450mm热轧带钢机组全数字网络化改造 - 张先生工控博客技术论文

    450mm热轧带钢机组全数字网络化改造

    一．确立项目
    PROFINET网络在450mm热轧带钢生产线上应用，以提高生产效率，降低故障和废品率
    二．国内外的产业现状，研究水平和项目必要性
    从六十年代开始引进整条生产线，不断地磨合、消化，经过几代人的改进创新，在机械设备方面已经相当成熟。在电气传动上，从原先的模拟系统发展到今天的数字化系统，整条生产线的电气上也从继电回路过渡到集中式控制，经过前几年PLC的应用改造，逐步地进入分布式控制，但远没有实现国际前沿的全数字网络化。INTERNET和各种局域网在社会的各个领域应用和普及，也为工业领域的主从结构、令牌结构等形式的网络产品的成熟提供条件。西门子的PROFINET网络及其产品综合了ETHERNET和PROFIBUS技术的优点，为工业领域的应用提供安全高效保障。
    三．实施内容和攻关目标
    1．生产线概览
    450热轧带钢生产线是将连铸方坯加工制作成成圈带钢的生产线。生产线前后总长约300m，宽约80m，在生产线上按设备先后顺序可分为：上料设备、煤气发生炉、加热炉、出料设备、粗轧机、粗轧前后辊道和升降台、剪刀、精轧机组和活套、扭转夹送设备、平板运输、卷取机、收集精整设备。辅助部分有：液压站，空压站、稀油站、冲洗冷却水站、电机冷却水站等。
    钢坯由上料设备不断推入加热炉，在炉内前进的过程不断地被加热，到炉子出口处达到工艺所要温度，出钢机和辊道将红钢送入粗轧轧制5道次。然后由中间辊道送入精轧机组，在这过程中飞剪剪去红钢头部和尾部，精轧机组是连轧关系，每个机架均为无极调速，各机架均可单独设定速度，并有旋钮可单独调整速度，以便于程序内部形成每个机架相对于出口机架的速度比率，全线升降速时，保持各机架的连轧关系；精轧机组轧制时正转，处理事故、检修及调整时要求机组各机架能单独正反向冲动，冲动速度0.3～0.5m/s，此时速度无连轧关系。各机架可以单独合闸，联合启动运行各机架还有逐移旋钮，人工调整，向上游机架逐移调节；立辊采用微张力控制，即与下游平轧机自动保持微张力关系。活套自动起落套，并实现闭环控制，套高在10°～40°内可设定，当闭环调节且套高超过设定值的±3°时，自动调节各机架速度，活套的调节采用逆向联级调节，在不同套高，需保证带钢张力恒定；每个活套还设有手动起套，落套，自动起落套旋钮，另设有所有活套自动套高闭环投入与禁止的旋钮；在工控机上，可以单独、任意设定各活套的张力，并掉电记忆，可以设定每个机架的速度，并作为配方选择、储存、调用，可以设定每个机架的轧辊直径，并修正电机转速，以保证设定的线速度，可以显示各传动电机的合分闸、故障等状态，可以显示各活套的套高、电流，可以显示每个机架的速度、电流，并且记录，以便作为历史曲线查看、打印。钢坯从精轧机组出来后已轧成带钢，经夹送辊和平板运输链，送到卷取机卷成成圈钢带，再由快速链收集台整理放置在仓库时效冷却为成品。
    为实现以上过程，并且安全高效地运行，我们建设以下网络、控制方框图和工业控制计算机画面:

    2．工业Ethernet网络系统


    3．现场级控制框图


    4．画面
    1) 主画面需显示：F1~F8、E1、E2电动机当前状态和各活套电动机当前状态，各机架电机速度和电流。显示红钢头部和尾部到达位置、活套起落套状态、活套高度、各段红钢张力值。
    2) 辊经画面：设定各机架工作辊辊径、来料厚度和机架辊缝，得出各机架建议速度
    3) 活套画面：设定各段带钢张力，每个活套套高。
    4) 报警画面：显示发生过的各种报警详细情况，包括名称、时间、所属位置、建议处理方法，当前处理状态。
    5) 记录画面：记录电机运行速度、电流、活套运行情况。
    6) 报表画面：工艺和生产情况的显示且记录，包括钢种牌号、时间、顺序号等信息，以便提供给工厂管理级，作成品质量跟踪控制。
    5．技术关键及创新点
    技术关键：活套套高闭环和带钢微张力恒张力控制。
    创新点：利用活套编码器累计脉冲数，直接获得数字化的活套高度，运用PLC的强大运算能力和数学模型，结合工艺要求，使用模块化软件，达到精确稳定的效果，同时调试维修效率大大提高，缩短改造停产时间。
    四．已有工作基础
    目前已经掌握传动装置的数字化改造、工业Ethernet网的应用、热轧线的工艺，450热轧带钢机组全数字网络化改造就是将以上三者结合和优化的过程，因此在技术上是有保证的。
    五．项目攻关后实现产业化的途径和前景，社会效益
    我国经济持续快速增长，国民经济各行业需求的各种规格钢材也不断增长，新建钢材生产线又要大量的土地和资金，同时受国家产业政策限制，仅靠新建工厂解决供给和需求的矛盾显然很困难，能在现有工厂基础之上，进行改进创新，提高产量和生产效率，减少能源和原材料消耗，既符合国家当前降低GDP能耗指数政策，又解决产量需求的增长。另外，我国钢产量连续几年位居世界首位，除新引进的生产线和大型钢铁集团相应生产线外，基本未经数字网络化改造，因此市场需求比较大。
    六．可能的技术及市
    　