粗轧辊道变频控制优化-研究

木棉花钢花集团棒材分公司粗轧机间辊道变频控制优化研究目录选题理由国内外变频技术的发展及评估方案设计和试验过程、分析分析及结论一、选题理由存在的问题目前轧线布置的现实情况选题理由改后预期效果目前轧线布置的现实情况1.1棒材分公司的全连轧生产线在建时，由于考虑轧制优钢需要单根轧制单根上冷床，轧件需要在开坯后进行切断，因此轧线就形成了现有的前4台轧机与后面的连轧线形成脱头轧制关系，粗轧与中轧之间，即4架与4架之间存在一条约23米长的两组粗轧机间辊道，由于未形成真正的连轧关系，因此该辊道的顺利运行与否是保证整个轧线顺畅的关键。目前机间辊道存在的问题1.2预期效果1.３工艺理顺辊子磨损降低二、国内外变频技术的

发展及评估Page7Page7⑴国内外变频器主要品牌：①日韩系列：三菱、富士、松下、日立、安川、LG、等；②欧美系列：瑞士ABB、德国西门子、丹麦丹佛斯、美国爱默生等；③台湾系列：台达、爱德利、东元、普传；④国产系列：深圳英威腾、成都希望森兰、北京利德华福、成都日立、烟台惠丰、深圳科姆龙等⑵国际变频器行业发展现状：国内变频器市场是以外资品牌的进入而发端，直到2000年前后还占据着90%左右的市场份额。目前活跃在我国市场上的国产品牌占70%左右，但是市场份额仅占20%-25%，虽然内资品牌的市场份额在快速扩大，但大部分市场仍被十余个欧美品牌和日本品牌所占据。欧美品牌变频器增长迅速。欧美公司进入我国市场比较晚，但产品档次比较高、容量大，价格也比较高，其市场占有情况上升很快。⑶国产品牌与外资品牌的技术差异：我国变频器配套产业的实力相对较弱，总体上看国产品牌无论在技术、加工制造、工业设计等方面还是在资金实力方面，都与国外品牌存在差距，特别是与西门子、ABB两大巨头相比差距更加明显。近几年国内轧钢行业变频辊道普及速度加快，大量技术先进的变频器被应用到辊道调速中，棒材分公司通过对安宁永昌钢铁有限公司、昆明钢铁集团有限公司、玉溪新兴钢铁有限公司的棒材生产线进行考察后发现，以上公司加热、轧钢区所有辊道全部采用变频调速控制，设备运行稳定，故障率极低。评估三、方案设计和试验过程、分析１方案设计２试验过程３分析讨论三Page10棒材分公司粗轧机间辊道主要由22台普通2.4KW电机及相关辊子组成，位于轧制线4V轧机和5H轧机之间，共分为两组，分别命名为粗轧机间辊道一组（靠近4V）和粗轧机间辊道二组（靠近5H）。该辊道主要担负着将轧件从粗轧运送进中轧的至关重要的任务。一旦辊道出现故障，将严重影响轧制节奏。原粗轧机间辊道电机电气控制系统主要由一个接触器配电柜、一个现场操作箱、两个现场开关配电箱、主控室操作台相关控制开关及运行信号灯组成。当主控室操作台“粗轧一、二组开关”打到允许时，现场可以操作粗轧一、二组辊道正转，反转时不受主控室控制。正、反转均通过控制接触器吸合来控制现场电机以额定转速运行。两组辊道同时运行时，主控室操作台上指示灯亮。只有一组辊道运行时，指示灯呈闪烁状态。提醒相关人员进行处理。３．１方案设计－－－原理分析３．１方案设计－－－原因分析原电气控制系统采用较简单、传统的接触器控制，只能给电机提供单一的额定电压，所以电机只能在额定转速下运行。达不到工艺上提出的频繁变速的要求，致使电机辊子多数情况下处于较严重的磨损状态。不仅备件损坏较快，而且故障频繁，严重影响正常生产。所以粗轧机间辊道电机必须采用较先进的变频器控制。通过对目前各类先进变频器进行比较，选用了国际上较先进的西门子变频器G120系列，由于西门子产品稳定性好，性价比高，技术较成熟，加之棒材分公司运用西门子变频器Micromaster440系列已有了近8年历史，对西门子的编程语言及调试方法都有了较好程度的掌握，对常见故障处理也有了一定的维护经验，另外由于轧线总体网络为西门子400PLC系列，方便该系统能够快速并入总PROFIBUS-DP网。所以选用西门子产品能够确保项目的顺利实施。变频器功率模块选型：每一组辊道计算负荷为：2.4×11=26.4KW考虑到现场负荷较重，易出现卡阻等因素，将功率模块适当增大为37KW。订货号为：6SL3224-0BE33-7UA0。变频器控制单元选型：CU240E-2DP订货号为：6SL3244-0BB12-1PA1根据现场控制要求，变频柜分为两地控制，柜门上设内/外控转换开关。内控：主要供维护人员使用，可进行点动、调试等操作；外控：主要供现场操作人员使用，变频器及程序调试好后将开关打在外控，由400PLC自动控制辊道变速运行。３．１方案设计－－－设备选型Page13主控室wincc画面上设两个速度，需由主控人员根据当班4、5架轧机速度自行设定，分别为跟随4V轧机速度n4V、跟随5H轧机速度n5h。机1实际速度为粗轧机间辊道1组实际速度反馈值，机2实际速度为粗轧机间辊道2组实际速度反馈值，设定速度与实际速度值单位均为：米/秒。３．１方案设计－－－Ｗｉｎｃｃ——操作界面设计Page14在充分了解工艺需求的基础上，变频器自动化程序作如下设计：当4架开始咬钢，5架没有咬钢时，粗轧一、二组辊道速度延时（暂定为2秒）后采用跟随4V轧机速度n4V，当钢坯在粗轧辊道上运行，4、5架都没有咬钢时，粗轧一、二组辊道速度自动以1.02米/秒喂钢，当5架开始咬钢，4架没有咬钢时，延时（暂定为3秒）后，一、二组辊道采用跟随5H轧机速度n5h、当4、5架都处于咬钢状态时，粗轧一组速度采用n4V，粗轧二组速度采用n5h。

３．１方案设计－－－自动化程序设计３．１试验过程－－－第一阶段试验结果及分析：经两台变频器基本参数调试后，通过BOP-2操作面板启动辊道电机，两组辊道电机运行正常，通过上升及下降箭头按钮可以调节电机转速上升及下降，从而达到了预期的试验目标。试验过程：经过设计图纸并外委制作变频调速控制柜，该项目硬件准备工作于7月底准备就绪，7月30日正式进入项目实施。利用原粗轧传动室1#配电柜旁空缺位基础（800×1000），安装标准变频控制柜800×1000×2200。柜体安装及主回路连线完毕后，进入参数调试工作。课题组按照预先准备好的方案，严格进行变频柜的初步调试：一、电控柜接线查线，确保接线正确：变频器的输入和输出线未接反；制动电阻接线正确；辅助24V电源未接错。二、检查三相进线端（进线空开下口）和出线端（接电机端）确认无短路，电阻值较合理。三、上电，检查电源电压正常：合上控制回路，检查电压正常；再合上主回路，未发现异常现象，观察指示灯及BOP-2操作面板屏幕显示均正常。四、在BOP操作面板上操作（略）。五、电机试车（略）。变频柜安装、变频器参数调试３．２试验过程－－－第二阶段试验过程：硬件组态方面由于G120变频器属于较新的产品，必须下载相关的硬件GSD文件，否则Step7V5.4软件无法识别，根据购买的变频器控制单元可以查询到该产品实际版本为V4.4版，所以下载相关GSD文件G120_CU24x-2_DP_F_V4_4，安装到工控机上。在粗轧400PLC硬件组态的DP网中插入两组G120变频器，具体报文类型选择标准报文1（控制字和状态字均为2个），具体网址选择为:粗轧一组辊道11，粗轧二组辊道12号（注：不能跟已有网站重复），操作完毕后点击保存并且编译按钮，最后下载到粗轧400PLC中，即完成了变频器的硬件组态工作。组态完毕后的具体网络图见下图。变频器网络连接、硬件组态经过变频器的硬件组态后必须将变频器的实际DP网址设定和硬件组态上保持一致，G120变频器的网址设定有两种方法：1、通过DIP拨码开关设定，DIP拨码开关的设置优先于参数P0918；2、通过参数P0918设定，即将拨码开关全部拨至OFF状态，通过参数P0918进行设置。课题组经讨论后决定采用第二种设定方法。4.2.2试验结果及分析：在网络连接及硬件组态完成后，进行了监控硬件组态的试验，第一次监控的结果为11、12号站未连通，工控机的网络通讯画面显示“×”。仔细检查各设置后对硬件组态部分进行了再一次严格的编译和下载，操作完毕后，故障依旧。经课题组讨论后将变频器控制单元进行断电后重新上电运行，故障排除。两台变频器成功并入棒材分公司粗轧400PLC网络，从而达到了预期的试验目标。Page18试验过程：粗轧辊道改造的关键技术问题在于粗轧400PLC程序的编制，摆在课题组面前的有两个技术难点：难点一难点二调速涉及到4架、5架的咬钢判断，因原4架轧机控制程序在粗轧400PLC中，所以咬钢信号容易获取，而5架轧机程序位于中、精轧400PLC，需要将5架咬钢信号从中、精轧PLC传至粗轧PLC中。由于工艺上的不同要求，粗轧一、二组辊道需根据4、5架轧机咬钢情况随时变换速度，所以需要将不同情况下的一、二组辊道速度分别给定后再通过一个相同的中间变量统一换算成变频器需要的速度给定。３．２试验过程－－－第三阶段变频调速程序编制、下载、调试及Wincc画面制作Page19在OB1中正确调用新编辊道程序FC93正确下载SFB中命名的背景数据块DB81针对调试中主要程序故障的解决办法将辊道速度换算为变频器认可的标准格式修改语句残缺等算法错误试验过程：第三阶段试验过程主要是调试程序的过程，在试验过程中，先后出现了①程序功能块FC93监控不上；②5架咬钢信号无法正确传送；③辊道实际速度反馈值显示不正确等多种程序故障，通过课题组集体研究讨论，很快找到了故障点。找到程序故障点后，课题组对其进行了一一正确处理。经处理后程序运行完全正常。能够实现粗轧一、二组辊道的所有调速功能，成功解决了改造前粗轧辊道速度单一的状况，从而达到了预期的试验目标。经过2个月的热负荷试运行，粗轧一、二组辊道能够按照程序要求进行精确调速，辊子及电机损耗大大降低，因辊道损坏导致的故障时间暂时没有出现过，电气故障率也大大降低。四、结论及讨论Page21⑴粗轧机间辊道变频控制优化研究成功解决了原粗轧辊道速度单一、电机及辊子损耗较快的问题。从目前运行情况来看，PLC及变频器控制精确、系统稳定可靠，能够满足较复杂的变速要求，对于偶尔出现辊道卡阻的情况，变频器也能精确报出F00001过电流等故障而自动停机。课题组将继续观察整个系统的运行状况，以便推广到今后的技术改造中。讨论一Page22⑵对于程序中延时时间、喂钢速度给定、变频器中斜坡上升时间、主控室Wincc画面中速度给定等具体参数的精确设定值，课题组将继续予以关注研究，以便整个系统达到一个最优的运行状态。讨论二Page23一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月第一阶段：项目筹备阶段第二阶段：图纸设计、修改、硬件准备阶段第三阶段：程序设计、修改、项目实施阶段热负荷试运行阶段稳定运行阶段2013年Page24变频改造效果展示4架轧机5架轧机粗轧机间辊道机间一组电机11台机间二组电机11台（