热连轧精轧速度控制系统及其完善

路晓亮　桑帅帅

【摘要】介绍了安钢1780mm热连轧精轧机组速度控制系统的基本原理和组成，阐述了PLC系统与交交变频主传动系统之间通讯的具体实现，探讨了在现场应用中系统的不足，通过改进和优化，提高了系统的稳定性。

【关键词】热连轧机；精轧区；自动速度控制；现场总线

安钢1780mm热连轧精轧机组由7台轧机组成，每台轧机由一台交流同步电动机经齿轮分配箱驱动上下两支工作辊转动工作。由于是连续轧制，各机架间的速度匹配十分重要，这就要求速度控制要迅速、精确，否则将直接影响带钢质量。精轧机组速度控制由PLC系统中的速度主令控制器下发给定，交交变频主传动系统执行来实现。而该速度给定值又是由过程控制级（L2）结合现场工况下发的速度设定和AGC、活套以及操作工手动调节等得到的速度调节值相结合而得到。

1.精轧机组速度控制的基本原理

在精轧机组的工作过程中，为保证轧制的稳定性，要求带钢在机架间不堆、不拉，始终保持恒定小张力状态。这就要求首先确定各机架速度之间的关系。

1.1秒流量平衡方程

在确定各机架速度时，最末机架的速度最为关键。根据轧制的工艺情况和设备情况，考虑到各机架的负荷分配和带钢的终轧温度，过程控制级（L2）会确定各机架的出口厚度和F7出口带钢速度，并以此为标准根据秒流量平衡方程反推其他各机架速度，将此速度做为基准速度设定下发给基础自动化级（L1）PLC执行。

1.2精轧机组的速度调节量

2.精轧机组速度控制系统的组成

精轧速度控制系统主要由速度主令控制器、主传动系统以及速度采集和反馈元件组成。其中速度主令控制器是TMEIC公司提供的东芝Ｖ系列3000PLC，主传动系统为北京金自天正公司提供的大功率交交变频器，使用的通讯网络为Profibus-DP，速度采集和反馈元件为HUBNER增量式光电编码器。

2.1速度主令控制器

精轧速度主令控制器位于精轧PLC室内，是精轧区控制系统18个PLC机站之一，是速度控制的核心。该控制器为东芝V系列3000PLC，是与西门子S7-400PLC性能相近的大型PLC系统。主机架包括电源模板PS791S、扩展通讯模板IF721、远程通讯缓存处理模板R3PU45A、TC-net网络接口模板TN721、以太网接口模板EN751以及CPU模板S3PU55B。PLC系统各机站之间通过TC-net高速网络连接，传输介质是光纤。PLC与HMI操作界面工作站和配有V系列控制器编程软件Vseries Engineering Tool2(简称Vtool2)的工程师站之间通过以太网连接，与传动系统通过R3PU45A及下挂扩展机架内的Profibus通讯模板PF311连接。由于PLC和传动装置相距较远，中间采用了光电转换器，保证了通讯的及时和稳定。

速度主令控制器的程序存储和执行、数据运算等主要功能是通过CPU模板实现的。通过在线编程软件Vtool2，可以实时打开其中正在运行的程序，监控相关数据，并可对程序进行在线编辑和修改。Vtool2软件功能强大，支持多种常见的编程语言，包括梯形图、功能块图、顺序功能图等，并可以在一段程序中同时使用以上3种编程语言。在Vtool2中将整个控制功能分成一个个任务(Task)，任务又分成事件任务（EV）、超高速任务(SS)、中断任务（IP）、高速任务（HS）、主要任务（MS）、后台任务（BG）。依据控制任务的种类和要求将相应的控制程序写在各个任务区域。

速度控制的程序主要为HS和MS两种，HS中的内容主要为速度调节量计算和最终速度给定值合成以及速度冲击补偿和板坯跟踪等要求快速响应的程序。MS中的内容主要为传动联锁、起停控制、模式选择、保护和轧辊辊径处理等速度要求一般的程序。

2.2主传动系统

由速度主令控制器下发的速度给定最终要靠主传动系统执行来驱动轧机运转。1780线的主传动采用大功率凸极交流同步电动机、全数字交交变频矢量控制交流调速装置。电机选用的是哈电成熟产品，调速装置为金自天正公司提供，其使用的主传动控制器是西门子公司整柜SIMADYN D控制系统。

SIMADYN D系统完成对各机架电机的速度控制，包括同步电机矢量控制、电机启停控制和电机保护。其通过网络连接，与PLC系统紧密联系在一起，并可通过下挂ET200站，采集电机机旁数据，实现故障显示、诊断和保护。对于PLC下发的速度给定值，其通过复杂而精密的矢量运算后，输出晶闸管功率柜的触发脉冲，通过晶闸管功率柜控制同步电机。

由于精轧7台主传动电机功率不同：F1-F4为9000KW，F5、F6为8000KW，F7为7500KW。

F1-F4每台电机调速装置由9台精轧管反并联6脉冲功率柜组成，每台功率柜内装12只晶闸管，F5-F7则各有6台功率柜组成，每相少1台。

2.3速度主令控制器与主传动系统间的通讯

PLC系统与主传动系统的通讯通过Profibus-DP网络实现。在PLC端，扩展机架上下挂有专用通讯模板PF311。通过专用的网络配置软件Cycon，可对该模板进行配置，定义通讯对象的地址、通讯字长、内容等。在主传动端SIMADYN D系统中的CS7通讯板上的SS52通讯子板负责完成与上位机的通讯。它们通过定义好的控制字和状态字交互，实现速度控制信息的下发和反馈。

2.4速度采集和反馈元件

每台电机轴上均安装有一部增量式光电编码器，负责测量电机的实际转速，并将速度信息反馈给传动系统，便于传动系统完成速度自动控制。由于PLC系统同时也要监控和采集电机速度信号，编码器的另一路输出被直接引入PLC系统，实现了速度信号的双系统监控。为防止由于控制系统失效导致电机转速过快，编码器尾部还安装有超速开关，来实现超速保护。

3.速度控制系统的不足和完善

自投产以来，经过实际生产的检验，精轧速度控制系统的某些方面还存在一些不足，主要存在于AGC秒流量速度补偿不稳定、通讯网络时有闪烁丢失现象、主传动系统功率器件性能不稳定等。经过努力完善和攻关，相关问题得到了很好的解决。

（1）针对AGC秒流量速度补偿过补，引起速度调节不稳定，导致转矩震荡现象，科学合理的优化了补偿参数和限幅，使补偿效果大大改善。

（2）针对通讯网络短时闪烁，导致通讯丢失的问题，适当调整了网络通讯速率，对系统中状态监控延时时间做适当延长，并对通讯线路的屏蔽和长度进行优化。

（3）针对主传动功率器件时有烧损的问题，对传动功率柜室的温、湿度进行严格控制，定期检测更换性能不稳定的晶闸管，对触发脉冲功放板定期检测，防止因某柜内晶闸管不导通，导致同相其他柜内同位晶闸管过流。对关键位置晶闸管进行换型，更换为进口ABB晶闸管。[科]