【正文】 機、MKW 1400mm偏八輥軋機、1500mm二十輥冷軋機和1250mm單機架可逆式HC冷軋機，70年代武漢鋼鐵公司投產(chǎn)了我國第一套1700mm五機架冷連軋機，1988年在寶鋼建成了2030mm五機架冷連軋機。這一階段這些國家的投資基本上都花在冷軋機的改造上，改善板帶產(chǎn)品的板形，減少板厚，降低能耗，提高軋速，增大卷重。第一臺四機架四輥冷軋機由美國軋機公司于1926年在巴特勒工廠投入生產(chǎn)。而具有機架間張力和張力卷取機的真正的連軋機操作，大約于1915年在匹茲堡的莫里斯一貝利(Morrisamp。1940年在新日鐵廣佃廠建立了第一套四機架1420mm冷連軋機。 國內(nèi)外研究的歷史及現(xiàn)狀 國內(nèi)外冷帶鋼軋機發(fā)展?fàn)顩r鋼的冷軋起始于德國，德國1917年二輥可逆式冷軋機、1932年四輥可逆式冷軋機的率先使用，掀開了現(xiàn)代按常規(guī)工藝生產(chǎn)板帶材的序幕，此后冷軋帶鋼的最大有效寬度迅速增大，而且在一定寬度條件下，其最小軋制厚度也不斷減小。所以生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化是國內(nèi)鋼鐵行業(yè)發(fā)展的重要方面，積極吸收國外的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗，加以改進(jìn)提高，應(yīng)用于控制領(lǐng)域，既可降低生產(chǎn)投入，又可以使技術(shù)完全自主化，有利于系統(tǒng)的維護(hù)和升級。由于其機械部分完好，因此只需對控制部分改造就可為在線檢測及監(jiān)控提供試驗平臺。與此同時，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，上述的基本控制系統(tǒng)也將不斷更新、發(fā)展和完善。這一系列的自動控制系統(tǒng)包括:帶鋼張力自動控制系統(tǒng)(ATC)，主傳動的速度自動控制系統(tǒng)(ASC)，帶鋼厚度自動控制系統(tǒng)(AGC)等等。通過高水平的自動控制系統(tǒng)可以保證生產(chǎn)的高效率、高效益、高質(zhì)量和低功耗。在軋制速度越來越高，產(chǎn)品范圍越來越大，質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格的情況下，軋機自動控制系統(tǒng)的功能及其檢測儀表的性能，必須進(jìn)一步提高和完善，才能與之相適應(yīng)。通過廣泛使用計算機，安裝高精度，高響應(yīng)的傳感器與控制器，不斷改進(jìn)軋機及其傳動電機的性能，加上控制理論與軋制理論的進(jìn)步及其數(shù)學(xué)模型的具體完善和實施，提高自動控制技術(shù)，品質(zhì)管理技術(shù)，工程管理技術(shù)的水平，才能生產(chǎn)出高質(zhì)量、多品種的鋼材制品。在此形勢下，發(fā)達(dá)國家傳統(tǒng)工作所面臨的竟?fàn)幏浅＜ち遥麧櫾絹碓降?，國外現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的最直接目的是降低成本，能夠降低成本的技術(shù)就有生命力。；PROFIBUSDP；目 錄摘 要 IAbstract II目 錄 III第1章 緒論 1 課題研究的背景及意義 1 研究背景 1 研究意義 2 國內(nèi)外研究的歷史及現(xiàn)狀 2 國內(nèi)外冷帶鋼軋機發(fā)展?fàn)顩r 2 軋鋼過程自動化的發(fā)展 3 本文研究的主要內(nèi)容 4第2章 西門子6RA70直流調(diào)速系統(tǒng)介紹 5 西門子6RA70裝置概述及特點 5 軟件結(jié)構(gòu) 6 電樞回路中的調(diào)節(jié)功能 8 勵磁回路調(diào)節(jié)功能 11 優(yōu)化過程 12 輸入輸出口功能 12 內(nèi)部工作原理 14 6RA70全數(shù)字整流裝置的選擇 17 6RA70整流裝置的參數(shù)設(shè)置 18 本章小結(jié) 20第3章 可逆冷軋機工藝流程及電控要求 22 可逆冷軋機的工藝流程 22 主傳動控制系統(tǒng)設(shè)計要求 22 動作要求 23 速度主令控制 23 張力控制 23 電路進(jìn)線電抗器及相關(guān)電氣參數(shù)計算 24 電抗器和無線電干擾抑制濾波器布置 24 進(jìn)線電抗器選擇計算方法 25 晶閘管額定參數(shù)的選擇 25 晶閘管的保護(hù) 27 快速熔斷器的選擇 27 電樞和勵磁供電回路結(jié)構(gòu) 28 主軋機和左右卷取機的雙閉環(huán)設(shè)計 31 主電動機已知條件及控制對象的基本參數(shù) 31 左右卷取機機已知條件及控制對象的基本參數(shù) 35 本章小結(jié) 40第4章 速度和張力控制系統(tǒng) 41 速度設(shè)定 41 張力控制 41 張力控制的工作原理 42 維持張力控制方案的選擇 43 間接張力控制和直接張力控制 45 卷取機電動機轉(zhuǎn)矩的計算 45 帶鋼卷取帶尾自動定位控制 49 帶鋼定位停車控制原理 49 控制系統(tǒng)硬件配置 50 基本的控制思想 51 本章小結(jié) 51第5章 控制網(wǎng)絡(luò)和通訊任務(wù)的實現(xiàn) 52 控制網(wǎng)絡(luò)的選擇 52 Profibus概述 53 系統(tǒng)連接 53 通過ProfibusDP數(shù)據(jù)通訊 53 6RA70和PLC之間網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)的實現(xiàn) 54 本章小結(jié) 55總 結(jié) 56參考文獻(xiàn) 57致 謝 58附錄 1 59附錄 2 63附錄 3 67附錄 4 73第1章 緒論 課題研究的背景及意義 研究背景隨著工業(yè)的發(fā)展，對冷軋的薄板、帶鋼的質(zhì)量要求越來越高，產(chǎn)量要求越來越大，對冷軋板帶生產(chǎn)也提出了更高的要求，進(jìn)一步促進(jìn)了冷軋生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。關(guān)鍵詞　可逆冷軋機。基于直流調(diào)速技術(shù)，完成了四輥可逆冷軋試驗機的主軋機和左右卷曲機的直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。本文設(shè)計了由西門子S7—300PLC和6RA70直流調(diào)速器組成的四輥可逆冷軋機控制系統(tǒng)，詳細(xì)說明了該系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)測量、速度控制。摘 要隨著工業(yè)的發(fā)展，對冷軋板帶生產(chǎn)也提出了更高的要求，進(jìn)一步促進(jìn)了冷軋自動控制技術(shù)的發(fā)展。只有通過高水平的自動控制系統(tǒng)才能夠獲得高質(zhì)量的成品帶鋼，保證板帶生產(chǎn)的高效率、高效益、高質(zhì)量和低功耗。應(yīng)用控制理論，對該控制系統(tǒng)的張力控制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。采用PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線技術(shù)搭建起系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了S7300與6RA70直流調(diào)速器之間的通訊，成功地解決了該控制系統(tǒng)要求響應(yīng)時間快、抗干擾能力強的問題。速度控制；S7—300PLC；PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線； 6RA70； AbstractAlong with the development of industry, higher requirement is brought forward to the manufacture of cold rolling strap steel, and this also accelerates the development of automation technique of cold reduction. None but through highleveled automation system can the pany obtain finished strap steel product with high quality, and guarantee the manufacturing of strap steel to be with high efficiency, high benefit, high quality and low power consumption. This thesis introduce the configuration of the reversible four roller experimental rolling mill, which posed of a set of SIEMENS S7300 PLC and 6RA70, then particularizes the methods of process data measurement, speed control. According to the theory of controls, this thesis systemically studys the tension module.Basing on the direct current speed regulation technique, design and realization of the direct current govern system of the main rolling mill and the coiling machine is pleted. PROFIBUSDP bus is applied to configure the control netware of the system. Through PROFIBUS, munication between S7300 and 6RA70 are successfully realized. Thus settles the problem of rapid respondence and strong antijamming ability of the control system.Keywords　　Reversible rolling mill；Speed control；S7300PLC。主要特點表現(xiàn)在卷重加大、軋速提高、機架數(shù)增加、快速換輥、液壓裝置、自動控制等幾個方面。因此，當(dāng)前軋鋼過程的主要動向是開發(fā)以節(jié)約能源、節(jié)省勞動力、提高產(chǎn)品質(zhì)量為目標(biāo)的自動化技術(shù)。因此，軋鋼過程的自動化，高精度化的重要性就顯而易見了。比如:速度的自動控制、厚度的自動控制、張力的自動控制和板形的自動控制等。冷軋機的自動控制是一種復(fù)雜的機一電一工藝的綜合控制系統(tǒng)，變量較多，參數(shù)變化快，并且彼此相互影響，相互制約，為獲得高質(zhì)量的成品帶鋼，必須設(shè)有相應(yīng)的自動控制系統(tǒng)。通過這些基本的控制系統(tǒng)就可以提高產(chǎn)量和產(chǎn)品的質(zhì)量，改善系統(tǒng)的過程穩(wěn)定性，減少意外事故的發(fā)生等。 研究意義于80年代建造的一臺四輥可逆冷軋機，其變速采用齒輪減速箱實現(xiàn)，只能實現(xiàn)兩種速度變換，電氣部分現(xiàn)已老化，不能滿足對多工況的模擬及監(jiān)控，已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)及試驗的需要，需要配備功能先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)。以往已引進(jìn)的高精度軋機生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)國產(chǎn)化程度低，基本上由國外技術(shù)力量主持或參與完成，也有一些項目有國內(nèi)的技術(shù)人員參與設(shè)計施工，但主要技術(shù)核心都由國外人員掌握，因此，不但軋機生產(chǎn)線的成本投入很高，而且國內(nèi)人員無法完全掌握其技術(shù)內(nèi)容，給控制技術(shù)的消化和改進(jìn)帶來了一定困難。另外，在高精密軋機控制方面也是一次大膽的嘗試，運用已有的技術(shù)結(jié)合實際控制要求，可以拓寬國內(nèi)軋機技術(shù)控制領(lǐng)域，降低企業(yè)的生產(chǎn)投入給以后的高精度軋機控制打下良好的基礎(chǔ)，同時也為帶鋼表面缺陷檢測及實時處理提供良好的試驗環(huán)境，進(jìn)一步對帶鋼表面缺陷的在線識別和分類的研究和探索奠定基礎(chǔ)。日本1938年在東洋鋼板松下工廠安裝了第一臺可逆式冷軋機，開始了冷軋薄板生產(chǎn)。帶鋼的連續(xù)冷軋的首次記錄要追溯到大約1904年，當(dāng)時，韋斯特利奇播哥(WestLeechburg)鋼公司安裝并開動了一臺四機架二輥連軋機，每個機架單獨用速度可調(diào)的直流電機驅(qū)動。Bailey)鋼公司和蘇必利爾(Superior)鋼公司安裝的軋機上才得到發(fā)展。70年代后，由于世界性的能源問題，美、日、英、德、俄等鋼鐵工業(yè)發(fā)達(dá)國家的冷軋板帶生產(chǎn)不太景氣，因而新建的冷軋機較少。盡量提高軋機的裝備水平，增設(shè)必要的控制手段，采用新技術(shù)，局部采用新設(shè)備、新工藝，從而提高冷軋板帶的質(zhì)量和產(chǎn)量。此后，又陸續(xù)新建了寶鋼1420mm,攀鋼1220mm、寶鋼1550mm工程，以及寶鋼三期后工程1800mm五機架冷軋機。 軋鋼過程自動化的發(fā)展軋鋼過程自動化的發(fā)展，大體經(jīng)歷了三個階段:第一階段大約在上世紀(jì)四十至五十年代，為單機自動化階段。與此同時，軋鋼過程的各主要參數(shù)，如溫度、尺寸、速度、位置和軋制力等的檢測儀表也相繼研制成功，從而為在軋鋼過程中采用電子計算機實現(xiàn)綜合自動化控制創(chuàng)造了條件。起初電子計算機在帶鋼熱連軋機上成功地獲得應(yīng)用，在取得使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，于1968年以后逐步在帶鋼冷連軋機上實現(xiàn)了計算機控制。冷連軋機的計算機控制水平是由低級到高級、由局部到全局逐步發(fā)展的。微型機分別承擔(dān)冷連軋機的部分功能，并代替部分或全部模擬調(diào)節(jié)器而直接對冷軋生產(chǎn)過程進(jìn)行數(shù)字控制，即實行直接數(shù)字控制。同時，計算機在生產(chǎn)管理方面的應(yīng)用范圍也逐漸擴大，除積累和分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)、事故記錄、產(chǎn)品分類、打印報表外，還可以用于生產(chǎn)調(diào)度和安排生產(chǎn)計劃等。通過兩者的結(jié)合，此系統(tǒng)具有良好的擴展性，很強的適應(yīng)性。本課題主要研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：1. 450mm四輥可逆冷軋機主傳動控制系統(tǒng)所要研究的基本內(nèi)容:(1) 西門子6RA70全數(shù)字直流調(diào)速裝置(2) 恒張力自動控制(3) 系統(tǒng)通訊2. 擬解決的主要問題:(1) 卷徑計算(2) 速度控制(3) 西門子6RA70全數(shù)字直流調(diào)速裝置相關(guān)參數(shù)設(shè)置第2章 西門子6RA70直流調(diào)速系統(tǒng)介紹 西門子6RA70裝置概述及特點早期的直流傳動系統(tǒng)，其控制規(guī)律和基本設(shè)計方法，都是通過線性運算放大器和各類運算器實現(xiàn)的，其優(yōu)點是物理概念清晰，控制環(huán)節(jié)的組成及各類控制信號的互相作用直觀，容易理解掌握接受。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，無論是生產(chǎn)還是生活當(dāng)中，人民對數(shù)字化信息的依賴程度越來越高。它們之間的完美結(jié)合才是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。本次設(shè)計中，傳動裝置采用德國西門子公司SIMOREG 6RA70裝置，6RA70系列整流裝置為三相交流電源直接供電的全數(shù)字控制裝置，其結(jié)構(gòu)緊湊，用于可調(diào)速直流電機電樞和勵磁供電。勵磁回路采用單相半控橋。本套軋機系統(tǒng)PLC采用西門子公司S7300系列，CPU采用3252DP。PLC系統(tǒng)和直流傳動系統(tǒng)通過西門子的現(xiàn)場總線ProfibusDP連接，以通信的方式傳遞控制信號、運行狀態(tài)信號及設(shè)定參數(shù)、實際參數(shù)值，形成一個技術(shù)先進(jìn)、性能可靠的軋機控制系統(tǒng)。采用模塊組合，緊湊布置的結(jié)構(gòu)，各組件易于拆卸，方便維護(hù)及檢修，主要分為功率單元和控制單元。對于不帶勵磁控制裝置的SIMOREGK 6RA70，其功率單元主要由電樞主電路組成。額定電流15—600A的功率器件采用晶閘管模塊，額定電流640—1200A的功率器件采用平板式SITOR晶閘管組件。SIMOREG 6RA70系列整流裝置特點為體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。各個單元很容易拆裝使裝置維修服務(wù)變得簡單易行。裝置軟件存放在快閃(Flash)EPROM中，使用基本裝置的串行接口可以方便地使軟件升級。調(diào)節(jié)功能在軟件中通過參數(shù)構(gòu)成的程序模塊來實現(xiàn)。開關(guān)量連接器也能通過操作面