752改造方案2.docx

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752改造方案2

东北特钢

大连基地精密合金有限公司

电气系统改造工程

改造方案

大连祺峰科技有限公司

2011年3月

精密合金设备搬迁改造方案

前言

东北特钢集团精密合金制造有限公司的带坯机、中四辊、圆盘剪、拉矫机等三台设备到目前为止已经运行十几年，现有控制方式都是模拟调速控制，该控制技术已经属于淘汰技术，并且器件已经落后、老化，这些已经大大影响了设备的运行状况，增加了维护人员的维护工作量，搬迁后可能再无法继续正常运行。

所以利用这次搬迁改造的时机，特钢集团决定对这几台设备进行电气升级改造工作，鉴于此，我们经过到现场对设备的实际深入研究，并结合原有资料以及通过与技术人员的沟通了解，本着恢复设备原有工艺性能及升级电气部分软硬件，降低维护人员维护工作时间和强度、简化操作人员操作，提高生产效率的原则，我们拟定如下改造方案：

1、方案主体架构

1可编程控制器的选择：

西门子S7-400PLC系统，并配以ET200M采用分布式I/O控制方式，此系统功能强大，技术先进，可完全满足当前设备工艺要求，并利于设备以后的功能增加升级的需要。

2调速装置的选择：

西门子SIMOREGDCMASTER6RA70系列直流调速系统，该调速系统具备完善成熟的速度、转矩、张力等控制功能，提供了丰富的自选功能软件，可满足用户需要的各种功能。

交流电机选用6SE70系列变频器，该系列变频器已经在市场上推行十多年了，是很成熟的产品。

3通讯方式的选择：

PROFIBUS-DP总线技术结合以太网通讯技术，以及6RA70装置之间的PEERTOPEER通讯，可充分满足设备内部、设备与设备、设备与厂区上位系统间数据共享。

3工控机及人机界面：

西门子的WINCC上位系统，友好的人机界面，可方便的实现设备运行状态的监控、参数设定、故障排查等功能。

4标准化的电气图纸资料：

采用当前国际上使用最为广泛的电气专业制图软件E-PLAN进行制图和报表。

5本地化的技术力量方便双方的技术交流及以后设备的技术支持。

2、设备现场工况

（一）带坯机

1、设备基本机械参数

1．1．主机：

坯料规格：

30-50×80-350（mm）

成品规格：

（2.5-35）×（80-350）（mm）

工作辊规格：

（Φ175~Φ190）×500（mm）

支撑辊规格：

（Φ430~Φ450）×500（mm）

轧制速度：

<1.0（m/s）

主减速机速比：

5

齿轮机座速比：

2.35

1．2．压下：

最大轧制压力：

1600kN

压下蜗轮蜗杆速比：

52

1．3．轧机工作辊道：

辊子规格：

Φ140×500（mm）

减速机速比：

2.356

转速：

900rpm

辊道长：

4900×3

用途：

轧机工作辊道将轧件反复送入轧机，配合轧机轧制。

1．4．轧机运输辊道：

辊子规格：

Φ140×500（mm）

减速机速比：

2.359

转速：

900rpm

辊道长：

5000×2

用途：

轧机前运输辊道将轧件送入工作辊道，配合轧机轧制。

后运输辊道将直条送入辊道剪或卷曲机。

2、直流电机参数与工作方式

2．1．主电机：

ZD161-1801台

320KW440V800A励磁220V15.08A400/1000rpm调速控制

2．2．压下电机：

ZZY-411台

16KW220V86A励磁220V1.945A700rpm调速控制（快慢压下）

2．3．轧制辊道电机：

ZZ-322台

9KW220V51A励磁220V1.8A与主机联动

3、电源条件

主电源条件：

频率：

50Hz±1Hz

中压：

AC10.5KV+10%~-10%3PIT

低压：

AC380/220V+10%~-10%3PTN-C-S

（二）拉矫机

1设备基本机械参数

1．1．主机：

矫直机矫直辊宽度：

500（mm）

带材厚度：

100×350（mm）

带材厚度：

0.1-0.5（mm）

钢带规格：

0.1-0.5×100-350

机组速度：

4~40（m/min）

1．2．开卷/重卷机：

开卷卷筒直径：

Φ370~Φ420（mm）

卷取卷筒直径：

Φ392~Φ400（mm）

卷材最大直径：

Φ700（mm）

卷取段张力范围：

2~15（KN）

矫直段最大张力：

60（kN）

1．3．调节机：

调节机调节比：

0.4~2.0%

延伸方向：

钢带前进方向右侧

2、直流电机参数与工作方式

2．1．主电机：

Z2-1011台

40KW220V212A励磁220V5A750rpm调速控制

2．2．开卷/重卷机：

Z2-812台

13KW220V72.1A励磁220V2.5A750rpm调速/转矩控制

2．3．调节机：

Z2-521台

3KW220V17.5A励磁220V1.2A750rpm调速控制

3、电源条件

主电源条件：

频率：

50Hz±1Hz

中压：

AC10.5KV+10%~-10%3PIT

低压：

AC380/220V+10%~-10%3PTN-C-S

辅助电源条件：

配电系统控制电压：

220VAC、24VDC

（三）、中四辊

1、生产线基本机械参数

1．1卷取：

卷取卷径：

Φ400~Φ700（mm）

减速机速比：

4.5

功率：

30×2105×2

最小张力：

4.2~4.5kN

最大张力：

18~20kN

1.2主机：

坯料规格：

1×250（mm）

成品规格：

（0.1-0.4）×（60-250）（mm）

工作辊规格：

（Φ75~Φ90）×350（mm）

支撑辊规格：

（Φ340~Φ350）×350（mm）

轧制速度：

0.3~1.5（m/min）

减速机速比：

3.1

1.3压下电机：

最大轧制压力：

1200kN

一级蜗轮蜗杆速比：

40

二级蜗轮蜗杆速比：

40

2、直流电机参数与工作方式

2.1．主电机：

ZKG-121-1B1台

100KW440V260A励磁220V8.06A500/1200rpm调速控制

2.2．卷取电机：

ZD122-22台

105KW220V525A励磁220V10A640rpm调速/转矩控制

2.3．压下电机：

Z-452台

4.5KW220V22.6A励磁220V0.8A1500rpm调速控制

（四）圆盘剪

1、设备基本机械参数

卷筒直径：

400（mm）

齿轮箱速比：

1：

3.125

涡轮箱速比：

1：

56

剪切范围：

0.05-1.5×10-450（mm）

剪切速度：

0-1.48m/s

2、直流电机参数

2．1．主电机：

Z2-711台

17KW220V91A励磁220V1500rpm

2．2．卷取机：

Z2-611台

10KW220V53.5A励磁220V1500rpm

2．3．卷取机2（卧式）：

Z-281台

1.6KW220V9.5A励磁220V750rpm

3、设备具体改造方案

（1）带坯机

1整体改造描述

1．1增加PLC控制系统，采用西门子S7-400（CPU416-2）,并配以ET200M远程I/O采用分布式I/O控制。

PLC柜内和操作台里面分别安装有ET200M分布式IO。

增设profibus通讯模块用于直流传动装置和变频器的通讯连接。

增设以太网通讯处理模块和交换机，为PLC预留以太网接口。

1．2主机速度由原先的开关量分级速度控制改为西门子6RA70直流调速装置，模拟量无级连续控制。

1．3将原有直流压下电机改为交流电机，采用西门子6SE70变频调速控制，增加编码器和检测元件，实现压下高度调整自动手动两种控制模式。

1．4将原有直流辊道电机改为交流电机，可实现工作辊道和输送辊道的启停控制。

1．5重新制作柜体和操作台，并增加操作屏，所有低压电器元件采用施耐德品牌。

2系统网络图

带坯机系统图

3操作台设置

3.1.操作台上设送电按钮及上电指示。

3.1.操作台上有单动/联动方式选择开关来选择设备工作方式。

3.2.单动方式下，通过操作台各操作按钮实现各个机构的单动运行。

如打卷机、推钢机、终端辊道、润滑系统、加热炉风机启停按钮和油泵电机启停按钮等

3.3.联动方式下，通过主令控制器实现轧制主机与前后输送辊道的联动运行，并控制轧制方向及主机平滑速度给定。

3.4.压下辊位置调整由操作台上按钮实现，并在显示屏上显示压下辊位置值。

3.5.操作台上设有正常停车和紧急停车按钮。

紧急停车按钮用于当系统出现异常情况时，操作人员的非常操作，以保护设备及人员安全。

急停操作按钮采用红色蘑菇头按钮。

3.6.显示屏采用西门子品牌，用于显示设备运行状况和报警信息。

如轧制方向、主机运行速度、电流、下压位置等。

4、压下调整

在带坯机压下螺杆轴的轴端或者电机轴端安装抗震型SSI接口的绝对位置编码器，连接到PLC系统安装的SSI接口模块，取得跟辊缝相关的编码器码值，计算出实际辊缝大小，显示到触屏上。

便于手动调节辊缝时观察。

PLC可实现自动调节辊缝。

为了实现辊缝的按道次自动调节，需要编制专门的PLC程序和触屏操作和显示画面,来实现这一功能。

5操作控制和显示

5.1工作方式选择

主机和压下分别在操作台上有单动联动选择开关来选择轧制方式。

通过转换开关控制机前辊道左右、机后辊道左右、出炉辊道左右的控制。

控制系统启停、快速压下、慢速压下、出钢机、刷子机、立辊机的运转。

设置电铃、报警和消音。

设置指示灯、和操作屏显示设备运行状况和运行参数。

5.2轧制方向和速度控制

轧机操作设置向左轧制/向右轧制工作状态，在操作台上采用主令控制器给定速度控制主机轧制速度和方向信号。

主令控制器给定0-10V信号控制主机轧制速度，方向信号控制主机和工作辊道的轧制方向。

5.3急停操作、快停操作

当系统出现异常现象，操作人员一时无法判别故障缘由或无法排除故障时采取的非常操作。

急停（快停）操作按钮采用红色自锁或蘑菇头按钮，安装在操作台。

5.4辅助工艺设备的操作控制

根据工艺要求设计，如打卷机、推钢机、终端辊道、加热炉风机启停按钮和油泵电机启停按钮等

5.5系统保护

应具有系统保护功能，系统或者某设备出现故障，可能对系统设备或轧制工作造成不良后果，应有故障报警和相应的自动保护停车等功能。

故障复位、解音控制按钮、故障指示等设在操作台上，电铃设置操作台内。

5.6系统显示

量值显示：

包括主机速度、压下速度、压下位置、电枢电流和轧制方向等。

灯光指示：

包括直流传动、辅助设备的工作指示及各环节的故障显示。

5.7具有上位机通讯功能和能源采集功能。

（2）拉矫机

1、整体改造描述

1.1增加PLC控制系统，采用西门子S7-400（CPU416-2）并配以ET200M远程I/O采用分布式I/O控制。

PLC柜内和操作台里面分别安装有ET200M分布式IO。

1.2增设profibus通讯模块用于直流传动装置和变频器的通讯连接。

1.3PLC设置ethernet模块，通过光纤接口交换机，连接HMI操作台显示屏、工控机、网络打印机和WINCC人机界面系统，为实现车间级现场以太网局域网络提供接口，可实现生产能源管理所需数据交换和报表打印。

1.4将原有的模拟电路的驱动系统改为西门子6RA70全数字式直流传动系统。

1.5将原有测速发电机式速度反馈方式全部改为编码器数字脉冲式反馈方式，提高信号反馈精度。

1.6重新制作柜体和操作台，并增加工控机和操作屏，所有低压电器元件采用施耐德品牌。

2、系统网络图

拉矫机系统图

3、操作台设置

3.1操作台上设送电按钮及上电指示。

3.2操作台上有单动/联动方式选择开关来选择设备工作方式。

3.3单动方式下，通过操作台各操作按钮实现各个机构的单动运行。

3.4开卷和收卷机构设置张力控制和带有转矩限幅的速度控制，以适应不同工况的运行需要。

3.5设备的速度、延伸率、张力等信息由操作旋钮和显示屏配合给定及显示。

3.6操作台上设有正常停车和紧急停车按钮。

紧急停车按钮用于当系统出现异常情况时，操作人员的非常操作，以保护设备及人员安全。

急停操作按钮采用红色蘑菇头按钮。

3.7显示屏采用西门子品牌，用于显示设备运行状况和报警信息。

如延伸率、张力的设定、电机电流显示、运行状态等。

3.8系统预留上位接口。

4、延伸率和张力控制的实现

为实现拉矫机的延伸率和张力的实时控制，保证设备运行的稳定性，传动系统采用西门子的6RA70系列全数字直流调速装置，每台6RA70交流进线配有进线电抗器，基本结构为标准的电流内环.速度外环双闭环控制系统，卷取和开卷外加转矩限幅，基速以下，调整电枢电压调速,在基速以上减弱电动机磁场调速。

可保持弱磁情况下的转矩恒定。

每台电机后的编码器将做为调速器的速度反馈。

操作人员通过显示屏设定延伸率，PLC系统通过高速计数模块读取装在S辊上的编码器值，结合给定延伸率进行建模，计算出调节电机给定速度并通过PROFIBUSDP通讯的方式将速度传送给调节电机调速器，以实现延伸率的闭环控制。

在主机和调节机之间，6RA70全数字直流调速装置之间通过PEER-TO-PEER接口互相传递两个S辊的速度、计算速度差和延伸率，通过PID算法计算出调节机速度给定，实现延伸率闭环控制。

或者将两个S辊的编码器信号直接接到PLC上，由PLC计算速度差和延伸率，通过PID算法计算出调节机速度给定，通过PROFIBUS传递给调节机，实现延伸率闭环控制。

同时主机6RA70装置通过PEER-TO-PEER接口传递速度给定信号和控制信号给开卷和卷取机，各个电机之间达到速度跟踪、卷径自动调整和转矩控制的目的。

或者通过PROFIBUUS接口由PLC协调给定，同样也能实现以上目的。

见下图

张力控制采用间接张力控制系统，即按最大力矩控制方式进行，保证卷取或开卷张力恒定。

在加减速过程和小张力卷取时，采取动态转矩补偿和空载转矩等补偿措施，以减小动态转矩Md和空载转矩M0对张力的影响。

6RA70装置内部提供了摩擦补偿和转动惯量补偿功能，通过参数设置，将该功能的输出值按一定比例叠加到转矩限幅，从而实现动态转矩补偿和空载转矩补偿。

通过主机和卷取机的速度进行数学建模计算出卷径，修正最大转矩限制值从而修正卷径对张力的影响，保持张力恒定，同时由卷径来判断钢带的带头带尾。

在联动或自动状态时，系统设有断带保护，当张力消失时，控制系统自动停车。

6RA70全数字直流调速装置具有完善的报警和故障诊断功能，能对报警和故障的历史事件进行记录和查询，报警故障类型非常全面。

不仅具有缺相、励磁回路故障、欠压、过压、电网频率超限、测速机故障和超速等故障监控，还有其他众多报警和监控。

5操作控制和显示

5.1工作方式选择

主机、开卷、卷取分别在操作台上轧制/停止/冲动选择开关来选择轧制方式。

轧制状态：

主机轧制速度可由电位计连续设定轧制速度（或加、减速、停止按钮来控制主机速度）。

左右卷取机可分别独立操作轧制工作状态，当置于轧制状态，可分别与主机架完成轧制张力的建立，张力的大小由给定电位器设置。

停止工作状态：

主机处于停止状态，控制系统只封锁主机电控装置，左右卷取仍可有效选择其他工作状态。

左右卷取停止状态时，控制系统封锁其电控装置。

冲动状态：

主机、左右卷取处于“冲动”工作状态时，可通过左、右冲动选择开关控制左右冲动工作，完成上料、卸料、穿带等工艺操作。

冲动速度由传动系统软件参数设定。

当系统处于换辊或其他维护状态时，主机、左右卷取均应处于停止工作状态。

5．2轧制方向控制

轧机操作设置向左轧制/向右轧制工作状态，在操作台上采用三位开关控制机组轧制方向及卷取机的工作状态。

5．3调节机控制

延伸率调节电机，通过操作台延伸率给定设置作为调节机的速度给定。

两个s辊之间速度差为延伸率的实际值。

5．4急停操作、快停操作

当系统出现异常现象，操作人员一时无法判别故障缘由或无法排除故障时采取的非常操作。

急停（快停）操作按钮采用红色自锁或蘑菇头按钮，安装在操作台。

5．5辅助工艺设备的操作控制

根据工艺要求设计，如机架灯等

5．6系统保护

具有系统保护功能，系统或者某设备出现故障，可能对系统设备或轧制工作造成不良后果，应有故障报警和相应的自动保护停车等功能。

故障复位、解音控制按钮、故障指示等设在操作台上，电铃设置操作台内。

5．7系统显示

量值显示：

包括拉矫直速度，主机、开卷、卷取机电枢电流，左右卷取张力（电流）值等，延伸率值。

灯光指示：

包括直流传动、辅助设备的工作指示及各环节的故障显示。

5.8上位机通讯功能和能源采集功能。

（3）中四辊

1整体改造描述

1.1增加PLC控制系统，采用西门子S7-400（CPU416-2）并配以ET200M远程I/O采用分布式I/O控制。

1.2PLC柜内和操作台里面分别安装有ET200M分布式IO。

1.3增设profibus通讯模块用于直流传动装置和变频器的通讯连接。

1.4PLC设置ethernet模块，通过光纤接口交换机，连接HMI操作台显示屏、工控机、网络打印机和WINCC人机界面系统，为实现车间级现场以太网局域网络提供接口，可实现生产能源管理所需数据交换和报表打印。

1.5将原有的模拟电路的驱动系统改为西门子6RA70全数字式直流传动系统。

1.6将原有测速发电机式速度反馈方式全部改为编码器数字脉冲式反馈方式，提高信号反馈精度。

1.7重新制作柜体和操作台，并增加工控机和操作屏，所有低压电器元件采用施耐德品牌。

2、系统网络图

3、操作台

3.1操作台上设送电按钮及上电指示。

3.2操作台上有单动/联动方式选择开关来选择设备工作方式。

3.3单动方式下，通过操作台各操作按钮实现各个机构的单动运行。

3.4开卷和收卷机构设置张力控制和带有转矩限幅的速度控制，以适应不同工况的运行需要。

3.5轧制辊缝的调整操作按钮，和辊缝初始化操作等功能按钮。

配合触屏的辊缝的数值显示，

3.6设备的速度、张力等信息由操作旋钮和显示屏配合给定及显示。

3.7操作台上设有正常停车和紧急停车按钮。

紧急停车按钮用于当系统出现异常情况时，操作人员的非常操作，以保护设备及人员安全。

急停操作按钮采用红色蘑菇头按钮。

3.8显示屏采用西门子品牌，用于显示设备运行状况和报警信息。

如辊缝、张力的设定、电机电流显示、运行状态等。

4、轧制辊缝和张力控制的实现

PLC系统通过SSI接口模块读取装在压下螺杆轴上的绝对编码器值，然后通过显示屏显示轧制辊缝，操作人员通过显示屏设定辊缝大小，自动或者手动调整轧制辊缝。

在往复轧制的过程中，为实现左右卷取张力的实时控制，保证设备运行符合技术要求，传动系统采用西门子的6RA70系列全数字直流调速装置，每台6RA70交流进线配有进线电抗器，基本结构为标准的电流内环.速度外环双闭环控制系统，卷取和开卷外加转矩限幅，基速以下，调整电枢电压调速,在基速以上减弱电动机磁场调速。

可保持弱磁情况下的转矩恒定。

每台电机后的编码器将做为调速器的速度反馈。

张力控制采用间接张力控制的方式，即按最大力矩控制方式进行，保证卷取或开卷张力恒定。

在加减速过程和小张力卷取时，采取动态转矩补偿和空载转矩等补偿措施，以减小动态转矩Md和空载转矩M0对张力的影响。

6RA70装置内部提供了摩擦补偿和转动惯量补偿功能，通过参数设置，将该功能的输出值按一定比例叠加到转矩限幅，从而实现动态转矩补偿和空载转矩补偿。

6RA70装置通过PEER-TO-PEER接口传递速度给定信号和控制信号给开卷和卷取机，各个电机之间达到速度跟踪、卷径自动调整和转矩控制的目的。

或者通过PROFIBUUS接口由PLC协调给定，同样也能实现以上目的。

见下图

通过主机和卷取机的速度进行数学建模计算出卷径，修正最大转矩限制值从而修正卷径对张力的影响，保持张力恒定，同时由卷径来判断钢带的带头带尾。

在自动状态时，系统设有断带保护，当张力消失时，控制系统自动停车。

6RA70全数字直流调速装置具有完善的报警和故障诊断功能，能对报警和故障的历史事件进行记录和查询，报警故障类型非常全面。

不仅具有缺相、励磁回路故障、欠压、过压、电网频率超限、测速机故障和超速等故障监控，还有其他众多报警和监控。

5操作控制和显示

5.1工作方式选择

主机、开卷、卷取分别在操作台上轧制/停止/冲动选择开关来选择轧制方式。

轧制状态：

主机轧制速度可由电位计连续设定轧制速度（或加、减速、停止按钮来控制主机速度）。

左右卷取机可分别独立操作轧制工作状态，当置于轧制状态，可分别与主机架完成轧制张力的建立，张力的大小由给定电位器设置。

停止工作状态：

主机处于停止状态，控制系统只封锁主机电控装置，左右卷取仍可有效选择其他工作状态。

左右卷取停止状态时，控制系统封锁其电控装置。

冲动状态：

主机、左右卷取处于“冲动”工作状态时，可通过左、右冲动选择开关控制左右冲动工作，完成上料、卸料、穿带等工艺操作。

冲动速度由传动系统软件参数设定。

当系统处于换辊或其他维护状态时，主机、左右卷取均应处于停止工作状态。

5．2轧制方向控制

轧机操作设置向左轧制/向右轧制工作状态，在操作台上采用三位开关控制机组轧制方向及卷取机的工作状态。

5．3压下电机控制

压下电机，通过操作台单动联动控制压下工作方式。

电位器给定设置作为压下电机的速度给定。

5．4急停操作、快停操作

当系统出现异常现象，操作人员一时无法判别故障缘由或无法排除故障时采取的非常操作。

急停（快停）操作按钮采用红色自锁或蘑菇头按钮，安装在操作台。

5．5辅助工艺设备的操作控制

根据工艺要求设计，如机架灯等

5．6系统保护

具有系统保护功能，系统或者某设备出现故障，可能对系统设备或轧制工作造成不良后果，应有故障报警和相应的自动保护停车等功能。

故障复位、解音控制按钮、故障指示等设在操作台上，电铃设置操作台内。

5．7系统显示

量值显示：

包括拉矫直速度，主机、开卷、卷取机电枢电流，左右卷取张力（电流）值等，延伸率值。

灯光指示：

包括直流传动、辅助设备的工作指示及各环节的故障显示。

5.8上位机通讯功能和能源采集功能。

（4）圆盘剪

1整体改造描述

1．1将原有直流电机全部更换交流电机，并采用西门子6SE70变频器或者G120变频器实现变频调速控制。

1．2重新制作柜体和操作台，所有低压电器元件采用施耐德品牌。

2、系统网络图

圆盘剪系统图

3、操作台及操作控制

3.1操作台上设送电按钮及上电指示。

3.2操作台设定收卷方式切换按钮，以实现不同情况下的收卷要求。

3.3操作台设定各个机构启停按钮及速度给定旋钮，以实现操作人员的实时启停和速度实时给定操作。

3.4操作台上设报警故障指示灯。

3.5操作台上设有正常停车和紧急停车按钮。

紧急停车按钮用于当系统出现异常情况时，操作人员的非常操作，以保护设备及人员安全。

急停操作按钮采用红色蘑菇头按钮。

4、系统显示

4.1量值显示：

包括主机、卷取机、卷取机2电枢电流。

4.2灯光指示：

包括直流传动的工作指示及故障显示。

4、技术文本和培训服务

提供印刷版及光盘形式的电子版。

技术资料份数：

电子版一式1份，文件、手册等文字资料一式3份。

技术资料语言：

中文。

图纸规格与单位：

图纸规格尺寸一律采用国际A号系列，图纸标注单位一律采用标准国际单位制（SI）。

提供技术培训、操作培训和现场指导。

电气部分图纸资料的交付包括：

1设计资料