西门子6ES7516-3UN00-0AB0安装调试

1  引言
    莱钢1500mm热轧带钢生产线是莱钢“十五”技改工程新上的一条生产线，该条生产线全部由国内设计生产制造，其工艺布置方案为：2座步进梁式加热炉—单机架带立辊轧机（配置全液压awc)的四辊可逆粗轧机（配置电动压下apc+液压agc)—热卷箱—6机架四辊精轧机组（f1-f6配置全液压压下hapc+hagc、窜辊、弯辊，f1-f6采用cvc机型，机架间低惯量活套)—层流冷却—2台地下卷取机（配置助卷辊液压踏步控制)。可生产厚度1.2mm—20mm，宽度700mm—1350mm的热轧带钢，年设计生产能力200万吨。

2  卷取工艺
    卷取区主要设备有热输出辊道、层流冷却设备、卷取前侧导板、夹送辊、助卷辊、卷取机、卸卷小车、运输链等，设备布置如图1所示。

图1   卷取区示意图

    当带钢出后一架轧机经层流冷却辊道进入入口侧导板并开始卷取时，入口侧导板通过位置、压力传感器对带钢进行控制，然后进入夹送辊。带钢在夹送辊的作用下，向下弯曲并沿挡板和斜溜板进入助卷辊和卷取机芯轴设定的缝隙，通过1#、2#、3#助卷辊与弧形导板，使其卷绕在卷取机芯轴上。卷绕3～4圈后，卷筒建立稳定张力，侧导板进给使其靠上带钢，助卷辊此时变成小电流控制，并与带钢同步。助卷辊逐一打开，斜溜板打开，卸卷小车进入卷筒下方并且卸卷小车升降台上升到距给定带卷外径下 200mm处。助卷辊全部打开后，卷筒与后一架轧机建立张力。带钢尾部即将离开f6时，助卷辊电机自动转为速度控制，当卷取即将完了时，卸卷车升降台接触钢卷，其卸卷小车托辊与卷筒等速旋转直至卷取完了，钢卷带头转到带卷下方。卷取结束后，卸卷车上托辊制动并且压住带钢尾部，然后卷筒反转收缩，侧导板、夹送辊开启，挡板关闭，卷取机外支撑打开，卸卷小车将钢卷取下并送至钢卷**车，由此再送至带回转台的回转小车，该小车将钢卷水平翻转90°送到链式运输机上运出带卷。

3  卷取控制系统
    卷取区由2套s7－400系列plc和2套tdc系统组成。一套s7400用于卷取公共控制，带10个et200m远程站；另一套s7400用于卷取出口控制；2套tdc系统带8套et200m远程站，主要实现液压ajc等功能。系统配置图如图2所示。

图2  卷取控制系统配置图

3.1 卷取机的踏步控制(ajc)功能  
    自动踏步控制是现代带钢热连轧机的一个新的控制功能，其目的是尽可能减小在卷取时由于带头和助卷辊相撞而在带钢上产生的压痕。
    自动踏步控制的基本原理是：自动跟踪计算带钢位置并给电气控制发送信号。每个助卷辊都装有位置和压力控制器，在带钢卷取过程开始后，每当带钢头部转到距离任一助卷辊很近的位置时，该助卷辊都迅速抬起，和带钢脱离接触；而当带钢头部通过助卷辊后，该助卷辊则迅速回靠以压紧卷筒上的带钢，并按压力控制方式运行。该过程将持续到卷取若干圈后全部助卷辊打开为止。良好的踏步控制系统应在保证带钢头部不与助卷辊相撞的前提下，尽可能缩小助卷辊和带钢脱离的时间，使卷形不受影响。三个助卷辊跳跃时，总有两个助卷辊处于压力控制，以防止钢卷松散。为了安全起见，助卷辊的跳跃量略大于带钢厚度。
    ajc控制系统如图3所示，包括带钢头尾跟踪、助卷辊位置控制和压力控制。

图3  ajc控制系统示意图

3.2 卷取张力控制  
    卷取机有两种工作状态：速度控制状态和张力控制状态[1]。在点动和穿带期间，它们工作在速度控制状态，穿带时，当卷取张力建立后，它们工作在张力工作状态。
    从速度控制状态切换到张力控制状态是在切换逻辑控制下自动进行的。在切换到张力控制状态运行后，尽管卷取机的速度给定略高于精轧机组速度基准给定值。由于精轧机组和卷取机之间通过带钢的刚性连接，卷取机的实际速度不可能达到速度给定值，卷取机的速度调节器的输出饱和，传动系统转入张力控制。由于速度调节器的输出达到限幅值，张力给定值由张力矩、摩擦力矩、弯曲力矩、加减速力矩的计算等的结果决定。
    (1) 卷径计算。卷取机上钢卷的卷径通过脉冲发生器的计数值计算出来。计算方法是在卷取机卷筒上定义一个旋转角度αh，测量与该角度相对应的带钢长度，即可计算出钢卷的卷径。
    钢卷卷径按下列公式计算：        d=2l/αh
    αh：在卷取机卷筒上的旋转角度(以弧度表示)
    d：钢卷卷径     
    l：与αh相对应的带钢长度
    张力力矩的计算：带钢张力矩的计算公式如下：mz=f*d/2i
    mz：张力矩；f：张力设定值；i：传动比
    弯曲力矩的计算：带钢弯曲力矩的计算按下列公式求得： 
    mb=δy*l* h/4
    mb：弯曲力矩；h：带钢厚度；δy：屈服系数；l：带钢宽度
    (2) 加速力矩的计算。卷取机电机的加速力矩由折算到电机轴上的转动惯量和带钢线加速度等参数计算出来[2]。转动愤量包括固定部分和与钢卷规格有关的可变部分。固定部分由卷取机传动机构、卷筒等部分的转动惯量组成。可变部分由钢卷直径、带宽、钢的比重等参数决定。由线速度变化和卷径变化决定的加速力矩计算公式如下： 
    mα=dv/dt［k1*1/d+l(k2*d3- k3*1/d)］
    其中：k1表示固定部分的转动惯量系数；
    k2、k3表示取决于卷径变化的变化部分的转动惯量系数；
    l表示带钢宽度；
    d表示钢卷卷径；
    dv/dt表示加速度。
3.3 卷取机前侧导板控制  
    热轧钢卷的卷形是生产过程中的一项重要的质量指标。卷取机前侧导板的作用就是使带钢在卷上卷取机之前不跑偏，在卷取过程中对中，保证良好的卷形。采用液压伺服系统对侧导板进行位置和压力控制。控制系统具有动态响应快、控制精度高的特点，在带钢的卷取过程中能实时地控制侧导板的开口度和压靠力，使带钢稳定在轧制中心线上。控制系统具有两种控制方式：位置控制和压力控制。可以自动切换，也可以根据生产设备情况、轧制品种等实际需要进行选择。在带钢进入卷取机以前为位置控制，侧导板的开口度设定要比带钢的宽度大，这样可以使带钢顺利地进入夹送辊。一旦带钢头部卷入夹送辊后，可以是位置控制或压力控制。
3.4 自动卸卷控制  
    带钢卷取过程中，运卷小车前进至卷取机下方，并进行一次上升，当卷取完成并尾部定位后，小车第二次上升，卷筒停止运转后，卸卷车托住带卷，卷筒缩径，运转小车将带卷运至钢卷升降机上，再由升降机将带卷移送到运输链上。整个控制过程可以手动/自动进行操作，手动时，操作工控制小车的前进和上升等动作，并将这些信号传送到plc中，由plc控制卷取机的动作，保证卸卷的正常进行。自动时，直接由plc根据工艺控制要求进行卸卷控制。

一、淬火策略服务器的组成

淬火机根据不同的钢种以及终冷温度，温降时间等要求，生成淬火策略，用于淬火机的控制，包括各区喷嘴水量的大小，箱体高度的设置，温度补偿等。从而达到比较好的淬火效果，保证钢板有平直度和金相组织要求。

淬火机策略服务器主要包括：TCP/IP服务器，ORCLE 数据库，策略提供进程，HMI人机接口界面等。

PLC过程控制主要包括：PLC TC－－-钢板跟踪系统；PLC QC－－-淬火机控制

主要结构图如下图1所示：

图1：淬火策略服务器的组成

1、HMI简介

HMI提供了一个可视化和可维护的淬火策略接口界面。它可以显示己淬火钢板的存储数据和各区域水**的历史曲线图。

程序MMI_QRC运行后，自动进入策略总览界面。按下按钮“Archive”则选择了存储浏览，硬拷贝功能总是可用的。 通过HMI可以查看淬火钢板的存储数据，喷嘴，水的**，压力等。

2、淬火策略

在界面的上部分,可以任意选择淬火策略.在上区选中了相关的策略栏目后,在中间的区域部分则显示具体的策略数据,并且可以修改。操作人员可按下“NEW”按钮创建更多的新的策略。也可以按下“DELETE”按钮删除选中的策略。如下图2所示：

图2：淬火策略总览界面

在策略表中的编辑项是有约束条件的，例如，不能创建一个厚度为0mm的钢板。为了能使滤波水量能够调整可以设置滤波率，以调整各个区域的喷嘴**。除此之外水量的总**和压力是可以修改的。

淬火策略服务器与其它相关设备的通讯是通过报文来传送的，不同的设备有不同的报文内容和格式。用来传递淬火策略和下达设置参数，激活过程数据以及程序的运行。

3、报文通讯格式

（1）策略服务器（RS 服务器）与PLC的通讯

在RS服务器上运行“RSServer.exe”，可以通讯到相应的PLC站。PLC站包括：

- PLC-TC (tracking control) 钢板跟踪
- PLC-QC (quench control) 淬火机控制

所使用的通讯协议是TCP/IP，所有的数据交换通过报文传送，PLC作为服务器端，RS 服务器作为客户端。报文使用二进制代码并且长度固定。

报文格式分为三部分：报文头，可用的数据头，可用的数据本体。

系统使用2种类型的报文：WATCHDOG 报文，数据报文。

（2）RS服务器和RS进程的通讯

在RS服务器上运行 “RSServer.exe” 可以通讯到提供淬火策略的RS进程。通讯协议仍然是TCP/IP。所有的数据交换是以RS服务器为服务器端，RS进程为客户端。报文是ASCII码格式，长度是动态的。

（3）53号报文通讯：PLC TC 与PLC-QC之间的通讯

发送者: PLC- TC
接收者：PLC- QC
总长度：800 Bytes

在出炉前2分钟由PLC-TC的钢板跟踪信号触发。

（4）54号报文淬火机控制确认

发送者：PLC-QC
接收者：PLC-TC
总长度：88 Bytes

该报文是在接收到淬火机控制执行后由事件触发。

4、设置与PLC的连接

PLC-TC的端口号： 2000
PLC-QC的端口号： 2001

配置设备如图3所示：

图3：PLC的端口号设置

5、淬火机工作顺序

Ø开始传递报文53号，并接收到确认信息报文54号。
Ø通过DP/DP耦合器传递淬火机工作模式代码。
Ø确认开始状态
Ø如果淬火机的准备条件没有故障，所有的设备应为“准备”状态。
Ø淬火机工作模式可以通过DP/DP耦合器重新设置。
Ø当准备工作就绪后，预设信号就显示OK状态，实际的工作模式会在HMI上显示。
Ø根据设置模式开启相应的水量控制阀，发送信号后阀门打开。
Ø钢板进入淬火机后，钢板在淬火机内的信号将会打开，同时钢板不在淬火机内的信号指示将关闭。
Ø当钢板的尾部离开高压区后，高压区信号指示关闭。
Ø当钢板尾部离开淬火机后，钢板在淬火机内的信号关闭，不在淬火机内的信号将打开。
Ø淬火机信号全部关闭。淬火机工作停止，并处于“准备”状态，等待下一张钢板