1 引言
萊鋼軋鋼廠中小型車間是萊鋼利用亞洲銀行貸款進行改擴建的重點項目之一，主要成品為螺紋鋼、圓鋼、角鋼、槽鋼、彈簧扁鋼。整個車間的主體設備從加熱爐、軋線、冷床、碼垛到成品輸出全部從意大利danieli公司引進，控制系統(tǒng)包括軋鋼控制和碼垛機控制系統(tǒng)，是一個多變量輸入、多變量輸出控制系統(tǒng)，并且系統(tǒng)變量在軋鋼生產(chǎn)運行中相互耦合，因此整個軋鋼系統(tǒng)要想達到理想的工作狀態(tài)是不容易的。該廠有18架軋機、一個加熱爐、碼垛機和三臺打捆機，工作時分別由13套abb mp200/1控制系統(tǒng)控制各自生產(chǎn)設備。

2 設計方案
軋機等采用變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能運行是我國節(jié)能的一項重點推廣技術(shù)，受到國家政府的普遍重視。本著既節(jié)能降耗，又控制簡單的原則，基于現(xiàn)有的系統(tǒng)，筆者設計了每臺軋機由一臺變頻器拖動的方案。在本方案中充分運用了mp200/1控制系統(tǒng)來控制軋鋼生產(chǎn)。通過對各種變頻器的技術(shù)指標進行比較，選擇了瑞典abb公司生產(chǎn)的acs604-0140-3型變頻器，它是用于拖動鼠籠式感應電機的三相供電變頻器，采用成熟的微處理器控制技術(shù)來檢測電機的電信號。這些數(shù)據(jù)配合直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)可以達到近乎完善的電機控制。附加脈沖編碼器反饋后，可以應用于精確的速度控制，或長期運行于接近零速區(qū)的應用場合。acs604的控制和保護系統(tǒng)是通過應用宏的設置來配置和工作的，操作有本地和遠地兩種方式，提供了一個開放式的通訊系統(tǒng)來與plc或dcs系統(tǒng)連接，并可與多種通訊協(xié)議進行界面連接。acs604提供了6種可編程的故障保護功能和幾種非用戶可調(diào)整的已編程的保護功能;此外，還提供了故障診斷記錄、監(jiān)視功能、自動復位、極限、參數(shù)鎖定、內(nèi)置pid調(diào)節(jié)器、共振頻率衰減、可編程數(shù)字、模擬輸出、輸入信號源的選擇和信號處理等功能。具有內(nèi)置pid控制器是選擇變頻器的一個重要因素。

3 控制原理
3.1 直接傳動
在直接傳動系統(tǒng)中，電機是通過一個傳統(tǒng)的低速連接器直接耦合到軋機傳動部分的。傳動柜通常是由abb的acs600變頻器組成的。關(guān)于變頻器的硬件組成是與傳統(tǒng)的交流異步傳動一致的，都可以采用風冷和水冷。而軟件的設計則是專用的永磁電機(同步電機的一種)驅(qū)動軟件。同步電機允許在軋機上采用編碼器的運行方式。傳動部分的控制系統(tǒng)、應用軟件以及人機界面的控制這幾部分都是跟abb在軋機上的解決方案一致。因此，直接傳動能與其他的abb傳動方案同時并列運行，而且acs600變頻器無須更換就可以升級到新的直接傳動系統(tǒng)。該電機是永磁同步電機，因為軋鋼規(guī)格、鋼性是不變的，所以控制軋機轉(zhuǎn)速就能控制軋鋼的生產(chǎn)，也就能控制軋鋼的節(jié)奏。變頻器接受到啟動信號后，按照預設定的給定頻率啟動。軋鋼活套量反饋回變頻器輸入端與給定信號相比較，差值經(jīng)變頻器內(nèi)置的pid調(diào)節(jié)器調(diào)整，控制變頻器的輸出頻率，直至達到要求的套高量，實現(xiàn)了軋鋼生產(chǎn)恒定閉環(huán)控制。在本控制系統(tǒng)中，關(guān)鍵的問題是過程參數(shù)pid的整定。由于軋鋼生產(chǎn)運行過程中，活套高度的多少和微張力的大小決定了軋機轉(zhuǎn)速的大小。為了保證系統(tǒng)的相對穩(wěn)定運行，不出現(xiàn)大的波動，對生產(chǎn)造成影響，在調(diào)試過程中，應先根據(jù)經(jīng)驗值確定pid參數(shù)，然后針對生產(chǎn)多次反復調(diào)整，直至出現(xiàn)相對最佳控制過程。圖1示出系統(tǒng)配置pc station as520(插有rta加速網(wǎng)卡)作為mb300二類主站及服務器.在as520中裝有hu, abb as520等軟件。通過mp200/1軟件，可以實現(xiàn)對plc程序的編寫、下載，對總線上的各站的硬件網(wǎng)絡組態(tài), 監(jiān)控,數(shù)據(jù)診斷,總線參數(shù)的設置等。(這里需要注意的是plc初次硬件組態(tài)必須通過工程師站與plc相連下載)。as520作為二類主站的參數(shù)，提供opc接口等。通過視窗控制中心組態(tài)軟件對系統(tǒng)畫面進行組態(tài)，實現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控和控制。用戶可以通過abb as520良好的人機界面、清晰、直觀的組態(tài)圖形對電機的運行情況一目了然，并且可以方便的通過按鍵對電機進行起停、正反轉(zhuǎn)及點動控制和電機轉(zhuǎn)速的設置。在as520中建立歸檔數(shù)據(jù)，對電機的運行轉(zhuǎn)速、電流和轉(zhuǎn)矩值進行存儲，用趨勢圖可以時時察看也可以歷史查詢，為今后進行控制效果分析建立數(shù)據(jù)庫。另外還對報警變量的進行設置，建立報警畫面。上位機利用opc接口通過以太網(wǎng)來訪問與總線相連的二類主站abbas520。將as520設置為客戶機即opc客戶機，在as520上的項目中添加opc通訊驅(qū)動，并選擇as520(網(wǎng)上計算機名為cp2)為終端服務器則用戶便可以在cp2上訪問過程變量數(shù)據(jù)庫，察看現(xiàn)場電機的運行情況。從而實現(xiàn)上位機對現(xiàn)場設備的管理，數(shù)據(jù)的時時調(diào)用和監(jiān)控，為管控一體化提供了一種實現(xiàn)的方法。

圖1 系統(tǒng)配置圖

軋機采用變頻器調(diào)速實現(xiàn)軋機速度控制，見圖2。穩(wěn)定性和可靠性高，調(diào)節(jié)特性好。變頻調(diào)速使電機運行狀況明顯改善，維護量大大減少，同時大大減少機械系統(tǒng)的變速機構(gòu)和控制機構(gòu)，使系統(tǒng)更加方便操作，設備工作效率更高。系統(tǒng)采用過流、過壓、瞬時斷電、短路、欠壓、缺相等多種保護，避免了因此造成電機燒損而影響生產(chǎn)所帶來的直接和間接經(jīng)濟損失。更為重要的是它的節(jié)能效果好，取得了可觀的經(jīng)濟效益。

圖2 速度控制簡圖

活套控制過程可分為四部分:預形成、活套形成、活套控制、甩尾階段。

4 結(jié)束語
中小型棒材生產(chǎn)線自97年投產(chǎn)以來，軋值速度控制穩(wěn)定，各個軋值規(guī)格均已軋制成功。在軋機組態(tài)和其他工藝參數(shù)計算好的前提下，軋機調(diào)速平穩(wěn)，微張力和活套控制穩(wěn)定，滿足了規(guī)格更換頻繁、軋制節(jié)奏日益加快的生產(chǎn)需要，現(xiàn)年生產(chǎn)能力已突破原設計能力向100萬噸邁進。