自动化技术在轧钢产线上的应用于Word格式.docx
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第二节线材三厂轧钢产线的组成部分5
2.2.1加热炉简述5
2.2.2中道轧钢主产线部分7
2.2.3后道集卷打包机卸卷部分其作用9
第三章自动化技术在轧钢产线速度级联控制上的应用10
第一节自动化技术在线材三厂控制简介10
第二节生产线速度级联的主体思想10
3.2.1速度级联控制原理11
第三节具体单调联调速度原理分析12
第四节具体应用程序实现速度级联13
第五节简述直流调速控制轧机运转16
3.5.1直流调速装置简介16
3.5.2直流装置控制轧机运转原理简述16
第六节简述变频器控制17
3.6.1ABB变频器17
3.6.2ACS510变频器工厂具体运用19
3.6.3变频器使用注意点20
第四章小结21
第二节电气维护的日常工作21
致谢25
附录一26
附录二：
工控机、PLC、直流调速系统组成的自动化控制系统框图33
附录三：
变频器工作接线图34
第一章自动化技术在钢铁行业的使用情况
第一节自动化技术在钢铁行业运用现况
钢铁行业自动化技术经过多年的研究和发展，水平得到显著提高，有的已经领先国内，有的已经达到了国际先进水平，特别是有的已经具有了自主知识产权并形成了产品在行业内推广应用，这些技术成果获得了国家级、省部级的大奖。
之所以有这样的结果，一是在经济全球化、市场国际化的大环境下，企业认识到自动化技术在企业发展中的重要作用，不采用新技术搞自动化，就难于提高生产效率和产品质量，就难于在激烈的国际国内的市场竞争中占有一席之地；
二是企业看到了自动化所产生的实实在在的效果，为企业带来的巨大效益；
三是企业在基建和技改项目上重视上自动化项目，肯于投资。
进入20世纪90年代，在信息技术和控制技术的迅猛发展和广泛应用的推动下，钢铁工业向高精度、连续化、自动化、高效化快速发展，使钢铁生产工艺、产品和技术装备呈现出如下特点：
1.流程短、投资少、能耗低、效益高、适应性强和环境污染少的新技术、新工艺被不断应用；
2.提高产品的外形尺寸精度、改进表面形貌和改善内部质量的技术受到重视；
3.生产技术装备向大型化、现代化、连续化迈进。
信息技术、控制技术使检测和执行设备取代了传统的人工操作，工艺参数的检测方法和检测仪表得到了高速发展；
在现代钢铁生产过程控制中，计算机技术的应用已深入各个领域，传统的计电仪功能划分不再明显；
仿真技术在钢铁工业中日益广泛应用，不仅用于控制系统的培训和新工艺、新控制方法的研究，而且易于模拟生产设备调试，指导生产和参与生产；
人工智能技术已经广泛应用，包括模糊控制、专家系统和神经元网络在各个工序的应用已取得可喜成果和经济效益；
可视化技术和监控系统为无人化工厂提供了条件：
从现场总线到车间网、工厂网、企业网的综合网络系统构成了企业的信息高速公路。
根据有关资料，“七五”末，大中型设备实现自动化的比重约为总生产能力的30%，其中过程自动化为13.3%，基础自动化为16.7%。
按炼铁、炼钢和轧钢三项主要工艺设备统计，装备了基础自动化设备和其他自动化检测装置的大中型高炉，占炼铁总能力的41%。
配备了过程计算机的大型转炉占炼钢总能力的16.3%，而实现基础自动化的大中型转炉占
炼钢总能力的7.9%，大型主力轧机实现了过程自动化的占全国成品材轧制能力的17%。
上述配备了过程计算机生产设备是技术发达国家20世纪70—80年代初的水平。
“八五’期间，新建和改扩建的冶金大型工艺设备都已程度不同的装备了过程计算机系统，各主要工序普遍提高了自动化的水平。
如：
炼铁工序中，装备了过程计算机的大型高炉生产能力占炼铁总能力的比重达到19%；
炼钢工序中，实现了过程自动化的炼钢能力占总能力的比重达到37%；
连铸自动化的比重也有了显著提高；
全国成品材轧制能力中过程自动化的比重达到20%。
第二节自动化在钢铁行业应用展望
随着企业信息化建设的深入和自动化信息化技术的发展，企业要全面健康、协调、可持续的发展，就要加快推广应用国内外先进、适用的冶金自动化技术和信息技术，走新型工业化道路。
在今后若干年里，随着企业的工艺流程控制、装备的不断更新改造，以及提高产品质量和生产精细管理的需要，钢铁企业必将投入建设更多的信息化、自动化应用项目。
在信息化的大潮中，广大自动化专业职能管理部门和自动化工程技术人员艰苦努力、坚持技术不断创新，肩负着光荣而艰巨的信息化建设的重要任务。
综上所述，普及基础自动化，大力发展生产过程自动化，重视生产控制系统／生产制造执行系统的建设，加快企业管理信息化的建设进程，早日实现我国钢铁行业企业信息化、管控一体化的目标仍是“十五”期间乃至以后若干年内的重要目标和艰巨任务。
第二章轧钢产线的组成部分
第一节简述轧钢产线的重要组成部分
2.1.1轧钢的定义
在旋转的轧辊间改变钢锭、钢坯形状的压力加工过程叫轧钢。
轧钢的目的与其他压力加工一样，一方面是为了得到需要的形状，例如：
钢板、带钢、线材以及各种型钢等；
另一方面是为了改善钢的内部质量，我们常见的汽车板、桥梁钢、锅炉钢、管线钢、螺纹钢、钢筋、电工硅钢、镀锌板、镀锡板包括火车轮都是通过轧钢工艺加工出来的。
轧钢的分类：
轧钢方法按轧制温度不同可分为热轧与冷轧；
按轧制时轧件与轧辊的相对运动关系不同可分为纵轧，横轧和斜轧；
按轧制产品的成型特点还可分为一般轧制和特殊轧制。
周期轧制，旋压轧制，弯曲成型等都属于特殊轧制方法。
此外，由于轧制产品种类繁多，规格不一，有些产品是经过多次轧制才生产出来的，所以轧钢生产通常分为半成品生产和成品生产两类。
我国大钢厂从70年代已用先进的连轧轧机，连轧机采用了一整套先进的自动化控制系统，全线生产过程和操作监控均由计算机控制实施，轧件在几架轧机上同时轧制，大大提高了生产效率和质量。
2.1.2轧钢产线的组成部分
线材三厂原名叫轧钢四厂，后来因为统一命名以区分线材加工厂和棒材加工厂而改为线材三厂的。
线三轧制各种不同规格的钢材的原材料是炼钢厂发来的钢坯。
从炼钢厂出来的钢坯还仅仅是半成品，必须到轧钢厂去进行轧制以后，才能成为合格的产品。
从炼钢厂送过来的连铸坯，首先是进入加热炉，然后经过初轧机反复轧制之后，进入精轧机。
轧钢属于金属压力加工，说简单点，轧钢板就像压面条，经过擀面杖的多次挤压与推进，面就越擀越薄。
在热轧生产线上，轧坯加热变软，被辊道送入轧机，最后轧成用户要求的尺寸。
轧钢是连续的不间断的作业，钢带在辊道上运行速度快，设备自动化程度高，效率也高。
图一线材三厂产线结构框图
线材三厂的轧钢产线主要有以下几个部分组成：
一、前道加热炉系统部分
二、中道扎线部分
三、后道集卷卸卷打包机部分
以下几节讲详细叙述这四个部分的具体组成和作用，产线结构框图如图一所示：
第二节线材三厂轧钢产线的组成部分
2.2.1加热炉简述
前道加热炉全名为210t/h蓄热步进梁式加热炉。
加热炉的燃烧系统采用蓄热式燃烧方式，使用纯高炉煤气作为燃料，对煤气和空气进行双蓄热预热，将煤气和空气都预热到1000°
C左右，能最大限度的降低排烟损失，节约燃料。
这种方式可使炉温均匀，消除局部高温，改善了加热工艺，提高产品质量，降低氧化烧损，延长了炉子寿命。
步进式加热炉的优点为：
一、加热质量好，钢温均匀，无阴阳面，无水印
二、加热速度快，钢坯在加热炉内的时间短，有利于减少氧化，延长炉子寿命和防止脱碳
三、不会出现粘钢、拱钢和钢坯划伤现象
四、钢坯在步进梁上“轻拿轻放”，减少振动
五、易于排空炉料和清渣
蓄热步进梁式加热炉主要是由上料系统的步进台架、1#装料辊道、2#装料辊道、剔废装置、气动装料炉门、装料悬臂辊道、对齐推钢机（液压）、步进机械、出料悬臂辊道、气动出料炉门以及液压站等组成（如图二所示）。
下面简述蓄热步进梁式加热炉工作的大概流程：
第一步：
上料吸盘行车将炼钢厂送来的堆放在地上的钢坯吊起（一次可吊五根钢坯，每根重两吨），送到上料台架上。
上料台架（含分钢结构）是用来存储和提供准备入炉的钢坯，保证扎线的连续生产。
钢坯（多根）在上料台架上有运动机构将钢坯一步一步的向装料辊道方向移送，到上料台架端头时，第一根钢坯由反钢机构转入到装料辊道面上，实现钢坯的输送级分钢。
第二步：
装料控制
当加热炉出完一根钢坯后，步进梁回到低位，炉内悬臂辊道上无钢坯时，轧机发出要钢信号，则加热炉自动开启加热炉门，原先从上料台架上经翻钢机构翻下来的钢坯，由1#装料辊道、2#装料辊道的滚轮传送，通过加热炉门，到达炉内悬臂辊道上后停止。
钢坯定位结束，炉内的悬臂辊道停止运转，启动推钢机，推钢机的四个推杆同步前进，将停在炉内进料悬臂辊道上的钢坯向出料方向推进280mm。
当推钢机的四个推杆均达到极限，碰到前限位开关，油缸电磁阀换向，四个推杆同步返回，碰到后限位开关，换向阀断电，推钢杆停止运行。
进料悬臂辊道转入低速运转状态，等待第二次装钢。
第三步：
传动加热出钢
启动步进炉步进机械的液压驱动机构，步进梁上升，将固定在梁上的钢坯托起，前进一个步进，然后再下降放到固定梁上，再向后移动，这样钢坯一步一步的移动同时加热，最后钢坯被移动至出料辊道上。
坯料在炉内通过第一、二加热段和均热段的过程中经过预热、加热、均热过程，达到轧机工艺所规定的加热温度和温差要求后出炉，提供给轧线加热合格的钢坯。
当轧机发出要钢信号时，启动出料炉门，启动出料悬臂辊道，将加热好的钢坯送出给轧机轧制。
同时1#装料辊道、2#装料辊道也将另一个钢坯送入加热炉加热。
二、加热炉技术性能（如表一所示）
表一蓄热式步进加热炉各项参数
分类
项目
单位
内容
加热炉
型式
蓄热步进式
额定产量
t/h
210
最大产量
230
步进梁传动
液压传动
钢坯
钢种
碳素结构钢、低合金钢、合金钢
断面尺寸
mm
150*150*12000
钢坯装炉温度
°
C
冷装常温
头尾温差
正负30
断面温度
煤气用量
m3/h
55000
燃料
种类
高炉煤气
发热量
Kj/m3
800*4.18
煤气预热温度
1000
空气预热温度
废气
排放温度
<
130
2.2.2中道轧钢主产线部分
一、轧钢主生产线简介
当从加热炉加热到一定温度出来后的红钢坯已经满足了轧制的要求，便可以进入轧机轧制。
在钢坯经过不同辊径的轧机的挤压轧制后便可以轧出成型的钢材。
线材三厂的中道扎线主要有以下设备组成：
1~7号粗轧机、1号飞剪、8~13号中轧机、2号飞剪、14~17号预精轧机、3号飞剪、18~27号精轧机、夹送辊、吐丝机。
线三有两条生产线，它们共用加热炉和前面的11架轧机，然后分开成两线A线、B线。
生产监控图如图三下所示：
图三线材三厂的轧钢轧制监控画面
二、轧机简介
轧机是实现金属轧制过程的设备。
泛指完成轧材生产全过程的装备，包括有主要设备、辅助设备、起重运输设备和附属设备等。
但一般所说的轧机往往仅指主要设备。
据说在14世纪欧洲就有轧机，但有记载的是1480年意大利人达'
芬奇（LeonardodaVinci）设计出轧机的草图。
中国于1871年在福州船政局所属拉铁厂（轧钢厂）开始用轧机；
轧制厚15mm以下的铁板，6～120mm的方﹑圆钢。
随着冶金工业的发展，现已有多种类型轧机。
轧机的主要设备有工作机座和传动装置。
三、产线中各部分作用
粗扎的作用是使坯料得到初步压缩和延伸，得到温度适合、断面形状正确的轧件。
中扎的作用是继续缩减轧件断面
在线材产线上A、B两条生产线分别有三个飞剪，他们的作用有两个：
一、剪切轧件的头部和尾部，切除轧件在经过轧制变形后的变形的头尾可以是轧件顺利进入下一个环节；
二、在出现轧制事故时用飞剪将这轧件连续切成小碎段，防止事故扩大。
预精轧机它的作用是继续缩减中轧机组轧出的轧件断面，为精轧机组提供轧制成品线材所需的断面形状正确、尺寸精确并且无内在和表面缺陷的中间料。
精轧机它的作用是将预精轧送来的轧件准确轧制成形，成为线材成品。
夹送辊的作用的将轧件夹紧加速提高轧件的速度，送给吐丝机。
吐丝机的作用是将生产好的线材通过吐丝机弯成圆状，以便后续工艺加工和成品运输。
因为一卷线材重量平均大约为两吨，若是直接拉直大概要有几千米，无法运输，而通过吐丝机后的线材体积大小如图四所示。
图四C型勾上的集卷线材
2.2.3后道集卷打包机卸卷部分其作用
当吐丝机吐出成卷的线材后经过空冷辊道（风冷段），风冷段长约90米，为辊道延迟型，可以冷却低碳素钢、低合金钢、合金钢，整个运输机由头部、中部、尾部三部分组成，头部为吐丝机受料辊道，运输机的中部设有风机，风机的风量可进行0~100%的调节，同时中部的上方设有保温罩，保温罩内侧带有保温材料，散卷冷却运输线可以通过辊道运输速度，风机开启数量，风量大小，保温罩开闭个数等手段进行控制冷却速度的调节，以充分满足不同钢种、规格的线材对冷却的要求，从而使产品获得良好的机械性能，尤其对优质钢更具优越性。
集卷站是将散卷冷却运输机冷却后的散卷线材收集成盘卷，由竖直位置转到水平位置，然后平稳的放到运输C型钩上。
打包机是将C型钩上的盘卷压缩打包，以便运输。
第三章自动化技术在轧钢产线速度级联控制上的应用
第一节自动化技术在线材三厂控制简介
随着轧钢生产向大型化、高速化、精密化、连续化方向发展，轧钢生产对自动化装备的要求比其他生产工序高，自动化系统和自动化装备的水平对最终产品的质量影响也最大。
因此，轧钢系统中采用的自动化设备和系统比较多，各级自动化控制程度也比较高，是现代钢铁工业自动化技术应用最集中的地方。
线材三厂的自动化控制系统网络详细情况如附录二所示。
但是在轧钢产线前面蓄热式步进加热炉和轧钢产线后面的风冷辊道都不在自动化控制系统中，而是单独操作使用的。
故整个工厂的全部控制简图五所示，下面几节将详细介绍各部分的控制原理。
图五线材三厂各部分控制元件框图
第二节生产线速度级联的主体思想
3.2.1速度级联控制原理
现代化的线材轧机正向着更高速度的集体传动连轧机组发展，连轧生产线材工艺的优越性已被公认。
连轧生产的发展，促进了连轧理论的建立和发展。
以“秒流量相等”条件为基本原理，引用轧制理论中有关公式，经过数学演绎建立了综合的连轧数学表达式。
在钢材的连轧机中，为保证成品质量，以成品机架（末机架）为基准机架，保持其速度不变，并作为基准速度设定，其前面机架速度根据金属秒流量相等的原理，自动按比例设定，在轧制过程中来自活套闭环控制的调节量、手动干预调节量，依次按逆轧制方向对前面的各机架速度做增减，实现级联控制。
速度级联控制是连轧生产线电气控制思想的精华，它充分的体现了钢材连轧生产的特点。
在轧制不同规格的钢材时，从轧制表中得到指定的末机架号，和该机架在此规格最高轧制线速度
，以及当前选择的轧制总量百分比
，计算出末机架速度
：
（1）
式
中限制在0~85%之内。
（为活套调节，手动干预调节及张力调节等留有15%余量）
根据各机架秒流量相等的原理有：
（2）
式中
——
为各机架孔型截面积；
为各机架线速度；
N为机架号
由
（2）式得：
（3）
由延伸率定义：
（4）
为n机架的延伸率，
>
1.则有
（5）
（5）式即为速度级联设定和级联调节的基本关系式。
由
（1）式计算出末机架速度，再根据（5）式计算出前面各机架速度，即可实现速度的自动设定。
在轧制过程中，保持末机架速度不变，来自动操作或手动干预也遵循
（2）或（3）式的关系，对各机架进行调节。
根据线速度和电机转速之间的关系，即可求得电机转速设定值N:
（6）
式中：
N：
电机转速设定值
I：
变速箱变速比
D：
轧辊直径
V：
轧辊线速度
第三节具体单调联调速度原理分析
在线材三厂的产线中，速度调节分为两部分，分别是以11H粗轧机和以精轧机为末机架的两部分。
这两部分的调节原理是相同的，现以粗轧机11H为末机架来说明速度的单调与联调过程及原理。
在生产中，如果发现11H轧机的速度偏慢时，主控台的操作人员会按选择11H轧机按钮，同时拨动增速的开关，这样要求增速的信号就发给了PLC，PLC的程序就开始处理速度的调节的要求将11H的速度增加。
这就是单调的过程，每一台轧机都可以实现单调。
当发现所有的轧机速度都偏慢时，则主控台的操作人员会对轧机进行联调，以11H为基准向上游联调，这时就必须按照联调的规律（上节已叙述）来实现了。
具体调节的的框图如所示（以前5架为例）：
图六速度级联原理框图
第四节具体应用程序实现速度级联
3.4.1速度调节控制的硬件部分
主控台的调节速度操作面板如图所示，对应的接入PLC输入端如表所示：
图七操作台的操作面板按钮
表二操作台的操作按钮对应PLC的输入端口
输入端点
标注
I4.0
粗中轧1H-11H启动
I5.0
1A飞剪启停
I6.0
选择联调
I7.0
选择4H轧机
I4.1
粗中轧1H-11H停止
I5.1
1A飞剪手//自动
I6.1
选择单调
I7.1
选择5H轧机
I4.2
粗轧5-7H启
I5.2
1A飞剪单切
I6.2
1A卡断剪
I7.2
选择6H轧机
I4.3
粗轧5-7H停
I5.3
1A飞剪碎断
I6.3
故障复位
I7.3
选择7H轧机
I4.4
中轧8H-11H启
I5.4
1B飞剪启停
I6.4
试灯
I7.4
选择8H轧机
I4.5
中轧8H-11H停
I5.5
1B飞剪手//自动
I6.5
选择1H轧机
I7.5
选择9H轧机
I4.6
轧机增速
I5.6
1B飞剪单切
I6.6
选择2H轧机
I7.6
选择10H轧机
I4.7
轧机减速
I5.7
1B飞剪碎断
I6.7
选择3H轧机
I7.7
选择11H轧机
I8.0
1-4H急停
I8.2
5-7H急停
I8.4
8H-11H急停
I8.6
1A飞剪急停
I8.1
I8.3
1B飞剪急停
I8.5
成组//单动
I8.7
开车警示
3.4.2程序功能简述
在扎线速度控制上，线材三厂是用SIEMENS公司的S7-400控制的,由于在产线上的轧机比较多，共有32台轧机，分为两部分1H-11H粗中扎区和12H-27H精轧机区。
工厂自动化控制系统图如附录二所示。
由于轧机较多，控制程序比较繁杂，故将产线缩小为5台轧机，模拟用程序控制其生产速度调节和速度级联。
程序功能简介：
在产线的控制程序中，主程序OB1循环调用单联调量、给定调节、轧机给定三个子程序，框图如所示
FC21:
单联调量子程序是实现对人工进行单调和联调的采集和处理。
对一台轧机而言它的调整量是单调和联调的总和，而联调是会对本台轧机之前的轧机有统调联调的一个分量影响。
单调联调量参数经过FC21处理计算好后便送给给定调节子函数（FC25）运算.
FC25:
给定调节子程序根据在本节前面已说明过速度级联思想运算处理得出每台轧机的调节总量的。
调节总量由轧机本身的设定速度和包括单调、联调、套高调节在内的总调节量两部分。
给定调节子函数就是将这两部分运算出具体轧机的运行速度。
FC26:
轧机给定子程序的作用时将给予轧机的实际速度处理成一个具体的数值存放起来（存放于DB11中），这些数据在通过通讯传给整流处理模块，控制整流可控硅的触发角来实现调速的。
（在下节叙述）
FC14；
增减子程序，在单联调量子程序中调用到的，它的作用是根据传入参数计算出单调量的大小和联调量的大小，同时输出到对应的存储单元中（单调量：
DB30.DBD0～DB30.DBD16，联调量：
DB30.DBD100～DB30.DBD116）
FC13:
给定转换子程序，在轧机给定子程序中调用。
它的作用是根据给定调节子程序运算号的给定速度运算出用于和直流调速装置通讯的数据，存放于对应的存储单元（DB11.DBW0～DB11.DBW8）
图八PLC控制程序的流程框图
第五节简述直流调速控制轧机运转
3.5.1直流调速装置简介
线材三厂的轧机电机直流调速装置是由以西门子6RA70为核心组成的调节部分和以西整的大功率晶闸管为核心组成的功率部分两部分通过可靠的嫁接技术共同组成的。
传动系统采用西门子6RA70装置扩容，均配有PROFIBUSDP通讯，西门子6RA70调速装置接收到S7—400PLC通过PROFIBUSDP网传来的处理过后的轧机速度数据，经过处理后西门子6RA70装置发出触发脉冲信号，信号通过放大电路发大后供给西整的大功率晶闸管，触发晶闸管导通，而后晶闸管的回馈电压电流信号再经过缩小处理后送给西门子6RA70装置，用于判断触发角大小等等。
这就是西门子6RA70装置与西整大功率晶闸管的嫁接技术。
具体工作流程示意图如下所示：
图九直流调速系统与PLC协同工作原理框图
3.5.2直流装置控制轧机运转原理简述
在前一节里已经通过程序说明了PLC如何控制生产线的速度级联和调节的，但PLC控制的信号数据处理好以后必须要使轧机按照数据的要求运转。
这时就需要与直流调速装置进行通讯。
在PLC处理的最后一个环节将给定的速度转换成具体的数字（0～16384）存储在速度给定值存储单元DB11中，每一个字里存储了一台轧机的实际速度。
通过PROFIBUSDP网与直流调速装置通讯时，直流调速装置将DP网中DB11中的数据读出。
然后
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