搜索
1鞍钢建设集团有限公司（2014）年科研开发项目费用支付申请表项目名称冷轧带钢边部减薄控制系统开发研究完成单位鞍钢建设集团有限公司机电安装工程分公司领导签字主要完成人员田兆海刘洋付海王长巍王志民刘禹金占河闵悦李支海郭宝堃张贤达郭迪牟森张弛王清吴晓宁李志锋初审意见组织鉴定单位技术中心鉴定时间审批审定2一、项目的主要技术内容（包括用途、原理、主要经济技术指标、关键技术、技术水平、推广应用情况）冷轧带钢边部减薄控制系统是轧钢生产线中工艺复杂，技术要求和控制精度高的工艺控制系统，鞍钢建设集团机电分公司自动化所与鞍钢钢铁研究院控制技术研究所等单位合作，通过针对酸洗冷轧线工艺控制系统核心技术的深入理论研究，以及对关键技术进行了转化研发，确定整体工艺技术方案，完成边部减薄控制系统独立开发工作，本项目以自主研发的鞍钢硅钢酸洗连轧工艺控制系统为对象，针对边部减薄技术进行了深入系统的理论研究、关键技术研发和工程应用，完成边部减薄工艺控制系统独立开发和调试工作，取得了良好的工业应用效果。此项目是《冷轧顺序控制系统研发》、《冷轧板型控制系统研发与应用》科研项目《酸洗连轧生产线工艺控制系统优化控制与应用》科研项目的深化和发展。项目的研究要点具体包括：二级过程控制系统边降控制设定值计算模块的程序编制与数据库设计，人机界面HMI系统编制与测试，TDC中边降控制反馈控制模块的编制与测试，TDC中窜辊控制程序修改与测试，变规格轧制时工作辊窜动同步控制；换辊系统控制；接轴定位夹紧定位精度控制；带钢跟踪程序修改及测试。（一）、主要研究内容边降控制是板形控制的薄弱环节。通过对国内外的边缘降控制技术进行研究，提出了自主研发的边部控制的系统改造方案，并对其控制系统进行开发和研究。进行了深入系统的理论研究、关键技术研发和工程应用，确定整体工艺技术方案，完成硅钢生产线工艺控制系统改造工作，取得了良好的工业应用效果，主要包括一下几个方面：（1）开发了新的接轴定位夹紧控制和对换辊程序进行了修改优化。（2）开发了针对改造后的过程控制系统物料跟踪技术和带钢段数据同步技术。（3）开发了二级过程控制系统多个与边部减薄控制相关的数据库表，开发了多个边部减薄控制设定值计算进程。（4）开发了边部减薄控制系统相关的人机界面HMI系统，增加边部减薄相关信息系统。本项目是国内首次在具有国际先进装备水平的冷连轧生产线上，在没有一个外方人员参加的条件下，自主完成边部减薄相关系统工艺控制技术开发与现场调试(不包括传动系统)。1.系统概述本项目的冷轧带钢边部减薄控制系统需要在原有的SIEMENSPCS7系统上进行改造成形，SIMATICPCS7是西门子公司采用最先进的电子制造技术、网络通讯技术、图形及图像处理技术、现场总线技术、计算机技术和先进自动化控制理论，面向所有自动控制应用场合的先进控制系统。SIMATICPCS7基于全集成自动化思想，与PROFIBUS现场总线行机地结合在一体，吸收3了各种先进技术，面向工艺，更分散的系统配置，特别适用于分散的过程控制应用场合，系统配置灵活，易于扩展，模块化结构，通用的硬件模块，强大的系统软件，组态与编程轻松简单，丰富的人机界面产品提高了监控与管理的水平。根据工艺需要，在整个边降控制系统在硬件结构上不做改动，新增加的边部减薄控制程序模块附加在连轧机第5机架4号CPU中，窜辊、跟踪、接轴定位夹紧控制和换辊程序在原有系统上进行修改。二级过程控制系统新增多个与边部减薄控制相关的数据库表，新增边部减薄控制设定值计算进程。人机界面HMI系统新增边部减薄控制画面，修改多个相关画面，增加边部减薄相关信息系统。机械硬件系统改造换辊系统和增加工作辊窜辊机构，新增一架前带钢凸度仪、五架后带钢边降仪，同时由于工作辊机械结构变化，换辊推拉车在机械结构上也进行了改动。在控制系统上，对接轴夹紧系统，自动换辊系统，三辊稳定辊进行了程序修改。新开发工作辊窜辊系统WRS与边部减薄控制EDC.带钢跟踪系统MTR跟踪到带钢即将进入轧机，向过程控制计算机发送设定值计算请求，二级过程控制系统进行设定值计算（本改造项目后增加边部减薄控制设定值），过程控制系统将设定值发送给一级控制系统。一级控制系统根据下一卷带钢的设定值进行过焊缝或变规格轧制控制，边部减薄控制系统控制工作辊窜动至预设定位。五架后的边降仪实时的采集带钢边部和中间的厚度信息，发送至TDC中的边降控制模块，根据边降控制模型，实时调整工作辊窜辊插入量调整值，实现对带钢边部减薄的实时反馈控制。2.系统新增设备介绍2.1检测仪器、仪表2.1.1凸度仪、边降仪、激光空间轮廓仪根据工艺需要，在原有生产线的基础上，拆除两台测厚仪，用来安装新增加的两台IMS带钢检测设备，分别为1#机架前凸度仪和#5#机架后替代原测厚仪的边降仪。带钢测量宽度最大为1350mm，最小为800mm。安装在No.1机架前原带钢检查台处的凸度仪，用于测量来料带钢的板凸度的变化。X射线测量仪。凸度仪将实际测量值输入控制系统。由于带钢在原带钢检测台处上下震动幅度比较大，使得带钢在测量位置可能会有较大的竖直和（或）角度的偏移。采用LasCon激光空间轮廓仪系统，可补偿带钢竖直和（或）角4度偏移所产生的测量误差。安装在No.5机架出口处的边降仪，用于测量带钢边部厚度的变化，为X射线测量仪。边降仪将实际值输入控制系统。轧机轧制运行时，凸度仪、边降仪必须移进带钢流动区。轧制过程中，测厚仪停留在带钢流动区。检修维护、断带和人工剪断带钢时，凸度仪、边降仪必须移出。2.1.2位置传感器新增的工作辊窜辊液压系统使用了机械同步机构，每根工作辊使用一个位置传感器即可检测出工作辊窜辊缸位置值，即1个机架需要2套工作辊窜辊液压缸位置传感器。传感器接口协议为SSI（同步串行接口）。使用PBX50转换盒将SSI接口协议转换成ProfibusDP接口协议，通过ProfibusDP网络将检测数据输入控制系统。2.1.3接近开关新增工作辊窜辊液压缸接近开关。1个机架4个工作辊窜辊液压缸接近开关。新增三辊稳定辊压下接近开关1个。新增工作辊锁紧接近开关12个，每机架4个。2.1.4压力传感器新增工作辊窜辊液压缸压力传感器。1个机架需要4个工作辊窜辊液压缸压力传感器。2.2.换辊系统及架间设备2.2.1牵引车双速电机更换换辊系统的推拉车，修改推拉车装辊轨道的高度设计，使之与机架上轨道高度相对应，更换新的牵引电机，夹钳由原来的液压控制设备改为电动机控制。由于原来换辊牵引车原电机为2台7.5kw的双速电机，新电机更换成1台15kw双速电机（慢速、快速），来控制牵引车前进、后退。新增控制信号：牵引车电机快速前进反馈，快速后退反馈，慢速前进反馈，慢速后退反馈。快速前进命令，快速后退命令，慢速前进命令，慢速后退命令。2.2.2工作辊夹钳电机和中间辊夹钳电机工作辊夹钳液压控制改为电机控制，新增1台0.18kw夹钳电机。新增控制信号：工作辊夹钳电机打开反馈，工作辊夹钳电机打开命令工作辊夹钳电机关闭命令。5原中间辊夹钳液压控制改为电机控制，新增1台0.18kw夹钳电机。新增控制信号：中间辊夹钳电机关闭命令，中间辊夹钳电机打开命令，中间辊夹钳电机关闭反馈，中间辊夹钳电机打开反馈2.3.接轴锁紧工作辊锁紧装置2.3.1接轴锁紧接轴锁紧支架安装在轧机传动侧，用于在工作辊换辊时支撑接轴头部，防止工作辊抽出时接轴头部落下。每套装置由入口侧和出口侧两个锁紧液压缸驱动。接轴锁紧缸每机架4个接近开关，用以检测锁紧缸是否到达锁紧位置。2.3.2工作辊锁紧工作辊锁紧装置位于轧机的操作侧，用于防止轧辊在轧制及窜辊时发生轴向串动。该装置包括锁紧挡板及液压缸，由液压缸驱动实现锁紧、打开功能。上下工作辊共用一套锁紧装置。工作辊锁紧缸每机架新增4个接近开关开关，用以检测锁紧缸是否到达锁紧位置。新增反馈信号：下工作辊锁紧入口侧打开，下工作辊锁紧入口侧关闭，下工作辊锁紧出口侧打开，下工作辊锁紧出口侧关闭，下工作辊锁紧入口侧打开。2.4三辊稳定辊取消原1#轧机入口处压紧台，在该位置新增三辊稳定辊。其中间辊由液压缸带动下降后与固定在下部的2辊形成包角，以限制带钢在轧机入口的抖动。同时该装置能够阻止带钢减速时乳化液倒流。能够防止带钢在一号轧机入口跑偏。上辊升降采用机械同步装置，保证传动侧和操作侧同步升降。新增三辊稳定辊压下接近开关1个。2.5机架旁控制箱、主操作台2.5.1机架旁控制箱根据边部减薄控制控制功能要求，在1-3#机架旁控制箱上需添加工作辊窜辊控制功能按钮和指示灯。以用于检修维护、断带和人工剪断带钢等情况时对工作辊窜辊的控制操作。2.5.2主操作台根据边部减薄控制控制功能要求，在轧机主控制台上需添加工作辊窜辊手动干涉控制功能设备。原有使用的是2向摇杆，控制是工作辊弯辊手动干涉，现改成4向手动控制摇杆，增加了工作辊窜辊手动干涉功能，以用于在带钢轧制过程中对工作辊窜辊附加量的控制操作。62.6工作辊窜辊系统WRS轧机工作辊窜辊系统（WorkRollShifting）简称为WRS，就是通过改变轧机工作辊的机械结构，增加工作辊窜辊液压缸，使得工作辊能够沿着自身轴向自由移动。同时通过优化工作辊的辊形曲线，降低带钢的边部减薄，提高轧后带钢的横向厚度精度。新增控制信号：机架伺服阀电流输出，机架伺服阀阀芯位置反馈，机架WRS液压锁，机架WRS位置传感器，机架WRS位置传感器，机架工作辊窜辊缸极限等控制信号。2.7边部减薄控制EDC横向厚差是冷轧无取向硅钢板的重要质量指标。横向厚差决定硅钢的叠片系数，一般要求小于等于10μm，要求高的要小于等于5μm。冷轧硅钢横向厚差大小取决于热轧来料凸度及冷轧过程中的带钢边部减薄。目前热轧来料板凸度基本能够满足要求，因而冷轧硅钢横向厚差的大小完全取决于冷轧过程的边部减薄。冷轧过程中带钢边部减薄现象是由轧机工作辊的弹性压扁及带钢边部区域金属的横向流动引起的。为了解决冷轧无取向硅钢边部减薄问题不仅要从工作辊辊径或辊形曲线设计单方面考虑，还应包括：工作辊窜辊功能预设控制、工作辊窜辊-弯辊补偿和边降反馈控制等方面综合控制。为实现边部减薄控制，控制系统与新增凸度仪、边降仪，机架操作盘，轧机主控台新增了部分控制信号。新增信号：机架工作辊窜辊手动控制按钮和指示灯。1#机架前凸度仪和5#机架后边降仪的状态和数据信号。2.8系统通讯根据轧机机械、液压、轧机换辊机构的更改，轧机基础自动化控制系统通讯网络进行了相应的修改。包括ProfibusDP网络、工业以太网网络。3.控制系统设计3.1主传动接轴定位3.1.1功能说明主电机接轴改型，采用MAINA棘轮连接式传动轴。棘轮锁紧装置原理如图4-1所示：7图3.1.1-1棘轮锁紧装置原理根据传动接轴的实际安装情况修改接轴定位程序中的位置设定值。更换轧辊时，首先要将轧辊传动接轴旋转到指定位置，接轴定位结束后接轴加持装置闭合将接轴抱紧，然后将轧辊抽出。接轴旋转位置按照轧辊磨削后轴头的初始位置进行确定，以保证接轴扁槽方向与新辊轴头方向一致。轧辊接轴定位控制系统由电机、变频器、编码器、限位开关、齿轮箱及定位控制程序构成，如图4-2所示。编码器与电机转子同轴安装，用于检测电机转动速度和转子轴向角度。限位开关用于检测和定义接轴定位的初始位置，限位开关安装在传动轴外侧支架上，在传动接轴上焊接方形挡块，当接轴上的挡块旋转到检测开关位置时，限位开关发讯，启动接轴定位制动过程。变频器定位控制程序MPG轧辊齿轮箱限位编码器速度设定图3.1.1-2轧辊定位控制系统构成目前轧辊接轴定位控制有些采用双限位开关检测，一个用于减速限位，另一个用于制动限位。接轴定位命令发出后，电机启动并升速到搜索速度，带动轧辊以恒定速度旋转，搜索限位开关信号。当限位开关1发讯时，电机由搜索速度降低到定位速度低速运行，当开关2发讯时，电机制动直到停止转动，接轴定位过程结束。这种控制方式在定位制动过程中接轴旋转位置不受控，无法消除机械惯性等扰动因素影响，因此电机从定位速度到停止旋转过程中制动位移存在不确定性。这种定位控制方式原理简单，便于实现，但是应用过程中稳定性差，经常