一种高速线材机组的风冷线辊道速度控制分析

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【摘 要】介绍西门子S7-400 PLC与6SE70矢量控制装机装柜型变频器在宝钢集团新疆八钢公司新高线风冷线辊道速度控制中的应用情况，主要讲述了辊道速度控制的方式及其目的，并对其使用效果进行了评价。

【关键词】风冷线；PLC

一、前言

风冷线是高速线材生产机组的重要组成部分。其作用是将吐丝机形成的高温盘卷按照一定方式冷却，完成相变过程后运送到集卷区进行接收。钢材的相变过程是影响钢材性能的重要环节，只有严格控制钢材的相变过程才能获得性能优越的产品。随着国内高速线材生产机组的增加和产量的不断增长，高线产品的市场竞争日益剧烈，产品质量的重要性逐渐凸显出来，这种现象伴随着新品种的增加而日益突出。其中主要问题就是由于品种钢性能对控冷精度要求越来越高，线材的风冷效果不好而引起的线材质量不能满足产品用户的要求。

二、系统组成

风冷线通常选用由调速电动机分段集中链传动的辊道式结构。下面将以笔者所在的八钢新高速线材机组为例，其风冷线头部第一段辊道为升降式运输辊道，即头部密集辊道。其后有九个冷却运输段，二段至八段下方每段各设有一台到两台离心风机不等，总共设有十三台离心风机，通过风量调节器实现对红卷冷却部位的控制。在二段至八段辊道上方设置有密封保温罩，用气动缸操作开闭，实现延迟型冷却模式，最后是尾部辊道。全线辊道辊子采用耐热球墨铸铁材质制造，两边加工有散热片，长辊道具有良好的耐热、耐磨性能。辊道选用外球面调心带座轴承，采用集中干油系统。

整个风冷辊道共分为十段控制，每段都采用一台西门子6SE70交流传动装置控制，采用集中整流单元与分组逆变器输出组合方式进行调速，为使变频调速优越性得到充分的发挥，根据高线机组风冷线生产装备情况和过程检测与控制的要求，在满足工艺生产需要、保证安全稳定生产的前提下，设计经济合理、自动化水平高的控制系统。风冷线辊道速度控制系统由l套西门子S7-400 PLC控制系统和上位机（PC机）进行操作监控来实现，较好地实现了对风机的统一管理、集中操作及监控。

三、辊道速度控制分析

对于整个风冷线的工艺要求而言，辊道速度在工艺的要求中具有多样性，也可以称之为多段性。主要是因为辊道速度必须要满足工艺对生产节奏的控制，也就是说必须要使钢材能以最短的时间走完辊道，但同时又必须使钢温降低到产品需求，避免形变，所以整体的速度控制必须分为多段控制，即钢材在初始接钢的密集辊道部位采用平稳较高速度运行，在中后段采用中速运行，到了尾段，必须有个明显的降速过程，以便于前后两卷钢材的隔离，同时还能保证生产的连续性。为此，我们在使用PLC编制速度控制的程序时就可以这样考虑：

我们将十段辊道分为三个部分，即前、中、后三段，在速度控制上也将其简单分开。前段主要是初始接钢的密集辊道部分，这部分辊道因为位于吐丝机的后部，这里的速度快慢影响钢材在辊道上的堆积厚度，为了增加整段辊道的载钢量和降低分段辊道负载，我们一般将这里的速度设定为较高，在程序中我们一般会设定一个基准速度，在设定一个速度系数范围，由生产操作人员按照钢的品种来输入速度系数，从而控制辊道实际速度。

我们把从第二段到第八段辊道都视为中段辊道，这段的速度只需要比较恒定的速度即可，与前段类似的是我们将速度控制分为基准速度乘以速度控制系数来调整，其控制程序见图1。

在图1中我们采用自动与手动两种控制方式来赋予辊道不同的速度，其中手动方式主要是在故障处理、检修调试等情况下需要采用的控制方式，我们直接赋予其一个固定的速度值，如图1中的下半部分程序，我们将MD70中的速度值直接赋予辊道线速度给定DB500.DBD98中，从而驱动辊道转动。当我们选择自动控制模式时，我们得到的速度是由#temp1中的基础速度乘以工艺设定的速度控制系数DB99.DBD16从而得到了一个速度值并将其赋予辊道线速度给定DB500.DBD98中并驱动设备转动。这里需要注意的就是辊道速度控制系数的选取，一般由工艺参考所轧制的钢种特性和风机的冷却效率来选择确定的。

图1

第十段辊道也就是我们认定的后段辊道速度需要分为四种情况来考虑，也就是一个空辊道的转动速度、一个带载的转动速度、一个钢头过来时的转动速度和一个钢尾的转动速度。在这里我们必须考虑前后两个钢卷之间的间隔以及集卷站的工作响应时间，两者必须合理分配才能避免待钢或者两卷钢被收入同一个集卷筒的问题。首先我们分析带钢头、尾过来时的速度控制，其控制程序见图2。

图2

如图中程序所示，当光电开关检测到钢材头部卷型过来时，信号M600.0常开点动作，时间继电器T155开始计时，同时将MD66中的速度赋予辊道线速度给定DB500.DBD126中并驱动设备转动，时间继电器计时5S后停止输出，辊道速度改变，该状态下一般给定速度都会略小于中段速度，这样可以给前一卷钢卷留有足够的时间以便于集卷筒动作，避免后一卷钢高速冲入集卷筒导致两卷钢同时落入同一集卷筒的故障发生。同样，当钢材尾部在光电开关处通过时，信号M600.0常闭点动作，时间继电器T156开始计时，同时将MD62中的速度赋予辊道线速度给定DB500.DBD126中并驱动设备转动，时间继电器计时3.5S后停止输出，辊道速度改变，该状态下一般给定速度都会大于中段速度，以便于钢卷的快速收集。

其次，我们可以来分析辊道空载和带载时的常规速度给定，其控制程序见图3。

图3

如图中程序所示，当光电开关检测到钢材头部卷型过来时，信号M600.0常开点动作，时间继电器T155开始计时，计时5S后辊道速度将调整为与上一段辊道速度相同，即将由#temp1中的基础速度乘以工艺设定的速度控制系数DB99.DBD44从而得到了一个速度值并将其赋予辊道线速度给定DB500.DBD126中并驱动设备转动。反之，当钢材尾部在光电开关处通过时，信号M600.0常闭点动作，时间继电器T156开始计时，计时3.5S后辊道速度将调整为与上一段辊道速度相同，即将由#temp1中的基础速度乘以工艺设定的速度控制系数DB99.DBD44从而得到了一个速度值并将其赋予辊道线速度给定DB500.DBD126中并驱动设备转动。通过这样的调整，可以保证第十段辊道与前面辊道在速度上的同步，也满足了工艺对钢圈头部和尾部的移动速度的特殊控制要求。

四、结束语

上述风冷线辊道速度控制方式已在我厂高线机组的风冷线长期应用，这种控制方式不仅提高了生产效率，也为不同品种钢材提供了多种控制模式。提高了钢材相变过程控制精度，提高了产品性能稳定了产品质量，大幅减少了质量异议的产生，取得了良好的效果。

参考文献：

[1]S7-300 PLC与变频诃速在高线风冷线风机中的应用 何异彬 冶金自动化2013年S2.

[2]适应品种钢生产，优化风冷线控制 张笑虹，杨建满，贾会华 2007年河北省轧钢技术与学术年会论文集.

[3]西门子SIMATIC软件编程手册.