中轧区两连轧机自动化控制过程的实现Word文档格式.docx
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⑴系统的具体工作条件、环境条件及机械负载等因素。
⑵供电系统的电压、频率波动情况以及可能出现的静电和电磁干扰。
同时应避免电气传动系统对电网的高次谐波电流和无功电流造成过大的冲击，并避免产生对其他装置有害的电磁干扰、振动及噪声。
⑶系统及装置的经济性及节能性。
⑷减轻劳动强度，便于维修及改善工作条件。
⑸符合有关国家标准的规定。
电气传动系统的设计一般分为：
初步设计、技术设计和产品设计三个阶段。
1.2.1初步设计
初步设计（或用技术任务书、技术建议书代）是研究系统和电气控制设备（以下简称电控设备）的组成，并寻求最佳方案的初步阶段，是技术设计的依据。
初步设计可由机械设计人员和电气设计人员共同提出，也可先由机械设计人员提出工艺、机械数据，再由电气设计人员进行电控设备的设计。
初步设计应包括下述内容：
⑴机械设备的名称、用途、工艺过程、技术性能、传动参数及现场工作条件。
⑵供电电网的种类、电压、频率及容量。
⑶对电气传动性能的基本要求，如传动方式、电动机的容量选择、负载特性、调速范围、平滑性以及对电动机的启、制动要求。
⑷对电气控制特性的要求，如电气控制基本方式、自动化程度、自动工作循环的组成、自动控制的动作程序、电气保护及联锁等。
⑸有关操作、显示等方面的要求。
⑹提出电气传动自动控制系统的原理性方案及其期望的主要技术性能指标，或提出各种方案的技术性能比较、实施的可行性等。
⑺投资费用估算及技术经济指标的比较。
在初步设计阶段，要收集国内外有关资料，进行调查研究。
对某些新技术、新原理、新结构、新组件等做原理性试研究工作或提出试验研究大纲以及提出系统中需用的专用元器件的技术要求。
1.2.2技术设计
它是根据上级审查批准的，或经用户同意的初步设计中所提供的内容和方案，最终完成电气传动自动控制系统设计以及完成电控设备的布置设计。
技术设计包括以下内容：
⑴进行必要的试验研究，编写试验大纲及研究试验结果报告。
⑵绘制电气传动自动控制系统电路图。
⑶编写系统参数计算书。
⑷选择整个系统的元器件，提出专用元器件的技术条件，并编制元器件明细表。
⑸编写技术设计说明书介绍系统原理、主要技术性能指标、有关运行维护条件和对施工安装的要求。
⑹绘制非通用电控装置的布置图，编写该装置的检查试验大纲，或成套电控设备的检查试验大纲。
必要时编制专用技术条件。
⑺绘制电控装置的组合布置图、出线端子图等，或绘制与客户商定的其他有关附加图样（如设备的互连接线图等）。
1.2.3产品设计
该阶段是依据上级审查批准的，或经用户同意的技术设计，最终完成电控设备产品生产用的工作图样。
产品设计应包括下列内容：
⑴绘制产品总装配图、部件装配图及零件图。
⑵绘制产品的接线图或接线表。
⑶进行图样的标准化审查。
⑷绘制产品的使用说明书（或由技术设计说明书代）。
⑸绘制产品用的材料明细表。
⑹编写包装运输要求和装箱清单。
本次毕业设计所用到的电器传动部分的主要器件如下表:
序号
名称
数量
1
全数字控制柜
2台
2
6RA70（60A）可逆全数字控制箱
3
励磁进线开关
4
控制系统进线开关
10台
5
100A交流接触器
1台
6
励磁控制板
7
励磁进线电抗器
8
脉冲变换板
2块
9
继电器仪表等附材
若干
10
热金属检测器
11
活套扫描器
1．3电控设备现场调试
现场系统调试是在出厂调试检查的基础上进行的。
出厂调试除按国标GB3197-83进行检查外，还应根据实际使用情况和参数计算结果，预先整定好调节回路的参数，如：
调节器的比例、积分参数；
运转指令动作参数；
无环流逻辑切换动作参数；
触发脉冲板锯齿波移相范围等。
另外还应尽可能整定好各种保护回路参数，如在低压大电流实验时整定过电流保护，在高压小电流实验时整定过压保护等。
并在出厂检查报告中列表附上，这样可大大缩短现场调试时间，也就是说出厂前在工厂内进行全部或部分系统调试对现场调试效率和准确程度的提高具有积极意义。
现场系统调试应依据以下原则进行：
先查线，后通电；
先弱电，后强电；
先单元，后系统；
先开环，后闭环；
先励磁，后电枢；
先基速，后高速；
先静态，后动态（特性）。
调试时如有可能，可先脱开电动机与机械间的连轴器进行调试，然后再连上连轴器带载验证。
同时还应注意通风、冷却、润滑、连锁、保护、安全、工艺条件等功能的配合，以避免发生不应有的事故、损失。
2中轧区两连轧工艺要求
随着我国大规模经济建设的开展，对钢材的需求量与日剧增，中、小型轧钢企业应运而生。
我们电气传动的计者们有必要了解轧钢企业的连轧生产工艺，使我们设计的自动化控制电气传动系统与轧制机械达到完美的匹配。
小型轧机主要特点是：
⑴直接以130mmX130mm～160mmX160mm、重1.5～2.5t的连铸坯为原料；
⑵一座步进式加热炉与一套轧机相配；
⑶轧线主轧机平/立交替布置，全线无扭转轧制，粗轧机8架、中轧机6架、精轧机6架的组合成为普通小型轧机的标准布置形式；
⑷粗轧机多为悬臂式或短应力线式，中轧机则大部分采用高刚度的短应力线轧机；
⑸一般在轧线上设置两台切头飞剪，一台切倍尺飞剪；
⑹各架轧机单独传动，采用微张力和无张力轧制；
⑺设置用于低温轧制和控轧控冷的温控设备；
⑻一台高效率的单面步进式冷床；
⑼在线矫直和在线飞剪定尺剪切；
⑽轧制速度提高到120～140m/s，保证速度105m/s。
上位机监控系统
上位机监控系统主要用来完成在线、不经常被干预的一些初始设定参数的修改及过程画面显示。
主要有以下几项工作：
（1）轧制程序的设定
（2）飞剪切头、切尾选择，长度及速度的设定
（3）活套控制高度设定，用来在轧件尺寸不同时实现最佳活套高度控制
（4）水冷线的水量、水压及轧件温度等淬火工艺参数设定
（5）热倍尺长度设定
（6）裙板接手动做周期及裙板辊道速度的设定
（7）热倍尺长上冷床制动距离设定
（8）物料跟踪显示系统
（9）轧制速度棒形图，用来显示各种轧制速度与设定的偏差
（10）轧制负荷棒形图，用来显示各种轧制负荷，可直观判断各机架间张力的大小
（11）模拟（访真）轧制操作及过程显示，在轧机空转状态下模仿实际轧制过程是否存在问题
除上述功能外，主控台及自动化系统对于整个轧线还需如下在线控制
（1）设备故障及信号显示
（2）物料跟踪及生产事故探测
（3）事故分段及飞剪连续处理
当出现故障主控台操作工应及时作出判断和处理，防止事故扩大，包括手动启动飞剪碎断功能。
为了弥补操作工在操作时的反应不及时，计算机控制系统根据故障事故的种类、等级、所发生的区域，编制了事故分段及飞剪连锁处理系统。
这种处理系统是保证生产稳定安全的前提条件。
事故处理原则最重要的是防止后续轧件进入事故段。
下面重点介绍一下轧制程序的设定：
轧制程序的设定包括：
轧辊直径、轧制规格、选择各机架的轧制速度、飞剪的超前速度、切头切尾选择及坯头尾长度。
a：
设定轧辊实际直径
轧制速度的设定也是主电机转数的设定：
转/分
－电机转速单位：
－轧件线速度单位：
米/秒
－轧辊工作直径单位：
毫米
－减速比
设备选定后减速比为常数。
轧辊工作直径是轧件对应轧槽处的直径，它比轧辊辊环直径小，在品种孔型系统确定后，其差值随之确定。
换辊后只需输入实际辊环直径，计算机算出轧辊工作直径。
各架次的差值根据品种规格采用孔型及变形延伸道次的不同而不同。
差值应事先贮存在计算机孔型数据中，以便计算电机转速使用。
给定轧件线速度，通过上式可计算出各架次电机转速。
b：
机架选择、轧制速度设定及轧制程序编号
不同的品种规格，采用的孔型系统及变形延伸道次也不同，所以必须确定各品种规格轧制时所使用的机架和各机架的轧制速度。
各机架常规轧制速度用列表方式存贮在计算机轧制程序数据库内，并对不同品种的轧制程序编号。
输入品种编号，所用轧制程序显示在屏幕上，同时根据此轧制线速度算出各机架电机转速设定。
在轧制程序中，各机架轧制速度应根据连轧的速度制度来确定。
活套在微调各个机架轧制速度时功不可莫。
自动活套控制是在对两相邻机架间产生的“多余”的轧件进行测量的基础上进行的。
而机架间“多余”的轧件由专门的起套装置（在控制系统的控制下）引导使其在活套台上形成活套。
用位于活套台上方（或一侧）的活套扫描器通过测量活套的高度来间接地测量活套的长度。
控制系统则通过比较设定的活套高度和实测活套高度，自动连续地修正与此轧件有关的各机架的速度来保持活套的高度为设定的值。
（1）活套位置通过光电扫描器来测量。
轧制过程中,轧件头部被活套扫描器检测到时,活套控制部分开始工作,控制分为活套形成、活套控制、收尾几部分,光电扫描器以数字值向控制系统指示出活套位置。
（2）控制直接作用于设定的R系数上。
其指示值的自动修正提供了对变化的物流以及沿轧件方向物料尺寸的连续测量。
一旦活套形成并稳定,R参数以及因此而导出的速度关系被自动记忆。
代表头部轧制状况的记忆值被调用作为最优的速度关系,以便下一轧件快速、安全地形成活套。
在小型型钢连轧生产中，为保证产品尺寸精度，通常在精轧机组中设置若干个活套器，它是相邻机架间的棒材在微张力下贮存一定的活套量，作为机架间速度不协调时的缓冲环节从而消除轧制过程中各机架间动态速度变化引起的轧件尺寸的波动。
根据工艺性能要求起套动作惯性小，动作反应快，活套辊能自动升起和降落。
活套驱动分为电动、气动、液压。
电动活套采用直流电机，力矩可调，反应快，张力波动小，控制精度高，但控制系统复杂，造价较高。
气动活套器结构较简单，反应快。
液压活套器惯性小，但液压系统复杂。
活套器按起套方向可分为侧活套和立活套。
侧活套起套辊在水平方向左右动作，套量储存在轧制线侧面。
立活套起套辊在垂直方向上下动作，套量储存在轧制线以下。
小型热连轧生产大多采用立活套器，活套辊采用气缸驱动。
从轧件被第二架精轧机咬钢起套到轧件尾部脱出末架精轧机，每个活套器都装有活套扫描器，显示活套辊位置。
一般活套量在0～500mm。
活套控制的参数选择和调整与速度系统参数配合对生产的影响很大，如果配合不当，特别是在多品种轧制时，对负载的变化适应性差，直接影响活套的稳定形成与调节。
两机架间的活套控制环节与速度控制系统，实质上构成一个三环控制系统，因此，轧机主传动电动机可控硅直流调速系统是活套调节器的调节对象，内环中调速系统品质的好坏，将直接影响外环活套调节环节的性能。
在活套实际控制中，活套调节器接成PI型调节器，以实现无静差调节，并且希望活套套量的超调量尽可能小，有利于活套的稳定运行，这样就限制了系统的快速性，即活套位置外环的动态响应远小于速度内环的动态响应。
要减小套量，即活套调节系统的超调量，在内环速度环调整一定时，就要增大活套调节器的积分时间常数，即在确定活套调节器参数时，应加强积分作用，适当减小比例放大倍数，减慢系统的快速性。
如果活套调节的快速性差，相应其抗扰性能低，这样给系统的级联调节带来影响。
因为级联调节作为上游机架调速系统的一个附加给定，对前一个活套控制环节相当于是个扰动信号。
由于系统抗扰性能差，该扰动引起的变化量恢复到无扰动时的时间要长些，这就会出现下游某一活套量有一小的波动时，上游各活套将出现较大的波动，并且恢复时间长，使活套不能稳定工作。
因此，对于调节过程较慢，抗扰性较差的活套环节，在保证速度内环有较好的稳态和动态品质下，尽可能地增加活套调节器的比例放大倍数，加快系统的调节过程，适应级联调节作用。
在生产中，轧材温度和料型经常变化，加上孔型磨损和调整误差，因而对系统而言，负载处在不断变化中，这就要求速度系统有较好的抗扰能力。
在实际调整时，尽量提高电流环的抗扰性。
在速度环稳定的前提下，尽量增大速度调节器的比例放大倍数，减小其积分时间常数，提高速度环的抗扰能力。
这样，负载波动时对实际套位的影响减小。
反之，速度环的动态品质差，需增加活套调节器的调节作用，即增大其比例放大倍数，以提高其调节快速性；
因此，速度调节器ST、活套调节器HT的参数应综合选择和调整。
实践得出，改善活套的起套条件，合理选择和调整活套环节与速度控制环节的调节参数，以及生产操作和调整人员的正确操作与调整，是活套系统能否正常调节的关键。
在参数调整时，应注意各活套环节的特点，对于抗扰性能低的活套环节，应在保证速度环有较好的品质下，提高活套调节器的比例放大倍数，提高系统的抗扰性。
对于负载波动的影响，速度环的抗扰性要好，动态品质要高些；
而活套调节环节的超调量要尽可能小，动态品质要低些，这样才能克服负载扰动对活套稳定的影响。
活套在使用过程中最容易出现中途落套故障，那么我们该怎样解决它呢？
造成此类故障的主要原因是由于误检测导致有假头假尾报警出现。
造成此报警的主要原因有两个，一个是扫描器镜头脏，另外一个是水蒸气的影响。
由于轧钢现场环境恶劣，以及轧机冷却水和铁尘影响，活套扫描器的镜头很容易脏；
此外,活套扫描器安装在离轧机较近的地方，轧件周围的水蒸汽过大也会导致活套检测效果。
为了解决这些现场的难题，我们设计了一套带风机的保护罩，风机从扫描器后面进风，前面在镜头处开一个大小合适的矩形孔，既避免了水蒸气的影响，又避免灰尘进入。
实践证明，经过此改造后，检测的准确度大大提高，基本杜绝了假头假尾信号的出现。
连轧小型型钢生产的自动控制
动态当量和静态速降：
静态速降是指系统在满负荷运行时的速度差，对于轧钢系统一般不高于1％。
静态速降主要取决于系统控制转数，模拟系统一般比较高，大约在6.6％～1％之间，全数字系统可达到0.1％。
粗、中轧机的微张力控制过程
对于粗、中轧机的微张力控制来说，轧件断面越大，机架间距越小，轧件速度越低，控制精度就越高。
但在轧制过程中，随着轧件断面越小，轧件速度越来越快，这样一般在粗轧机组及中轧机组前五架采用微张力控制系统，而在中轧机后两架和精轧机组采用活套无张力控制。
微张力控制系统一般多采用前滑值控制法或头部电流记忆控制法，头部电流记忆控制法更被大多小型型钢厂所采用。
电流记忆张力控制法
D控制过程及检测信号允许条件以从第一机架进入第二机架开始推论
在轧件从第一机架进入下一机架后，至检测调速控制过程完成后的时间总和，应小于轧件进从第二机架到第三机架通过的时间
。
即在没有通过第三机架前完成调节过程。
值的大小与第二机架的出口速度
及到第三机架的距离
有关，
即：
控制过程所允许的时间
MIS轧件在轧机、SFB速度反馈＞12％
由于在常州华夏棒材项目中轧机轧制速度由甲方提供的，轧制速度由甲方提出的因此我们只需考虑不同机架与轧机同轴的电机的转速的匹配和整个连轧系统的稳定性问题。
必要时，我们可以对细枝末节进行改进，使系统运行在最优状态。
中轧区两连轧生产工艺如工艺流程图所示：
初始时，活套处于落套状态。
加热炉加热后的钢经过来回五次初轧，被3、4#输送辊道进入2#轧辊。
经过2#轧辊的轧制，钢坯变细，钢坯继续前进。
热金属检测仪2检测到热钢，经过一段延时后活套起套。
延时一段时间起套的目的是保证在钢进入1#轧辊后起套。
热金属检测仪1检测不到热钢时经过一小段延时后落套。
活套的应用是为了达到活套无张力控制。
钢轧制好以后，由1、2#变频辊道送出。
2．11、2#轧机的速度匹配
工程上经常使用经验数据来匹配1、2#轧机机架的电机转速，但是工艺或轧机结构参数不同时经验数据上下差入很大。
我经过细心的观察和思考，认真地研究了现场的机械设备，根据中轧区轧钢的工艺要求，总结了二者之间的速度匹配公式，给调试工作带来了很大的方便，得到了工程师和厂方的认可。
以下是公式的推倒过程。
同一时间从1#轧辊出来的钢的直径和从2#轧辊轧出的钢的直径不同，但同一时间从两个轧辊轧出的钢的体积（秒流量）是相同的。
我们在对1、2#轧机进行的速度匹配是上位机设定的粗调，采用PLC编程进行的微调可以参考PLC程序。
粗调速度匹配的公式推导如下：
我们通常采用逆调（以出钢端为基准逐级上调）原则，已知1#轧机的线速度
（工艺上提出的要求），要求分别在上位机上设定1、2#轧机的转速。
1#轧机的电机转速
计算如下：
转/分
－1#轧机减速比
－1#轧辊线速度单位：
米/秒
－1#轧辊直径单位：
毫米
2#轧机的电机转速
转/分
（1）
－2#轧机减速比
－2#轧辊线速度单位：
－2#轧辊直径单位：
同一时间下，1、2#轧机轧制的钢的体积相等，有如下公式；
（2）
－1#轧辊的轧制直径单位：
－2#轧辊的轧制直径单位：
上式可以化简为：
（3）
由
（1）、
（2）、（3）式得：
其中：
－2#轧辊的直径单位：
通过上式可以在已知1#轧辊的轧制直径、1#轧辊线速度、2#轧机减速比、2#轧辊的轧制直径和2#轧辊的直径的情况下，很方便地实现对2#轧机的电机转速进行计算与设定。
2．21#轧机和变频输送辊道的速度匹配
同样地，工程上也经常使用经验数据来匹配1#轧机和变频输送辊道的速度，但是工艺或辊道结构参数不同时经验数据上下差入很大。
我同样经过细心的观察和思考，认真地研究了现场的机械设备，根据中轧区轧钢的工艺要求，总结了二者之间的速度匹配公式，以下是公式的推导过程。
用于抛钢的1、2#辊道速度需要与上游的1#轧机的轧制速度相配合，以便使轧制出来的钢与正在轧制的钢很好的分开，避免堆钢或发生其他故障。
用于抛钢的变频输送辊道与1#轧机的速度匹配要求不十分精确，它们各自的速度经过粗略的计算后由上位机设定，速度匹配不需要PLC编程PI调节进行微调。
根据工艺上的要求，它们之间有一个经验公式。
通常，我们要求:
－抛钢辊道线速度单位：
－百分数（本文中选择15%）
上位机所设定的变频辊道电机转速见下式：
－变频辊道减速比
－变频输送辊道直径单位：
上位机所设定的1#主机的电机转速见下式：
设置的变频器的频率就是设置变频辊道电机的电源频率，这个频率
等于：
－笼型感应电动机的极对数
－笼型感应电动机的转差率
工程上通常已知1#轧机的线速度，而需要设定用于抛钢的变频辊道的频率，我们可以用以下计算公式：
（1）
－变频器要设定的频率单位：
Hz
在已知1#轧机速度的情况下，工程技术人员可以很方便地进行变频输送辊道频率的计算与设定。
3交流电动机与直流电动机分析
交流电动机结构简单，价格便宜，维护工作量小，但其启制动及调速性能不如直流电动机。
因此，在交流电动机能满足生产需求的场合都应采用交流电动机，仅在启制动和调速等方面不能满足需求时才考虑直流电动机。
近年来，随着电力电子及控制技术的发展，交流调速装置的性能与成本已能和直流调速装置竞争，越来越多的直流调速应用领域被交流调速占领。
在选择电动机种类时应从以下几个方面考虑选用交流电动机还是直流电动机。
在不需要调速的场合：
包括长期工作制、短时工作制和重复短时工作制机械，应采用交流电动机。
仅在操作特别频繁、交流电动机在发热和启制动性能不能满足要求时才考虑直流电动机，只需几级固定速度的机械可采用多级交流电动机。
在需要调速的场合：
（1）启制动和调速性能要求较高，环境较好的时候宜于采用直流电机。
（2）启制动和调速性能要求不高，环境恶劣的易燃易爆场合宜于采用交流电动机。
（3）成本：
同一容量下交流调速用变流装置比直流调速用整流装置贵，因为交流调速用变流装置按电压电流
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