示功能、轧制状态 监控及故障综合报警功能。轧制过程中速度、电流等主要参 数都显示在屏幕上。操作人员亦可随时调用查阅机、电、液 设备的操作说明、维护要点、注意事项等相关内容。低压电 气元件选用施奈德产品。主要检测元件如编码器、接近开 关等选用进口产品。 2. 1传动控制系统 轧制主传动采用一台交流电机传动，送进采用另一台交 流电机，两台电机轧制速度由编码器控制实现同步，电机传 动装置选用西门子变频器6SE70系列，编码器反馈，调速精 度可达到0.1,完全能满足轧制要求。系统主要特点如下 通过配置通讯板实现与PLC可编程序控制器的通讯，大 量的数据信息如装置工作状态、故障时的故障诊断信息等 数据均可通过网络与PLC交换并显示在HMI人机界面上。 丰富的故障诊断功能，在系统中设置多达数十种的故障 诊断与报警，任何常见故障都可准确判断，如失测速、电 源缺相等，使系统维护工作量大大减少。 2.2 PLC控制系统 轧管机的自动化系统用一套PLC装置，PLC控制系统采 用远程I/O控制方案。PLC选用西门子公司的S7-300-2DP系 列。PLC与传动装置、HMI人机界面间信号传送采用网络通 讯方式进行（PROFIBUS-DP网）。整个控制系统构成一体化自 动化网络。系统具有如下优点 （1）用通讯的方式代替了点对点的多线连接传送方式, 从根本上解决了由于连线原因造成的故障，提高了系统的可 靠性，减少了维护工作量。 （2）避免导致大范围的布线，不但可以降低电缆成本, 并且可使现场进行系统调整或功能扩展时具有较高的灵活 性。 （3）采用分散配置远程I/O的控制方式使每个远程I/O 控制单元都有明确的控制范围。使现场的调试与维护更加简 单。 2.3 PLC主要功能 机组顺序及工艺联锁控制负责整个机组的工艺自动化 操作，包括各系统的启、停控制，相互间的连锁，工作制的 选择等。设备检测，电磁阀的控制，采用远程I/O模块控制。 事故时PLC作出相应的处理。主令控制及状态显示 1 通过配置在操作台内的远程I/O模块接收处理来 自操作台上的操作控制指令并传送至PLC, PLC根据操作指 令及相应联锁条件对控制系统进行主令控制。 2 接受来自数据网络的轧管机工作参数，在HMI人 机界面屏幕上以画面的形式集中显示，取代操作台上的模拟 仪表。 故障检测及分类报警PLC通过网络实时采集传动系统 等的工作状态数据，判断系统各部分是否处于正常工作状 态。当检测到系统故障时，PLC将根据检测到的故障及轧管 机目前的工作状态进行相应的保护和报警提示。基础自动化 网络通讯通过配置相应的通讯模块完成与远程I/O、传动 系统、HMI人机操作界面的通讯。 3轧机特点 在轧机的设计中，充分吸取了已经设计投产的两辐冷轧 管机的调试经验，对轧机使用中发现的不完善之处作改进设 计、优化了设备性能参数设计而成，使轧机更符合不锈钢的 轧制特点。 1 主传动系统用高强度尼龙片基传动平皮带传动， 受力均匀，运转可靠、平稳，轧机系统具过载保护功能。而 大皮带轮可起到飞轮作用，便于工作机架启动；同时又可减 轻负扭矩对主电动机冲击。 2 主电机和丝杠传动电机用交流变频电机，控制系 统采用西门子全数字调速系统，电机维护成本低，系统可靠 稳定。 3 采用气囊离合器和液压钳盘式制动器与大皮带轮 相连接，装料或处理事故时不必要停开主电机就能够使轧机 快速制动、准确停车，快速启动轧制，主电机运转平稳，工 作状态好。同时对轧机系统具有过载保护功能。 4 采用PLC程序控制上料，出料，穿管等工序， 自动化程度高。 结语 本文主要论述了太原钢铁集团有限公司5万吨不锈 钢无缝管厂连轧管机组电气控制系统以及其装备特点。该生 产线配备了完整的工艺检测装置和高水平的自动化控制系 统，生产线建成后，改善了公司的产品结构，提高了整体经 济效益，提升企业竞争力。 参考文献 [1]刘铁航.现代钢管连轧机调整原理与操作方法浅谈 [J].轧钢,2009, 2 26-29. [2] 易兴斌.热轧无缝钢管轧机选型的探讨[J].钢铁技 术，2007, 6 20-21. [3] 李道刚.浅议无缝钢管连轧机组的轧制中心线[J]. 钢管，2010 3 94-95.