【论文摘要】针对700mm热连轧机组生产工艺要求，对其电气自动化控制进行方案设计；选用西门子6RA70系列全数字调速装置，西门子S7-400PLC进行系统控制，组成二级网络控制；并阐述了精轧电气控制速度主令控制方式，提出了控制方案。
1、工艺设备要求
1.1.生产线示意图
1.2. 生产线功率要求及控制要求
1.2.1、 工艺要求：坯420~660×165～180；出口成品：560～700×2.0～5.0；
成品速度：10m/s
1.2.2、 要求生产线上各工序都有控制接口
1.2.3、 除鳞：高压水位旋转水
1.2.4 、26组辊道：3.2KW，26个异步电机
1.2.5 、5道可逆轧机750（二辊）：
立辊，低速直流电机450KW（0～60～120）
平辊，低速直流电机5000KW（0～60～120）或2个2500KW
1.2.6 、56组辊道：3.2KW；56个异步电机
1.2.7 、滚动飞剪：低速直流电机480KW
1.2.8 、不可逆轧机：立辊，高速直流电机250KW（0～600～1200）
平辊（1～2辊径：二辊650）：2200KW（2个）
（3～4辊径：四辊650，320）：2200KW（2个）
（5～8辊径：四辊650，320）：2000KW（4个）
活套电机：22KW直流电机，7个
1.2.9 、120组辊道：1.2KW，120个异步电机
1.2.10、 收卷：低速直流电机：160KW，2个；最大单卷5.2吨，芯子800～1200
1.2.11 、液压AGC，APC
1.2.12 、主控室与操作台；两级网络
2.总则
2.1前言
根据用户对700mm带钢热轧连轧机组基本的工艺控制要求，编写本初步电气自动化控制技术方案。
2.2 技术方案原则
本电气控制技术方案“采用先进、成熟、安全、可靠并经济节能的控制技术，系统自动化程度达到二十一世纪初先进水平”为目标，编写本技术方案。在技术方案的制定及系统的配置中，既考虑到整个系统的先进性，使该项目建成后具有二十一世纪初国际先进水平，又充分考虑到系统配置的实用性及可升级性，尽量节省项目投资，使整个系统具有优良的性能价格比。
2.3 电气方案环境
● 环境： 室内
● 安装高度： 海拔≤1600M
● 湿度： 5%-95%，非冷凝
● 存贮温度: -40ºC至＋40ºC
● 操作温度：
电机 0－40ºC
控制系统 0－40ºC
操作系统 0－40ºC
● 电压波动： ±10%额定值
● 频率波动： ±3%额定值
3. 700mm热轧连轧机组生产工艺及控制过程
3.1、板坯从加热炉前由传送辊道和平板推钢机送入加热炉，加热完成的板坯由出口处推钢机或步进梁出钢机放入除鳞前辊道。板坯经除鳞和温度检测后进入粗轧机。5道次可逆轧机控制考虑上下辊两台电机（2*2500KW）单独传动，咬钢和抛钢以及轧制的过程控制，在这里就不详细描述了，主要对精轧控制部分加以详细阐述。
3.2、 精轧机组所控设备描述
精轧区控制的主要设备有平辊8机架、电动活套7台（套高控制）和1架立辊。8架精轧机各自分别由一台直流电动机（2200KW/2000KW两种容量的电机）进行驱动。根据轧制品种的需要，每台轧机可选为轧制/空过。在实际轧制过程中，轧机按照规定的速度匹配关系，轧制不同规格的带钢。7台活套各自分别由一台直流电动机（22KW, 轻惯量力矩电机）进行驱动。在带钢轧制过程中，对活套进行套量（活套高度）及小张力控制，以避免堆、拉钢现象。压下装置，本技术方案中对压下系统装置以液压控制加以描述，8架轧机每架2套液压缸并由内安装的位移传感器进行压下量控制（AGC）。
3.3、 精轧机组所控设备位置检测元件
脉冲发生器:用于轧件跟踪，位置检测，速度反馈；8架精轧机分别各自装备一只。轧机压头（LOAD CELL），用于检测轧机轧制力，8架精轧机各自分别装备两只。由电控装置送给PLC信号并进行控制。压下装置位移传感器，8架精轧机每架2套。
3.4、 主速度级联系统（精轧机架的速度主令控制）
3.4.1、 秒流量方程
为了保证轧制过程的正常进行，必须使得在单位时间内通过各机架的金属流量相等，即各机架上轧件的横截面积与金属流动速度的乘积相等，即为：
B1h1v1 = B2h2v2 = … = Bihivi = 常数
式中 Bi―第i机架出口处带钢的宽度
hi―第i机架出口处带钢的厚度
vi―第i机架出口处带钢的速度
i ＝ 1, 2, 3, …，n
在实际生产过程中，由于带钢的宽度与厚度之比值很大，可以认为带钢在各机架上的宽度不变，因此，秒流量公式可简化为：
h1v1 = h2v2 = … = hivi = 常数
速度设定一般由过程计算机根据轧制工艺状况，以及设备能力情况，按照负荷分配得到各机架出口厚度，并根据终轧温度确定末机架出口速度Vn后，用秒流量方程反推出各机架速度设定值。由于带钢在轧制过程中存在前滑，带钢速度与轧辊速度之关系如下：
Vi = Voi（1+fi）
进而， Voi ＝ hn*(1+fn) * Von /（hi*(1+fi)）
式中 fn― 末机架的前滑值
fi― 第i机架的前滑值
Voi― 第i机架的轧辊线速度
Von― 末机架的轧辊线速度
秒流量方程仅仅适用于稳定轧制状态。在实际轧制过程中，要保持各机架的“秒流量”相等，会受到很多工艺因素制约，况且各工艺参数之间还存在比较复杂的关系。当对机架间活套进行调节时，各机架的秒流量便不再相等。
3.4.2、 轧机主速度设定
热连轧精轧机组主速度系统由速度整定及速度调节两部分构成。速度整定用于穿带前将各机架速度调整到设定值，而速度调节则是穿带后的动态调节，各机架间的速度级联便是速度调节部分的一个重要功能。下图为精轧机组主速度系统的功能框图。
主速度的整定及调节由速度主令控制程序完成。
主速度整定在下列不同情况下采用不同的斜率：
1）正常从停止状态到某一速度运行时
2）换规格时，从某一速度值修正到另一速度设定值
3）正常停车
4）紧急停车
5）快速停车
3.4.3、 轧机主速度调节
速度调节包括手动微调、活套高度闭环调节、AGC调节补偿以及下游机架的级联补偿。如此，第i机架的速度调节量可用下式来表达：
△Vi ＝ △ViR＋△ViAGC ＋△ViLC ＋△Vis
式中 △ViR ― 人工速度精调量
△ViAGC ― AGC速度补偿量
△ViLC ― 活套高度闭环调节量
△Vis ― 下游机架来的级联调节量
i表示第i机架〔i = 1 ∽ （n－1）〕，n为末机架。末机架的速度作为基准值而不调节，调节时的级联方向是下游向上游机架进行，即所谓逆调。稳定的精轧出口速度对于轧机与卷取机的匹配和终轧温度的控制均为有利。
在实际控制过程中，每个控制周期均按照轧线的逆流方向逐机架计算级联量，以保证各机架级联调节信号无滞后地进入各机架速度输出中，以保证轧制过程的稳定性。
3.5、 活套控制
3.5.1、 活套功能描述
该热连轧系统共有7套活套器，分别位于8架精轧机之间，用于带钢的张力控制。每个活套器由1台直流电机驱动。
由于在轧制过程中，精轧机主传动系统总是存在着咬钢时的动态速降，在稳定轧制阶段又总是存在着各种干扰，不可能始终保持各机架之间良好的速度匹配关系。活套机构就是为了检测到这些偏差，检测到机架间的活套量进而吸收这些活套量，使得生产正常、稳定。
3.5.2、 活套控制基本功能
1)活套的连锁和顺序控制
2)活套起套时的位置控制、软接触控制
3)活套落套时的小套控制、软着陆控制
4)带钢微张、恒张的张力控制
5)活套手动起/落套控制
6)轧制过程中相关数据监控
7)活套位置检测
8)故障检测并报警
活套控制主要包括活套起/落套控制、活套张力控制和活套高度调节(在PLC2中实现)。根据轧件在精轧机组中的轧制过程一般是按咬钢、形成连轧、建立连轧张力、稳定连轧、抛钢的顺序进行,活套控制分为三个基本阶段：起套至带钢张力形成、活套小张力连轧（高度闭环控制）、落套阶段。
3.5.2.1、 起套并开始形成张力
起套至带钢张力形成阶段主要是指带钢头部被轧辊咬入开始，一直到带钢在机架之间建立张力之前的阶段。在整个连轧过程中，这段时间很短，约为1秒钟左右。轧件在此阶段有以下几个特点：轧件在咬入阶段，轧机受到轧件冲击载荷作用会产生动态速降；由于有动态速降导致产生一定的活套量；活套起套控制要求具有快速性和软接触带钢特性。
3.5.2.2、 小张力连轧阶段
它是指带钢被轧辊完全咬入之后，并在机架之间已建立起小张力，而已处于稳定连续轧制的阶段。该阶段所占的时间，约为整个连轧时间的95%以上。此阶段活套辊的摆角，在活套高度调节器的作用下，使其在所规定的工作角度范围内波动。作用于带钢上的张力围绕给定的张力值，也作相应的微量波动。活套工作过程中张力大小、张力波动，都会直接影响轧制状态稳定性、影响轧制力大小，进而影响带钢厚度。
3.5.2.3、 落套阶段
落套阶段是指活套从接收到来自于跟踪的落套命令到活套下落到零位这一阶段。在这一阶段，为了避免带钢发生甩尾和减轻活套下落造成的机械冲击，该系统采用软着陆控制策略。
3.5.3、 活套的工作机制
3.5.3.1、起套软接触及落套软着陆控制
活套起落套时传动系统采用电压环控制，稳定运行时传动系统采用张力外限幅控制。
活套在下游相邻有效机架咬钢后，全速起动（最大加速度、电流给定最大限幅值）、软接触带钢、建立小张力。先进行APC控制，达到某角度时，进入微张力控制，完成软接触带钢控制，直至活套达到设定角度；此后使用过程计算机设定张力作为传动电压环外限幅控制，活套将进入小张力控制阶段。
在带钢尾部离开n-２机架时，首先降低活套设定角度，进入小套控制阶段，仍维持恒张力控制；n-1机架抛钢时，本架活套落套。活套小套控制可以避免发生甩尾、卷尾事故。落套时传动系统采用电压环控制，并采用传动系统圆角化处理，以实现落套时的软着陆控制。
3.5.3.2、活套张力控制
A、动态张应力
从活套辊、活套支持器的结构和运动轨迹来看，活套辊直接同热连轧过程中的高温带钢接触，且是绷紧带钢使之产生并保持恒定小张力，使活套的动作具有一定的独特性。
活套张力控制过程中，活套电机产生的扭矩使活套辊紧贴在带钢的下表面，将活套辊绷紧带钢使之产生设定的张力。活套辊本身是自由辊，随带钢的前进而转动并起着传递张力的作用。
在带钢正常连轧过程中，带钢长度（套量）的变化是活套辊上下摆动的根源，活套支持器的上下摆动经活套机械的减速机（此时为增速机的运行方式）传递给活套电动机，使之产生正转或反转。因此在热连轧过程中，活套辊是主动方，活套电动机是被动转动的。
B、活套张力控制
在轧制过程中，由于各种因素的影响导致活套角变化，作为水平分力的张力也会随之发生变化，控制系统根据角度变化，调节总力矩的给定值，以保持张力不变。活套示意图及力矩计算如下：
活套总力矩
T1：张力矩
T2：活套支撑的带钢重量所产生的重力矩
T3：活套自重不平衡力矩
上式中，因为a和b不能在线测量，需将其转换为对活套角q的表达式。
：活套总力矩（单位为 ，应化成 ，才能计算活套张力电流）；
L3：活套支点到轧制线的高度；
q：活套角；
R：活套臂长；
r：活套辊半径；
L：机架间间距；
T：带钢张力；
B：带钢宽度；
H：带钢厚度；
g：带钢比重；
LW：活套辊重力矩（活套辊重力与活套臂长之积）。
带钢张力的计算公式如下：
活套电机的电枢电流按（1）式给定，即可保证在连轧过程中，活套张力恒定。
活套辊的摆动不但应紧密追随带钢，且应尽量显得灵活，易升易降。即活套机构应具有优良的追随性能。从电力传动原理可以得知，为此目的，活套机构反映在摆动轴的机构总惯量应尽可能地低些，因为活套辊摆动的动态过程所需应力，是来源于带钢压迫活套辊的动态应力。在摆动过程中，热轧带钢所受应力（即张拉应力）已不仅仅是所设定的静态应力，而又附加上了推动活套机构摆动所需的动态张应力。即：
T带=T设定±DT动
DT动 为活套辊摆动时带钢所受张拉应力中的一个动态分量。按照动力学的规律，该动态分量与活套机构（包括活套电机、减速机、各连接轴、活套摆动臂等部件）折算到摆动轴的总惯量成正比。
3.5.4、 活套编码器的清零
当活套编码器第一次安装、更换编码器后或操作工根据需要可对编码器进行机械电气零位校准，从而进行准确计数，活套编码器在校准时，L1—L7的校准命令（操作站发出）分别发出，校准过程分两步进行，其过程如下：
第一步：手动方式下，将活套落到低位
第二步：当操作人员确认活套臂已下降到机械零位后，发出“清零请求”和“接收” 信号（操作站发出），PLC将记下此时的编码器的二进制码值n0，作为活套位置的基准，校准过程结束。
3.5.5、格雷码的转换及活套角度的获得
绝对值编码器的输入信号为格雷码，格雷码不能被计算机直接处理，需把格雷码转换成二进制码。格雷码的高位和二进制码的高位相同，其高位和次高位的异或运算得到二进制码的次高位，依次类推，即可得到格雷码相对应的二进制码。
本系统活套编码器选用绝对值编码器，输入信号为11位的格雷码，旋转一周的数码为2048，转换后的二进制计数值转换为实际活套角度的计算公式如下：
上式中：
q 表示实际活套角度，n表示任一活套角度所对应的二进制数码值， 表示机械0°角所对应的计数码值（该值为一定值）， 表示机械零位角。
L1—L7的机械零位角： =9°
为使成品带钢的宽度保持稳定，应避免在连轧过程中使带钢受到过大的动态张拉应力。为此要尽量使活套机构的“摆动轴总惯量”压低到一个比较低的水平。
3.5.6、 活套高度控制
活套高度闭环控制通过调节主传动速度实现的。预设定活套角与反馈活套角有差值时，调节相邻上游机架的主速度，同时，按精轧机速度级联关系调节上游其它机架主传动速度，使得带钢活套量在预设的范围内。
活套调节的最大范围为±10%机架速度设定值。
活套高度闭环对速度的调节量按PID算法计算。其公式为：
Er＝（Ea-Ep）×Gd/T+Ea×Gp+Ei
Ei＝Eip+ Ea× Gi×T
式中：
Er－调节控制量
T－采样周期
Ea－活套总偏差量
Ep－前次采样的活套总偏差量
Gd－微分增益
Gp－比例增益
Ei－积分偏差
Eip-前次扫描的积分偏差
Gi－积分增益
Ea＝Eia+ E(i+1)a×Vi/ V（i＋1）
Eia－本活套的偏差量
E(i+1)a×Vi/ V（i＋1）－下游活套折算偏差量
Vi－速度基准值
机架号i =1， 2，3，4，5，6，7，8
即：当前活套总偏差量为：
本活套的偏差量+下游活套折算偏差量
3．6、穿带和甩尾控制
将穿带和甩尾控制纳入速度级联PLC控制，可以通过带钢在每个机架检测到的压头信号（总轧制力）和传动的电流信号的变化来实现，确保穿带的成功率和甩尾的正常，减少废钢的产生。
3．7、压下控制
3．7.1 压下系统概述
电动压下控制系统负责在未轧钢时，对精轧机组JP1-JP8 进行辊缝调节，即轧辊调平、轧辊预压靠调零及辊缝自动定位。当压下传动系统就绪、辅助系统就绪、支撑辊平衡，且轧机低速运转时可完成这些功能。无论选择自动方式还是手动方式，压下/抬起的速度均以越接近目标值速度越低为原则，升/降速时速度均以斜坡(RAMP)函数给出。压下位置控制是提高产品的厚度精度控制和生产效率的基本保证。
连轧系统共有8套电动压下装置，分别位于8架精轧机的操作侧和传动侧，用于8架精轧机的压下位置控制。每套电动压下装置由两台交流（AC）电机粗调再加上2套液压精调驱动。（在参数表中未列出，这是根据工艺考虑的）在每套电动压下的操作侧和传动侧分别装有一个顶帽传感器，用于检测压下电机的最大行程位置；每套电动压下的传动侧装有一个旋转凸轮开关，用于检测压下电机的换工作辊位置、换支撑辊位置和最大开口位置。
在每套粗调（快速）电动压下的操作侧和传动侧分别装有一个增量型脉冲发生器，用于检测压下的实际位置。在每套精调（慢速）液压压下的液压缸内安装位移传感器，用于检测压下的实际位置。
3.7.2、 压下控制功能
压下控制系统可实现以下基本功能:
1)、压下启动/停止控制逻辑
2)、轧辊调平
3)、轧辊预压靠调零
4)、辊缝自动定位
5)、压下实际位置监视
6)、压下系统故障报警
其中轧辊调平和轧辊辊缝调零和辊缝自动定位是压下控制的重要环节,具体的控制如下:
3.7.2.1、 轧辊调平
在换辊完成后，或轧制异常时，需进行轧辊水平调整。在手动方式下，进行压下操作，当总轧制力达到设定值左右,如果操作侧和传动侧的压差过大时,需要进行调平(LEVELLING)操作，离合器断开。压差为正时，压传动侧，压差为负时，抬传动侧，直至压差符合规定的范围。然后正常轧制(Normal Rolling)操作，离合器合上，即可进行轧辊辊缝调零。
3.7.2.2、 轧辊辊缝调零
轧辊辊缝调零可采取手动方式和自动方式实现.
1）、手动调零:在手动方式下,进行压下操作,总轧制压力达到设定值时,如果轧辊偏心力在一定时间内不大于某一值,则辊缝清零,否则不能完成清零操作。
2）、自动调零：在保证压头压力检测正常时，选择自动，由PLC系统自动完成。
3.7.2.3、 辊缝自动定位(单向)
轧辊预压靠调零后，且在HMI上选择正常轧制(Normal Rolling)，可进行辊缝自动定位。辊缝值在过程机或HMI上设定。为了克服机械间隙, 辊缝设定需单方向进行，即压下操作最终总是自上而下接近目标值。
当各种联锁条件都满足后，选择自动，并在HMI上发出定位命令（辊缝设定），系统自动完成辊缝定位。考虑需单方向定位，分两种情况
：
1）、当实际辊缝值大于设定辊缝值时,具体过程如下：
系统根据码盘读出的实际辊缝值，计算辊缝偏差ΔS(目标值-实际值)，对应压下电机速度V与辊缝偏差ΔS的关系为：
2）、当实际辊缝值小于设定辊缝值时, 具体过程如下：
● 先自动在设定辊缝值上加上一附加值作为目标辊缝值
● 同1）中描述，自动进行抬起操作，直至达到目标辊缝值
● 当达到目标辊缝值，且速度为零后，继续同1）中描述，自动进行压下操作，直至达到最终的设定辊缝值
3．8、设置轧机的轧制力检测装置，用于自动校准轧机辊缝和对轧件的轧制力进行监视。需增加轧制力检测传感器2×8套。
3．9、设置轧机参数设定人机界面（HMI），用于速度、辊缝、活套高度等轧制参数的设定，显示当前轧制数据等。
4. 电气传动
电气传动采用SIEMENS的交、直流全数字传动调速装置。直流主传动采用6RA70系列数字调速装置，辊道交流电机传动采用MM440系列交流变频装置。
4.1、电机及传动装置
4.1.1、粗轧机组主传动电机及传动装置
粗轧主传动为2台2500KW电机。若采用DC750V直流供电，电机额定电流至少4160A，因主回路电流过大，需采用6RA70数字调速装置进行并联控制，主从控制方式。
● 每台电机选用四台6RA7095-4LV62-0调速器并联。考虑电压为：830V 考虑电流为：1900×4＝7600A，两台电机共计8套数字调速装置
● 励磁装置2台：6RA7031-6DS22-0 3AC 400V 125A DC 1Q
4.1.2、生产线电机及控制装置
1. 粗轧立辊低速直流电机1台（450KW）。若采用DC750V直流供电，电机额定电流大约700A；选1套装置6RA7093-4LV62-0（3AC 830V DC1500A）
2. 滚动飞剪电机及装置；滚动飞剪电机480KW电机。若采用DC750V直流供电，电机额定电流大约800A。1套装置6RA7093-4LV62-0（3AC 830V DC1500A）
3. 精轧立辊电机及装置；1台250KW电机。若采用DC440V直流供电，电机额定电流大约720A。1套装置6RA7091-6FV62-0（3AC 460V DC1200A）
4. 精轧机组主传动电机及装置。精轧机组有4台2200KW和4台2000KW共计8台电机。电机额定电压若采用DC750V，传动装置采用6RA70数字调速装置。则：每台电机选用三台6RA7095-4LV62-0调速器并联。(3AC 830V 1900A DC 4Q ) ，考虑电压为：3AC 830V ,考虑电流为：1900×3＝5700A。8台电机共计24套全数字装置励磁装置8台：6RA7031-6DS22-0 3AC 400V 125A DC 1Q
5. 活套电机及传动装置；有7套活套电机，分别由1台22KW直流电机传动。若采用DC440V直流供电，电机额定电流大约65A，这是力矩轻惯量电机。装置选型为：6RA7031-6FV62-0（3AC 460V DC125A），共计7套。
6. 卷取机电机及传动装置；两台160KW电机。若采用DC440V直流供电，电机额定电流大约460A。装置选型为：6RA7087-6FV62-0（3AC 460V DC850A），共计2套。
7. 考虑卸卷、打捆、运料小车等机械、液压、电气控制，辅助系统。
8. 辊道电机传动电机及装置；辊道电机为交流电机，采用西门子MM440系列交流变频装置分组控制辊道电机组。
● 26组辊道（3.2KW）电机，选4台变频器。 选择类型：功率：30KW，额定输出电压：62A，订货号：6SE6440-2AD33-OEA1
● 56组辊道（3.2KW）电机，选8台变频器。 选择类型：功率：30KW，额定输出电压：62A，订货号：6SE6440-2AD33-OEA1
● 120组辊道（1.2KW）电机，选15台变频器。 选择类型：功率：11KW，额定输出电压：26A，订货号：6SE6440-2AD31-1CA1
共计27台变频器。
4.2、 液压控制系统
液压站、稀油润滑站泵用电机的控制
拟选用固定式控制柜作为其控制设备，设备选型为ABB/施耐德或相当产品，通过ET200远程I/O实现，将这些非调速电机纳入PLC控制系统中。
4.3、低压电器选型及控制柜制作
低压电器选型为ABB/施耐德或相当国内（常熟开关厂等）产品，具体的电器选型和柜体制作，在工艺、机械、液压等设备基本设计完成后考虑。
5. 基础自动化
基础自动化由PLC控制系统、Profibus DP工业现场总线、工业以态网组成、HMI操作系统、数据服务器、OPC服务器及管理站、工作站组成。基础自动化网络拓朴图见附图
5.1、 PLC控制系统
PLC控制系统按照功能划分为7个PLC区域（功能）系统
PLC1：烘箱、除鳞、粗轧机及粗轧机前后辊道区域PLC系统
该区域PLC系统主要功能
a、 加热炉前板坯传送辊道控制
b、 板坯入炉的推钢设备
c、 加热炉控制
d、 板坯加热过程控制
e、 板坯出炉控制
f、 加热炉后传送辊道控制
g、 除鳞箱控制
h、 粗轧机前后辊道控制
i、 粗轧机立辊控制
j、 粗轧机压下控制
k、 粗轧机咬钢及升速轧制低速抛钢控制（速度控制）
l、 5道次轧机过程控制
m、 粗轧机油、压力、水控制
n、 粗轧机换辊控制
PLC2：辊剪、侧导板、活套区域PLC系统
该区域PLC系统主要功能
a、 辊剪控制
b、 辊剪剪切长度控制
c、 APC侧导板自动定位控制
d、 活套电机控制
e、 活套套量检测及活套摆动臂θ角度动态控制
f、 通过活套调节实现微张力控制
g、 穿带起套控制
h、 甩尾收套控制
PLC3：精轧主传动控制区域PLC系统
该区域PLC系统主要功能
a、 主传动装置控制
b、 轧制速度秒流量级速度控制
c、 轧机电机电流、电压、速度监视
d、 轧机主传动电机保护
e、 轧机换辊控制
PLC4：精轧机压下、立辊和精轧机控制、阀门区域PLC系统
该区域PLC系统主要功能
a、 轧辊压下控制
b、 轧辊水平控制
c、 辊缝调节
d、 立辊控制
e、 阀门控制
f、 AGC液压饲服自动厚度控制
PLC5：夹送辊1、卷取机1区域PLC系统
该区域PLC系统主要功能
a、 夹送辊压下压力控制
b、 夹送辊速度控制
c、 切尾剪控制
d、 卷取机速度控制
e、 卷取机卷筒涨缩控制
f、 卷取机活动支撑控制
g、 卸卷小车控制
h、 助卷辊控制
i、 钢卷打捆机控制
j、 钢卷输出机构控制
PLC6：夹送辊1、卷取机1区域PLC系统
该区域PLC系统主要功能
a、 夹送辊压下压力控制
b、 夹送辊速度控制
c、 切尾剪控制
d、 卷取机速度控制
e、 卷取机卷筒涨缩控制
f、 卷取机活动支撑控制
g、 卸卷小车控制
h、 助卷辊控制
i、 钢卷打捆机控制
j、 钢卷输出机构控制
k、 称重和打印系统控制
PLC7：液压站、润滑油、高压水等辅助系统区域PLC系统
该区域PLC系统主要功能
a、 辅助液压系统控制
b、 润滑油系统控制
c、 高压水系统控制
PLC7系统要根据其中控制内容的工艺设备布置区域做配置调整。
5.2 Profibus DP工业现场总线
热连轧机组PLC系统硬件采用S7300/400PLC和ET200组成分布式I/O控制系统。在信号较集中的操作室及液压站采用远程 ET200，PLC主站与远程I/O站间采用Profibus DP网络进行数据交换；PLC与传动装置间通过PROFIBUS-DP总线进行连接和通讯；这样可大量减少现场配线及设备运行后的维护量。DP总线的物理介质为光缆，其通讯速度最大为12M位。PLC用于全线顺序控制、位置控制、速度张力控制等.
5．3 HMI系统
HMI系统采用服务器-客户机结构形式。系统由1台服务器和5台HMI客户机终端组成。服务器和客户机连接到Switch，通过Ethernet网与PLC进行数据交换。其中，烘箱1抬、粗轧操作台1台、精轧操作台3台、卷取操作台1台
5．4 工程师站
PLC工程师站硬件采用一台便携式计算机，通过Profibus DP实现对PLC的编程、调试、监控和故障查找。
传动工程师站硬件采用一台便携式计算机，实现对传动系统的编程、调试、监控和故障查找。
5．5 一体化操作终端
本系统在原料入口和成品出口处各安装一台一体化操作显示单元，用于原料确认、生产计划显示（入口）和成品参数确认（出口）。操作显示单元通过Profibus DP网实现与PLC及服务器等的数据交换。
5．6 称重和打印系统
在热连轧机组主操作室和出口端各配置一台网络打印机，用于生产报表和产品标签打印；配置一台托利多称重装置，用于成品称重，称重装置通过RS-422/TCP IP转换器连接到Ethernet以太网，实现与服务器及打印机通讯。
5．7 Ethernet以太网通讯网络
Ethernet以太网：通过Switch将各通讯设备相连，用于PLC、HMI、网络打印机、称重系统及工厂管理级计算机间的通讯
5．8 HMI介绍
热连轧机组在主操作室内设置一台服务器和1台HMI客户机（MACHINE INTERFACE），在其他操作台（室）共设3台HMI，在主电室内设置一工程师站。HMI服务器和客户机通过Ethernet网与PLC相连。
5．8．1 HMI硬件配置（按最新配置）
● 操作室内HMI使用5台研华工控机
● Switch一台
● RS-422/TCP IP转换器一台
● EPSON 激光打印机二台;
● 为编程及调试，主电室PLC工程师站配置一台DELL便携编程器
● 传动系统便携计算机一台（配DriverMonitor工具软件）
5．9 标准软件
S7300/400 编程软件STEP7 V5.2 编程软件，WINCC V6.0编程软件
WINCC V6.0编程软件完成的功能主要包括：
● 图形系统
用于自由地组态画面，并完全通过图形对象进行操作，图形对象具有动态属性并可对属性进行在线组态。
● 报警信息系统
记录和存贮事件并予以显示；可自由选择信息分类、报表。
● 变量存档
接收、记录和压缩测量值：曲线和图表显示及进一步的编辑功能。
● 报表系统
用户自由选择一定的报表格式，按时间顺序或者事件触发来对住处操作、文档当前数据，进行用户报表输出。
● 处理功能
用ANSI—C语言编辑组态图形对象的动作，该编辑通过系统内部的C编译器执行。
5．10 HMI系统的主要功能
操作室内的HMI主要对整个机组的参数进行画面监控及生产数据的设定，画面均为中文。包括：
● 热连轧线生产流程显示；
● 机组速度的设定与显示；
● 轧机压下的设定显示；
● 各单机设备的速度、电压、电流显示；
● 轧制速度设定显示
● 电气传动系统的状态显示（启动、停止、正转、反转、故障等）；
● 活套的设定及显示
● 来料规格的输入，包括来料的板坯重、宽度、材质、板厚等；
● 成品规格的输入，包括卷重、宽度、板厚等；
● 部分功能的投入/切除管理；
● 部分设备的测试和操作；
● 机组报警信号显示；
● 各开口度、重合度辊缝的显示；
● 生产报表的打印；
● 活套状态显示
● 液压系统的状态显示
● 历史数据的记录
● 传动系统的电源合/分闸操作控制
● 液压、润滑站的远程操作控制
5.11、二级网络
OPC服务器，管理计算机，工作站等组成。最终由用户要求确定。
6.操作
热连轧生产线上设4个操作台，操作点由机械工艺根据机械基本设计设置，操作台和操作点台面均采用不锈钢并进行毛化处理。机组各操作台、点均为操作从站，通过远程I/O ET200与主站PLC进行通讯，节约费用，便于维护；主操作台放在主操作室内，除完成区域设备操作外，还要完成全线工作方式的选择，如手动、自动选择等；速度、张力的设置和显示。
各操作台点列表如下：
● 加热炉区域操作台
● 粗轧区域操作台
● 粗轧换辊操作点
● 精轧区域操作台
● 精轧轧换辊操作点
● 卷取区域操作台
● 液压站操作点（2个）
● 称重操作点
7. 检测元器件
为保证系统的可靠性及精度，所有的检测元件选用国外的产品，其数量、型号和生产厂家基本设计审查时确定。
7.1 为满足系统的准确、可靠性，编码器拟选用双通道光电编码器。
7.2 光电开关，接近开关
从性价比的角度考虑，拟选用国外产品。
7.3 工业电视系统
在操作室设置六台工业电视。
7.4 热金属检测仪
板坯或带钢位置跟踪采用热金属检测仪
7.5 高温检测仪
板坯或带钢温度检测，采用模拟信号直接进各区域PLC
8. 技术性能指标
单机矢量控制的闭环性能
静态转速精度
n >10% :0.01%;
n <5% :0.02%;
在弱磁范围 :0.05%;
速度上升时间 :20ms;
转矩精度
在n>1%时 :<2.5%;
在弱磁范围 ：<5%；
转矩上升时间 :约5ms;
转矩波动：<2%。
百分率是相对于该电机的额定转速或额定转矩。
9. 其它
9．1接地技术要求
9.1.1 保护接地
机组所有设备应采用同一种保护措施。机组宜采用直接接地保护方式，即机组所有设备均应可靠接地。
9.1.2屏蔽接地
操作台、点、箱及电控柜内部屏蔽线应采用一点接地的方式以减小干扰。
9．2通风及环境温湿度
主电室内由于有大量的发热器件，如整流器、逆变器、电抗器等，其通风状况应良好，即在相应的地方设置机械通风；工程师站应有专门的空调，以保证室内温度在15-30℃之间；其余室内温湿度应满足技术要求。
参考文献：
1、《国产1450热连轧关键技术及设备研究与应用》 攀枝花钢铁（集团）公司
2、西门子交、直流传动装置技术手册
3、西门子工厂自动化产品系列技术手册
作者简介：
1、周建芳 女 出生：1964年11月20日
四川机电职业技术学院信息工程系 副教授 主要从事电气控制、计算机基础自动化的程序设计研究和教学工作。
地址：四川省攀枝花市 四川机电职业技术学院信息工程系 617067 电话：（0812）5183573，13183491113
2、胡建亨 男 出生：1963年12月13日。
攀钢电气公司工程部副部长/高级工程师。主要从事电气传动和基础自动化的设计、调试研究工作，同时进行电气工程项目管理。
地址：四川省攀枝花市攀钢电气公司 617062 电话：（0812）3394566-2047，13882315812 |
作者单位：攀钢电气公司
地址：四川省攀枝花市攀钢电气公司 617062
Email：hujianheng2001@sina.com | |
