1 引言
福建省三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司前身為福建省三明鋼鐵廠。三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司煉鋼廠熱送輥道系統(tǒng)的改造，是在原生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為了增加熱送效率而進(jìn)行的改造項目。在電氣設(shè)備方面，將部分輥道的驅(qū)動方式由工頻驅(qū)動改為變頻驅(qū)動,并增加部分檢測元器件,以實現(xiàn)全線自動化運行。
自動化系統(tǒng)控制在原PLC的基礎(chǔ)上，增加了部分ET-200M遠(yuǎn)程I/O站，電氣商在原控制程序的基礎(chǔ)上，編寫新的控制程序以控制新添設(shè)備并與原程序良好連接，同時添加相應(yīng)的操作畫面以便操作員的操作。

2 熱送工藝流程
2.1 工藝流程
正常生產(chǎn)工藝狀態(tài)如圖1所示。鋼坯從煉鋼1#方坯連鑄機送出,在并鋼機長輥處,由并鋼機將1、2、3流的鋼坯并入第三流位置，將4、5、6流的鋼坯并入第四流位置，即將6流鋼坯按位置集中為2流，雙列鋼坯繼續(xù)前行，經(jīng)1#轉(zhuǎn)盤前輥道，進(jìn)入1#轉(zhuǎn)盤進(jìn)行定位，1#轉(zhuǎn)盤順時針旋轉(zhuǎn)90°(下次轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動為逆時針轉(zhuǎn)90°)，將雙列鋼坯導(dǎo)入1＃轉(zhuǎn)盤后短輥。雙列鋼坯繼續(xù)前行，1流2流鋼坯在下降機區(qū)域分別定位，定位完畢后，1#撥鋼機將1流的鋼坯撥至1＃下降機，將1流的鋼坯運至新的1流鋼坯輸送線。2#撥鋼機將2流的鋼坯撥至2#下降機，將2流的鋼坯運至新的2流鋼坯輸送線。雙列鋼坯繼續(xù)前行，進(jìn)入600米長輥道。雙列鋼坯繼續(xù)前行，進(jìn)入3#轉(zhuǎn)盤進(jìn)行定位。定位完畢后，3#轉(zhuǎn)盤逆時針旋轉(zhuǎn)75°，然后3＃轉(zhuǎn)盤上的輥道轉(zhuǎn)動，將鋼坯送入3#轉(zhuǎn)盤后輥道。在鋼坯完全脫離轉(zhuǎn)盤后，3#轉(zhuǎn)盤順時針旋轉(zhuǎn)75°，準(zhǔn)備下一次接鋼。

圖 1 熱送生產(chǎn)工藝流程

2.2 鋼坯900角控制原理
1#轉(zhuǎn)盤的作用將鋼坯的前進(jìn)途徑進(jìn)行90°的轉(zhuǎn)向，有自動和手動兩種控制方式。下面介紹自動控制模式。
1#轉(zhuǎn)盤的構(gòu)成部分為：整個轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)部分，它可以使整個轉(zhuǎn)盤進(jìn)行順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，其有4臺電機，電機由變頻柜驅(qū)動；A1B1輥道部分，A2B2輥道部分和C1D1輥道部分，C2D2輥道部分。這四組輥道負(fù)責(zé)從1#轉(zhuǎn)盤前輥道上接進(jìn)鋼坯、鋼坯在轉(zhuǎn)盤上運送、將鋼坯送至1＃轉(zhuǎn)盤后輥道。它們也由變頻柜驅(qū)動。（可參見圖2）
1#轉(zhuǎn)盤的控制：在主操縱臺“AUTO／MAN”選擇開關(guān)位于“AUTO”時，在變頻柜允許動作的前提下（如主空開已經(jīng)合上、變頻柜無故障等）。
此時轉(zhuǎn)盤處于原始位置（如圖2的①），擋板1處于落下位置。當(dāng)1#擋板處檢測點檢測到鋼坯的頭部進(jìn)入1#轉(zhuǎn)盤，根據(jù)“先高速、后低速”的原則，A1B1、A2B2輥道變頻柜接受PLC的指令對A1B1、A2B2輥道進(jìn)行驅(qū)動（方向為AB），當(dāng)處于輥道尾部檢測碰球檢測到鋼坯的頭部時，PLC對相應(yīng)的AB輥道變頻柜發(fā)出“停止”指令，AB輥道停止運行。

圖 2 鋼坯90°拐角工藝原理

此刻，如果在1#擋板處檢測點依然檢測到有鋼坯存在，則PLC發(fā)出“鋼坯超長”報警。
若1#擋板處檢測點沒有檢測到鋼坯存在，則擋板1升起，延時一定時間后，PLC向轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)變頻柜發(fā)出“正轉(zhuǎn)”指令，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)變頻柜驅(qū)動轉(zhuǎn)盤順時針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)正轉(zhuǎn)減速檢測點被轉(zhuǎn)動位置檢測片擋上時，PLC對轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)變頻柜發(fā)出“慢速正轉(zhuǎn)”指令，轉(zhuǎn)盤低速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)正轉(zhuǎn)停止檢測點被轉(zhuǎn)動位置檢測片擋上時，PLC對轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)變頻柜發(fā)出“停止”指令，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)停止。此時轉(zhuǎn)盤的位置如圖2的②。
如果檢測元器件檢測到1#轉(zhuǎn)盤后輥道上無鋼，A1B1、A2B2輥道以正向速度（即AB向）將鋼坯送出1#轉(zhuǎn)盤，進(jìn)入1#轉(zhuǎn)盤后輥道。當(dāng)處于輥道尾部檢測碰球檢測到鋼坯的尾部消失時，PLC向A1B1、A2B2輥道變頻器發(fā)出“停止”指令，輥道停止運行。同時，PLC向擋板1的閥臺發(fā)出“下降”指令，擋板1落下。
此時，輥道C1D1、C2D2將擔(dān)負(fù)起下兩塊鋼坯的運送工作，描述如下：
此時轉(zhuǎn)盤處于圖2的②的位置，擋板1處于落下位置。當(dāng)1＃擋板處檢測點檢測到鋼坯的頭部進(jìn)入1#轉(zhuǎn)盤，根據(jù)“先高速、后低速”的原則，C1D1、C2D2輥道變頻柜接受PLC的指令對C1D1、C2D2輥道進(jìn)行驅(qū)動（方向為DC），當(dāng)輥道尾部檢測碰球檢測到鋼坯的頭部時，PLC對C1D1、C2D2輥道變頻柜發(fā)出“停止”指令，C1D1、C2D2輥道停止運行。此刻，如果在1#擋板處檢測點依然檢測到有鋼坯存在，則PLC發(fā)出“鋼坯超長”報警。
若1#擋板處檢測點檢測到無鋼坯存在，則擋板1升起，延時一定時間后，PLC向轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)變頻柜發(fā)出“反轉(zhuǎn)”指令，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)變頻柜驅(qū)動轉(zhuǎn)盤逆時針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)反轉(zhuǎn)減速檢測點被轉(zhuǎn)動位置檢測片擋上時，PLC對轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)變頻柜發(fā)出“慢速反轉(zhuǎn)”指令，轉(zhuǎn)盤慢速反轉(zhuǎn)。當(dāng)反轉(zhuǎn)停止檢測點被轉(zhuǎn)動位置檢測片擋上時，PLC對轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)變頻柜發(fā)出“停止”指令，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)停止此時轉(zhuǎn)盤的位置如圖2的①。
如果檢測元器件檢測到1#轉(zhuǎn)盤后輥道上無鋼，則C1D1、C2D2輥道以正向速度（即CD向）將鋼坯送出1#轉(zhuǎn)盤，進(jìn)入1#轉(zhuǎn)盤后輥道。處于輥道頭部檢測碰球檢測到鋼坯的尾部消失時，PLC向C1D1、C2D2輥道變頻器發(fā)出“停止”指令，輥道停止運行。同時，PLC向擋板1的閥臺發(fā)出“下降”指令，擋板1落下。
如此周而復(fù)始。

3 變頻器控制方案
對于多電機控制的一拖多控制系統(tǒng)，ABB公司推出的ABB MULTIDRIVE和XIEMENS公司的6SE70系列變頻器非常適合輥道類負(fù)載的控制，在本系統(tǒng)中我們采用了ABB公司的ACS800 MultiDrive系列變頻器。
ACS800 MultiDrive采用公共直流母線供電方式，即若干逆變器單元連接到由單獨供電單元提供的直流母線上，主要由供電部分、傳動部分(Drive Section)、控制部分(Control Section)構(gòu)成。
供電部分從功能上被分成三個單元：輔助控制單元(ACU)、進(jìn)線單元(ICU)和可控硅供電單元(TSU)。
可控硅供電單元包含兩個六脈波晶閘管橋，正橋?qū)⑷嘟涣麟妷恨D(zhuǎn)換成直流電壓，通過中間回路將能量提供給逆變器；反橋是將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，也就是將電機的制動能量回饋電網(wǎng)。正/反橋不能同時工作，只能一組橋運行，另一組橋處于封鎖狀態(tài)?？煽毓栌|發(fā)角總是在不停的調(diào)節(jié)去保持中間回路電壓在設(shè)計值，正/反橋的選擇和中間回路電壓的控制是基于供電電流、供電電壓和中間回路電壓的監(jiān)測。觸發(fā)角的控制是基于DC電壓和電流，控制程序是在60O的移相范圍內(nèi)運行?？煽毓璧膿Q相余量是不固定的，在以連續(xù)電流回饋時的觸發(fā)角取決于線路的電感和DC電流。一次回路圖如圖3所示。

圖 3 一次回路電原理圖

4 控制系統(tǒng)設(shè)計
4.1 硬件系統(tǒng)配置設(shè)計
本套系統(tǒng)采用西門子S7-300 PLC，通過以太網(wǎng)連接上位WINCC，通過PROFIBUS 通訊和變頻器連接，系統(tǒng)圖如圖4所示。

圖 4 系統(tǒng)圖

MCC把READY、RUN、FAULT等信號發(fā)送到PLC，同時操作臺的各種操作信號也傳遞到DI模塊，經(jīng)PLC程序進(jìn)行內(nèi)部邏輯運算后，把各種現(xiàn)場顯示信號如指示燈等，送到WINCC界面和現(xiàn)場的設(shè)備指示。WINCC界面可以設(shè)置變頻器的速度信號，顯示變頻器的實際運行狀態(tài)，如頻率、電流等；可以起停任意一臺設(shè)備，并監(jiān)視每臺設(shè)備的運行情況。
在主操作臺上設(shè)有急停按鈕，無論何時拍下此按鈕可以將所有電機進(jìn)行急停。

4.2 PLC—變頻器通訊設(shè)計
（1）PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線控制器的設(shè)置。ABB變頻器和西門子PLC之間可以通過PROFIBUS實現(xiàn)控制：
● 安裝ABB變頻器GSD文件 ABB_0812.GSD；
● 在系統(tǒng)PROFIBUS-DP硬件配置中添加從站ABB Drives RPBA-01，站號為2（或其它站號）,插入PPO Type Module為4；
● 在2號從站的參數(shù)設(shè)置中，將Operation Mode改為Vendor Specific（即ABB傳動協(xié)議）；
● 其它為默認(rèn)配置；
● 將配置下載到主站中。
（2）ACS800變頻器的參數(shù)簡單設(shè)置：
● 將ACS800變頻器Profibus適配器模塊RPBA-01安裝到變頻器上；
● 按照RPBA-01適配器模塊的用戶手冊調(diào)整硬件（如站號，終端電阻等）;
● 將參數(shù)98.02改為FIELDBUS；確定參數(shù)98.07（COMM PROFILE）為ABB DRIVES ;
● 將參數(shù)51.04（PPO type）改為PPO4；
● 將參數(shù)51.05（PZD3 OUT）改為3。

5 結(jié)束語
PLC和變頻器組成一個較智能化的控制系統(tǒng)，在熱送輥道的應(yīng)用是十分成功的，它可以把各種啟動、運行、故障信號組合，送入PLC進(jìn)行邏輯處理，再發(fā)出控制信號控制變頻器的運行，運行穩(wěn)定，可靠，自本套系統(tǒng)投入生產(chǎn)以來，很好的提高了生產(chǎn)效率，減少了故障發(fā)生率。