20辊轧机电气控制系统介绍

一 系统概述

某冷轧不锈钢板厂采用西门子S7 300系列的315-2DP控制器作为主控制单元，安置于主操作台上作为主站，采用2套西门子ET200 远程站作为从站，安置于前后两个操作箱内接受现场操作工控制指令。ET200远程站与CPU315－2DP主站之间采用PROFIBUS现场总线连接进行通讯。轧机采用前卷取、后卷取、主轧三台直流电机完成整个不锈钢板的张力轧制。直流电机采用西门子6RA70直流调速器进行控制，控制器与CPU315－2DP之间采用PROFIBUS现场总线通讯。

同时还为此轧机配置了一台平整机，电器配置完全相同，只在功能，电机功率等参数上与主轧机略有不同。

二 系统要求

1． 采用西门子6RA70直流调速器作为电机控制单元，调速器可以独立采集安装于电机上的编码器读取的数据，安装于轧机上的张力传感器读取的数据，作为基本参数高速运算得到当前系统所实际需要的张力，控制直流电机让其达到需要的张力。

2． PLC控制器控制液压，压下，润滑，等外部设备，同时将操作工设定的数据实时的通过PROFIUBS现场总线传输给6RA70直流调速装置。

3． 采用油马达，利用液压装置实现对轧机机心的压力控制，采用上，下各10个轧辊相互之间的挤压力实现对不锈钢板的轧制。

4． 甲方要求轧制线速度，主轧120M/分，平整 90M/分。

5． 该设备为国内首家自发研制的20辊轧机。

三 系统配置与功能实现

根据现场实际情况和功能扩展要求，主轧机我们采用两台450KW的直流电机作为前后卷取电机，采用一台1250KW的电机作为主轧电机，平整机我们采用两台250KW的直流电机作为前后卷取电机，采用一台400KW的电机作为平整电机。采用西门子S7 300系列的315-2DP的CPU作为主控制器，采用ET200分布式I/O作为前后操作箱的控制装置。

西门子S7-300、6RA70控制器、分布式I/O ET200，特点如下：

1． 采用CPU315-2DP作为主控制器，利用CPU315内存大、速度快、支持PROFIBUS现场总线的特点，充分满足轧钢行业要求响应速度快，控制灵敏，要求复杂，现场施工简单的要求；

2． 采用远程I/O方案，最大限度减少接线；

轧钢行业要求控制器对操作工的操作指令有及其灵敏的相应速度，这就造成了现场操作箱按钮密布的现象，随之带来的就是现场布接线非常复杂，采用远程分布式I/O方式可以最大限度的减少接线。

3． 采用触摸屏作为现场实时数据显示的人机界面，可以将当前操作工最需要得到的信息显示出来，方便了操作；

4． 采用6RA70调速器作为轧制电机的控制器，6RA70为西门子最新一代的直流调速控制器，具有内置高速算法，可以读取外部模拟量，数字量，编码器等信号的专用模块，以及可以选择配置各种通讯模块的功能；

控制系统结构如下图所示：

本控制系统从调速器方面可以分为三部分，第一部分为主轧电机，由一台直流电机驱动，负责驱动机心的20个轧辊实现对钢板的轧制，第二部分为前卷取电机部分，由一台直流电机驱动，负责放卷，保证钢板的张力，第三部分为后卷取电机部分，由一台直流电机驱动负责收卷，保证钢板张力。由于该轧机可以往复轧制，所以前后卷取的功能随轧制方向的不同分别实现收，放卷功能。

系统网络布置图

1． 主轧电机部分：主轧电机部分主要由主操作台控制；

主操作台上安装一个PROFACE的触摸屏，整体控制整个轧机系统，包括液压，冷却，润滑系统。在整个轧机开始工作之前，由一个操作工在主操作台上确认所有的设备全部具备运行条件，打开所有的液压，润滑，冷却系统。在触摸屏上输入相关的参数，将控制权限交给位于前后卷取操作台旁的操作工。

主要设定的参数如下：

l 前后设定板厚：在轧机的前后卷取电机处安装了两台测厚仪，可以实时的检测当前不锈钢板的厚度，在整个钢板宽面上等距离安装了三个定位传感器，可以实时检测三个位置上不锈钢板的厚度，PLC会实时的根据检测到的板厚取平均值传输给直流调速器，作为电机当前出力的运算条件。由于轧机在轧制过程中板子被越轧越薄，以及测厚仪定位的误差如果出现板厚计算错误则会导致电机出力的错误可能会造成机器的损坏，规定操作工在轧制当前道次之前，必须先设定一个基准板厚，如果实际板厚与此板厚出现较大偏差的话系统将自动的报警通知操作工处理。

l 前后卷径：在开始轧制之前，必须由操作工实际测量并输入此参数，直流调速器将以此参数来计算电机的出力。

l 高、低速轧制速度：轧机默认规定了两级速度，当操作工开始轧制时必须从暂停或低速轧制开始，当从低速轧制开始运行时，轧机先以一个较低的速度开始轧制，操作工开始检测各系统运行是否正常，如果各系统运行正常时，操作工按下高速轧制，轧机自动的提速，达到稳定的生产速度。

l 暂停、停止：轧机的操作台上设置了暂停与停止两各按钮，当按下暂停时轧机停止运行，但是仅仅主电机停止运行，前后卷取电机一直处于出力状态，这样钢板一直处于受力状态。当按下停止按钮后前、后卷取电机，主电机全部停止运行，钢板处于松弛状态。

l 复卷：

轧机提供复卷功能，当按下复卷按钮后系统处于复卷状态，此时轧机并不压下，只有前后卷取电机处理，钢板在前后卷取电机的收放卷过程中被重新缠绕，这是轧制前的必要准备工作。

2． 前卷取电机部分：

前卷取电机旁有一个操作箱，内部安装一个ET200从站，操作工可以在操作箱上控制轧制速度，以及轧制压下量保证系统的运行的实时可靠性。

当轧机从后向前轧时该操作台起作用，操作工可以在此操作台上就近操作轧机。

3． 后卷取电机部分：

后卷取电机旁有一个操作箱，内部安装一个ET200从站，功能与前卷取电机操作箱完全相同，只有在轧机从前向后轧制钢板时该操作台起作用，方便操作工就近操作。

四 使用效果分析

该控制系统经过2年连续运行，生产产品从原先的不锈钢到现在的普钢轧制厚度达到0.5mm，完全达到了原先设计水平。