加热炉抽钢机联动控制系统的设计(附件)【字数：11135】
摘 要梅钢1780产线加热炉抽钢机采用的是主从控制的联动设备，在运作时发生过流故障，严重影响了产线的正常生产。本文将会对抽钢机控制及存在的问题进行原因分析，设想问题的解决方案，并且重新设计抽钢机的自控控制系统。使之能够满足抽钢机的正常运行的工作要求。中间简要介绍了ACS800变频器主从控制的原理，并结合热轧厂加热炉抽钢机的实际应用，采用带离合器的刚性连接的主从控制对变频器进行参数配置，实现了负载均匀地分配在两台电机之间，取得了满意的效果。不仅能够保证多个同轴电机的同步运行，而且可以较好地实现负载的均匀分配，减少了设备因不同步、负载分配不平衡而导致的系统故障和产品质量差等现象的发生，保证了生产的正常高效的进行。
Key words:Steel drawing machine；Masterslave control；Overcurrent failure； ACS800frequency converter 目 录
第一章 绪论 1
第二章 抽钢机联动控制概述 2
第三章 加热炉抽钢机联动控制所存问题及分析 6
3.1抽钢机联动控制过流问题及所造成的影响 6
3.2抽钢机联动控制过流问题原因分析 6
3.21机械原因 6
3.22电气原因 7
3.3抽钢机联动控制需要解决的问题 9
3.31振荡过流曲线分析 10
3.32堵转过流曲线分析 13
第四章 抽钢机控制系统的优化设计 15
4.1抽钢机联动控制的总体设计思路 15
4.2防止过流现象的对策 16
4.21机械问题 16
4.22电气问题 17
第五章 抽钢机联动控制系统的设计总结 20
5.1控制系统设计的效果检查 20
结束语 20
致 谢 22
参考文献 23
第一章 绪论
自动抽钢的简介：
自动抽钢是指通过自动化系统控制加热炉系统进行抽钢，主要是通过二级过程控制系统对整个轧线工况、加热炉工况以及加热炉模型对板坯燃烧控制等因素进行综合判断后，进行模型计算， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
计算出合理的抽钢间隙，给加热炉PLC系统发出抽钢指令，加热炉收到抽钢指令后即刻进行抽钢操作，等到加热炉抽钢完成后，再通知轧线相关控制系统进行轧制生产的过程，从而提高轧线生产组织效率，加快轧制节奏，减少因生产组织不合理而导致板卷质量问题的发生，并且能够减少能耗。
背景介绍：
梅钢1780产线一共放置了3座加热炉，每座加热炉的出口放置2台抽刚机，由于2台抽钢机需要共同抽出炉内长坯，故抽钢机采用联动控制方式。2014年下半年开始，3座加热炉抽钢机接二连三发生过流故障，具体的表现就是抽钢机在自动抽钢过程中突然停止，然后就是传动柜报过流的问题。在抽钢机动作至末尾阶段突然停止，传动柜报过流。抽钢机前进至炉内抬起板坯后异常停止，从而影响生产。考虑到1780产线也是新建不久，造成过流的可能原因可能涉及较多方面，如机械方面的异常磨损导致的间隙过大，润滑不良导致的机械阻力增大，电气方面的如传动参数的设置不合理，联动状态下两台电机动作的同步性异常等，这些最终都会反映到传动柜过流。
第二章 抽钢机联动控制概述
2.1热轧加热炉生产工艺及主体设备介绍
/
图21 抽钢机机械分布图
热轧厂在加热炉内出料端等待出料的热钢坯，经开启出料炉门后，由抽钢机托杆于低位入炉，托起抽出该钢坯放置在炉外出料辊道上并关闭出料炉门，再经出料辊道高速输送至轧线区进行轧制。抽钢机由4根托杆组成，分成二组（2＋2）。抽钢机运动轨迹为：进/升/退/降；抽钢机由相同的2套传动机构、4套齿轮机座和出钢臂部件等构成。每组为2根出钢臂，各有1套传动装置分别驱动。见图。出钢臂前进后退动作采用交流变频电动机，制动器，圆柱齿轮减速器，齿轮等驱动出钢臂下部的齿条来实现。
抽钢机传动装置分别为两台电机驱动，两台电机分别带减速箱，减速箱之间用钢性联轴器通过齿轮耦合。两台电机分别通过两套逆变装置驱动，逆变器型号ACS80010401253，两套逆变装置采用主从控制，其中主机带有速度编码器反馈，从机不带编码器。硬件配置如下：
变频器：ACS80010401253+F272；95KW 178A。
电机：型号YGP280L16；电压380V；功率37KW；Ie=71.8A；n=980rpm；频率50Hz；工作制式S1；防护等级IP54；绝缘等级H。
2.2抽钢机控制技术发展简介
目前，国内大部分的轧钢厂还都是人工操作的，这些工人基本都是根据自己的经验来手动控制生产的，就算是经验再丰富的也会有很多不足的地方。这种手动抽钢方法有着以下几个缺点:扎线生产时快时慢，操作工根据自己的操作安排生产工作，这样轧线生产就会造成节奏不稳定,从而会导致产品质量下降；同时也会导致设备空转很长一段周期，造成等待抽钢扎制的情况,既然会空转那就存在设备损耗以及电力损耗等能源浪费问题。
抽钢机的关键技术就是主从控制，打个比方来说，抽钢机不可能一台一台地控制，因为这样很浪费人力并且损耗了很多能源，所以必然是一台控制多台机器，这样就会使工作变得很有省力，节约了能源。而主从控制顾名思义就是主站通过一些控制方法从而达到对从站的完全控制，而具体的实现方法还要将PC端与800变频器相接，通过对于频率的调节来控制主从站，或是通过主机转矩的调节来控制从站。实际操作主机由PLC通过Profibus控制，采用速度控制方式，因为两台抽钢机属于刚性连接，从机只受主机控制，采用转矩控制方式。
ACS800变频器的主从控制,结合热轧厂加热炉抽钢机的实际应用，采用的是带离合器的刚性连接的主从控制对变频器进行参数配置，达到了让负载均匀分布的目的，取得了满意的效果。
钢铁行业的发展是极其迅速的，国内的钢铁企业虽然自己也拥有不错的生产线，但是比起国外的轧钢生产线还是有很多不足的地方，所以引进国外的高科技也是很有必要的。国内的钢厂普遍都是一些全连扎生产线，全连扎生产线的重要组成就是加热炉抽钢机，它的作用就是起到推进和提供动力。经过这么多年的生产出现了许多的毛病，比如，抽钢时常会出现钢坯在炉内被压到弯曲、两台机子没同步、拱钢现象也是家常便饭，这些情况的出现是很不健康的，平时的生产将会有所制约，因此对加热炉抽钢机出现的故障进行分析问题并解决问题是迫在眉睫的。
2.3梅钢热轧厂抽钢机控制系统介绍
图22 抽钢机网络拓扑结构图
加热炉抽钢机的传动装置采用的是ABB公司的ACS800 MultiDrive变频装置。L1为西门子S7400 PLC，网络拓扑结构如图1所示，其中变频柜通过Profibus与PLC通讯，电机尾部输出轴接有两只同轴的编码器，其中增量编码器通过普通电缆接入变频柜，作为变频柜的速度反馈，另一只绝对值编码器通过Profibus接入PLC，作为抽钢机的实际位置反馈。ACS800变频柜配置RPBA01通讯适配模块，支持Profibus协议，ABB传动装置通过它连接到Profibus系统中，并且在Profibus网中作为一个从站。主要通讯内容有使能、给定、急停、实际值与状态信息等。ACS800 MultiDrive多传动系统是由各种传动模块构成。公共直流母线为传动模块提供直流电压。系统的主要特点有：模块化结构，维护方便；功率范围、电压范围较宽；并联模块具有冗余功能。
Key words:Steel drawing machine；Masterslave control；Overcurrent failure； ACS800frequency converter 目 录
第一章 绪论 1
第二章 抽钢机联动控制概述 2
第三章 加热炉抽钢机联动控制所存问题及分析 6
3.1抽钢机联动控制过流问题及所造成的影响 6
3.2抽钢机联动控制过流问题原因分析 6
3.21机械原因 6
3.22电气原因 7
3.3抽钢机联动控制需要解决的问题 9
3.31振荡过流曲线分析 10
3.32堵转过流曲线分析 13
第四章 抽钢机控制系统的优化设计 15
4.1抽钢机联动控制的总体设计思路 15
4.2防止过流现象的对策 16
4.21机械问题 16
4.22电气问题 17
第五章 抽钢机联动控制系统的设计总结 20
5.1控制系统设计的效果检查 20
结束语 20
致 谢 22
参考文献 23
第一章 绪论
自动抽钢的简介：
自动抽钢是指通过自动化系统控制加热炉系统进行抽钢，主要是通过二级过程控制系统对整个轧线工况、加热炉工况以及加热炉模型对板坯燃烧控制等因素进行综合判断后，进行模型计算， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
计算出合理的抽钢间隙，给加热炉PLC系统发出抽钢指令，加热炉收到抽钢指令后即刻进行抽钢操作，等到加热炉抽钢完成后，再通知轧线相关控制系统进行轧制生产的过程，从而提高轧线生产组织效率，加快轧制节奏，减少因生产组织不合理而导致板卷质量问题的发生，并且能够减少能耗。
背景介绍：
梅钢1780产线一共放置了3座加热炉，每座加热炉的出口放置2台抽刚机，由于2台抽钢机需要共同抽出炉内长坯，故抽钢机采用联动控制方式。2014年下半年开始，3座加热炉抽钢机接二连三发生过流故障，具体的表现就是抽钢机在自动抽钢过程中突然停止，然后就是传动柜报过流的问题。在抽钢机动作至末尾阶段突然停止，传动柜报过流。抽钢机前进至炉内抬起板坯后异常停止，从而影响生产。考虑到1780产线也是新建不久，造成过流的可能原因可能涉及较多方面，如机械方面的异常磨损导致的间隙过大，润滑不良导致的机械阻力增大，电气方面的如传动参数的设置不合理，联动状态下两台电机动作的同步性异常等，这些最终都会反映到传动柜过流。
第二章 抽钢机联动控制概述
2.1热轧加热炉生产工艺及主体设备介绍
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图21 抽钢机机械分布图
热轧厂在加热炉内出料端等待出料的热钢坯，经开启出料炉门后，由抽钢机托杆于低位入炉，托起抽出该钢坯放置在炉外出料辊道上并关闭出料炉门，再经出料辊道高速输送至轧线区进行轧制。抽钢机由4根托杆组成，分成二组（2＋2）。抽钢机运动轨迹为：进/升/退/降；抽钢机由相同的2套传动机构、4套齿轮机座和出钢臂部件等构成。每组为2根出钢臂，各有1套传动装置分别驱动。见图。出钢臂前进后退动作采用交流变频电动机，制动器，圆柱齿轮减速器，齿轮等驱动出钢臂下部的齿条来实现。
抽钢机传动装置分别为两台电机驱动，两台电机分别带减速箱，减速箱之间用钢性联轴器通过齿轮耦合。两台电机分别通过两套逆变装置驱动，逆变器型号ACS80010401253，两套逆变装置采用主从控制，其中主机带有速度编码器反馈，从机不带编码器。硬件配置如下：
变频器：ACS80010401253+F272；95KW 178A。
电机：型号YGP280L16；电压380V；功率37KW；Ie=71.8A；n=980rpm；频率50Hz；工作制式S1；防护等级IP54；绝缘等级H。
2.2抽钢机控制技术发展简介
目前，国内大部分的轧钢厂还都是人工操作的，这些工人基本都是根据自己的经验来手动控制生产的，就算是经验再丰富的也会有很多不足的地方。这种手动抽钢方法有着以下几个缺点:扎线生产时快时慢，操作工根据自己的操作安排生产工作，这样轧线生产就会造成节奏不稳定,从而会导致产品质量下降；同时也会导致设备空转很长一段周期，造成等待抽钢扎制的情况,既然会空转那就存在设备损耗以及电力损耗等能源浪费问题。
抽钢机的关键技术就是主从控制，打个比方来说，抽钢机不可能一台一台地控制，因为这样很浪费人力并且损耗了很多能源，所以必然是一台控制多台机器，这样就会使工作变得很有省力，节约了能源。而主从控制顾名思义就是主站通过一些控制方法从而达到对从站的完全控制，而具体的实现方法还要将PC端与800变频器相接，通过对于频率的调节来控制主从站，或是通过主机转矩的调节来控制从站。实际操作主机由PLC通过Profibus控制，采用速度控制方式，因为两台抽钢机属于刚性连接，从机只受主机控制，采用转矩控制方式。
ACS800变频器的主从控制,结合热轧厂加热炉抽钢机的实际应用，采用的是带离合器的刚性连接的主从控制对变频器进行参数配置，达到了让负载均匀分布的目的，取得了满意的效果。
钢铁行业的发展是极其迅速的，国内的钢铁企业虽然自己也拥有不错的生产线，但是比起国外的轧钢生产线还是有很多不足的地方，所以引进国外的高科技也是很有必要的。国内的钢厂普遍都是一些全连扎生产线，全连扎生产线的重要组成就是加热炉抽钢机，它的作用就是起到推进和提供动力。经过这么多年的生产出现了许多的毛病，比如，抽钢时常会出现钢坯在炉内被压到弯曲、两台机子没同步、拱钢现象也是家常便饭，这些情况的出现是很不健康的，平时的生产将会有所制约，因此对加热炉抽钢机出现的故障进行分析问题并解决问题是迫在眉睫的。
2.3梅钢热轧厂抽钢机控制系统介绍
图22 抽钢机网络拓扑结构图
加热炉抽钢机的传动装置采用的是ABB公司的ACS800 MultiDrive变频装置。L1为西门子S7400 PLC，网络拓扑结构如图1所示，其中变频柜通过Profibus与PLC通讯，电机尾部输出轴接有两只同轴的编码器，其中增量编码器通过普通电缆接入变频柜，作为变频柜的速度反馈，另一只绝对值编码器通过Profibus接入PLC，作为抽钢机的实际位置反馈。ACS800变频柜配置RPBA01通讯适配模块，支持Profibus协议，ABB传动装置通过它连接到Profibus系统中，并且在Profibus网中作为一个从站。主要通讯内容有使能、给定、急停、实际值与状态信息等。ACS800 MultiDrive多传动系统是由各种传动模块构成。公共直流母线为传动模块提供直流电压。系统的主要特点有：模块化结构，维护方便；功率范围、电压范围较宽；并联模块具有冗余功能。
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