基于800xA平台的ABB线材减定径生产线

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摘要： 随着现代化工业技术以及生产工序自动化的迅速发展，对钢材的品种规格、尺寸精度以及性能等都提出了更高的要求。衡量一个国家钢铁生产发展水平的标志就是钢材的轧制技术水平。基于800xa平台的线材减定径机线具有传统系统控制无法比拟的优点，同时减定径为热轧生产的核心部分，因此研究热轧机的减定径机组热轧过程具有重要意义。本文介绍了高速线材生产线的主要设备及自动化系统设置，对关键设备的控制原理及其软件实现也作了详细分析。

Abstract： With the rapid development of modern industrial technology and production process automation， it puts forward higher requirements for the steel specifications， size precision and performance. Symbol to measure a country's level of iron and steel development and production is the steel rolling technology level. Wire reducing and sizing mill line based on the 800xA platform has incomparable advantages compared with traditional control system， at the same time reducing and sizing mill is a core part of the hot rolling production， so it is important to research the hot rolling process of hot rolling mill reducing sizing mill. This paper introduces the setting of main equipment and automation system of high speed wire production line， and analyzes the control principle of the key equipment and its software realization in detail.

关键词： 减定径；自动控制；热轧机

Key words： reducing and sizing mill；automatic control；hot rolling mill

中图分类号：TG335 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）25-0044-02

1 基于800xA平台的线材减定径线

1.1 高速线材减定径线 高速线材减定径生产线主要包括夹送辊、拨料器、3号飞剪、精轧机、减定径、水箱、吐丝机前夹送辊以及吐丝机。减定径由四个机架组成，由一台同步电机集中传动，由于该电机功率大、转速高以及对动静态特性要求高，因此，对电动机和变频设备的设计制造提出了很高的要求。因此，交流同步电机采用了abb AMZ系列，而调速设备则采用了ABB ACS6000全数字中压变频传动系统。

3号飞剪是由一台ABB ACS800传动控制的交流电机驱动，靠其前面的拨料器动作完成剪切。剪子控制有三个增量型编码器，一个编码器安装在电机后面，与ACS800交流传动RTAC板相连，用于测量电机速度，一个编码器安装于伺服电机上，发出的信号通过TM41模块与Next Move ESB运动控制器相连，用于检测拨料器的实际位置，第三个编码器为剪刃编码器，用于检测剪刃位置，直接与Next Move ESB运动控制器相连，通过几个编码器来定位剪刃位置和电机的速度。吐丝机及其夹送辊也分别由一台ABB ACS800传动控制的交流电机驱动。

1.2 基于800xA平台的线材减定径机线 控制系统采用ABB最新的自动化系统平台800xA，服务器两台、客户机四台，工程师站1台，控制器为5台AC800PEC，控制器与S800远程站之间采用Profibus-DP总线进行通讯，与传动装置通过光纤以DDCS和MODUSBUS协议进行通讯。800xA自2004年推出以来，在各行各业得到广泛应用，其主要特点有：

第一，系统结构更加灵活，增加功能更加简便。

第二，安全性增强：在整个系统范围内通过赋予不同对象的不同权限确保操作安全可靠。

第三，扩展的诊断功能：通过自诊断以及报表功能更容易维护，从而增强了系统的可用性。

第四，全面的系统管理：除系统搭建和维护更方便外，操作也更加安全可靠。

第五，集成的系统环境：在传统的控制系统中，操作、信息以及工程管理系统都是孤立的，而在此系统中他们处于一个统一环境。因此，通过该系统ABB老用户能够根据自己需要和财政情况升级系统。

2 减定径系统设计

2.1 速度计算 减定径为成品机架，应根据轧制表设定出口速度和产品过程。操作员在HMI上确定减定径组工作机架并输入首个工作机架轧辊直径和孔槽校正值时应根据产品规格。而控制程序应当根据相应参数和公式计算最大速度。

2.2 R因子计算 R因子即减面率，根据金属秒流量相等的原则，既等于相邻工作机架速度比，又等于相邻两机架出口截面积之比。减定径的总R因子可以分为首个工作机架的隐私以及首个工作机架下游所有机架的总R因子。第一个因子用于计算减定径上游机架速度的给定，第二个用于计算减定径机组电机速度的给定。

2.3 物料延展的计算 减定径机出口物料速度很快，因此必须提前启动物料追踪功能。计算公式如下：LTOTAL=LR×[（R4×R3×R2）+（R4×R3）+R4]。其中：RN是机架N的R因子，即其出口速度与入口速度之比，LR是相邻两机架的辊距。

3 水箱控制设计

在水箱控制中，水阀开关的时间计算是非常关键的。如果在线材还没有进入水箱前打开，极易引起堆钢，同样的后果也会发生在水阀，在钢尾经过后未及时关闭，而下一支钢的头部已经到达。水箱前的热金属检测器用于触发时间的计算。

TOPEN=L1+LHEAD/VHEAD-（TH+TR）

其中：L1为热金属检测器到水箱入口的长度，LHEAD为线材不穿水的长度，TH为热金属检测器探测到信号后触发的延时开时间，TR为水阀的动作时间（大约为0.1s），VHEAD为线材的线速度。

4 夹送辊控制设计

4.1 夹送控制 通过BALDOR MintDRIVE控制的伺服电机实现夹送辊的夹持控制，其目的：第一，采用转矩控制以防止打开水箱冷却水时堆钢；第二，保持线材尾部具有良好的卷型，通过系统切换高压来防止甩尾。

4.2 打开和关闭控制 有三种自动关闭的情形：头部关闭，尾部关闭，强制关闭。当选择头部夹送或连续夹送时，钢到达减定径入口的热金属检测器时，启动时间计算THEAD_CLOSE=L2/VHEAD-（TH+TR），其中：L2是热金属检测器到夹送辊的距离，TH和TR与上文相同。当选择尾部夹送时，钢尾部离开3号剪前夹送辊的热金属检测器时，启动时间计算“TTAIL_CLOSE=L3-LCUT/VTAIL-（TH+TR），其中L3是热金属检测器到夹送辊的距离，LCUT是3号飞剪的切尾长度，此处来自操作员在人机界面上的设定值。当3号剪启动碎断后，夹送辊强制关闭。与关闭类似，也有三种自动打开的情形：头部打开、尾部打开、强制打开。当选择头部夹送时，钢到达减定径后的热金属检测器时，启动时间计算：THEAD_OPEN=L2/VHEAD-（TH+TR），其中：L2、TH、TR与上文相同。钢尾部离开夹送辊前的热金属检测器0.5s后，或者同时下一只钢头部已到达3号剪前夹送辊的热金属检测器时，夹送辊强制打开。

5 结束语

成品轧机和热轧生产的核心部分就是减定径，并且轧制产品的质量水平主要取决于减定径组的技术装备水平以及控制水平，因此，对于进行自动化设计具有重要意义。

参考文献：

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