四輥可逆冷軋機傳動電控系統(tǒng)設計

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1、重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 中文摘要 軋制是各種變形手段中效率高、產量大、成本低、成型精確的加工方式。而 軋機是實現(xiàn)金屬軋制過程的設備，泛指完成軋材生產全過程的裝備，包括有主要 設備、輔助設備、起重運輸設備和附屬設備等。 從煉鋼廠出來的鋼坯還僅僅是半 成品，必須到軋鋼廠去進行熱軋與冷軋后，才能成為合格的產品。 論文通過吸收和借鑒校內實訓中心的四輾可逆冷軋機的先進設計理念， 提出 了四輾可逆冷軋機的電控系統(tǒng)設計方案， 并總結出了電氣調試方案。完成了整個 軋機電控系統(tǒng)的硬件方案設計以及相關器件的選型工作。 在硬件設計中，提出了 PLC變頻器+電機等的閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而達到變頻器控制電機

2、轉速的目的。 關鍵詞：軋機電控系統(tǒng)四輾閉環(huán) 2 ABSTRACT Means all kinds of deformation in rolling, high efficiency, large output, low cost, precision molding processing methods. The mill is the equipment of metal rolling process, rolled the whole production process refers to the completion of equipment, including maj

3、or Equipment, Auxiliary Equipment, lifting and other transport equipment and ancillary equipment. Out from the steel mill is just the semi-finished billets to be to go for hot and cold rolling mills, the products can become qualified. Articles by absorb and learn the four-campus training center rol

4、ler cold rolling mill of the advanced design concept, put forward a four-high reversing cold rolling mill electrical control system design. Completion of the entire rolling mill electrical control system hardware design and selection of work-related devices. In the hardware design is proposed such a

5、s PLC + inverter + motor closed-loop control system, so as to achieve the purpose inverter control motor speed. Keywords: Rolling mill ； Electronic Control System； Four roller ； Closed loop 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 目錄 目錄 中文摘要 I 英文摘要 n 1緒論 1 1.1 軋制過程自動化 1 1.2 軋機的分類 2 1.3 四輾可逆冷軋機傳動系統(tǒng)的電氣要求 5 1.

6、4 本設計的意義及工作 6 2四輾可逆冷軋機的結構及工藝流程分析 8 2.1 四輾可逆冷軋機的發(fā)展和技術特點分析 8 2.2 四輾可逆冷軋機的結構 11 2.3 冷軋工藝流程 14 3四輾可逆冷軋機的控制單元 17 3.1 四輾可逆軋機的工作原理 17 3.2 四輾可逆冷軋機各單元的控制 17 4電控單元器件的選擇及參數設計 20 4.1 PLC的簡介及選擇 20 4.2 變頻器的簡介及選擇 22 4.3 變頻器運行參數的設置 25 4.4 變頻器外圍設備的選擇 26 5工作流程 29 5.1 主油泵工作流程 29 5

7、.2 加熱器工作流程 30 5.3 軋機壓靠工作流程 30 6系統(tǒng)調試 32 7結論 34 參考文獻 35 致 ft 36 附錄1 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 1緒論 冶金行業(yè)作為國民經濟的基礎產業(yè)， 得到了迅速發(fā)展。冶金行業(yè)在經歷了以 數量擴張為主的發(fā)展時期后，進入了加速結構調整、提高競爭力為主的新階段。 軋機是板帶材生產的主要設備，加工材由厚變薄，是由軋機來完成的。電氣控制 技術具有優(yōu)良的控制特性也已成為人們的共識， 因此這一技術在冶金行業(yè)中得到 了廣泛的應用，尤其在軋鋼工藝中體現(xiàn)的更為突出。 本次設計就是對冷軋過程中 常用的四輾可逆冷軋機的電氣控制系

8、統(tǒng)進行設計。 1.1 軋制過程自動化 可逆式軋制是指帶鋼在軋機上進行往復多道次的壓下變形，最終獲得成品厚 度鋼材的軋制過程。由于四輾可逆冷軋機生產效率高， 質量易于控制，軋制過程 連續(xù)，易于實現(xiàn)自動化和機械化。而且這種軋機產量大，生產效率高，質量易于 控制，經濟效益非常顯著。所以各種先進的科學成果都競相應用于四輾可逆冷軋 機的軋制過程中，大大促進了連軋過程自動化的發(fā)展。 自動化是根據檢測裝置與設定值的偏差，按預定方式自行調節(jié)控制量使輸出 穩(wěn)定在設定范圍的控制過程。從工程技術部門來看，可以把過程自動化具體解釋 為：在各種不同的生產過程中，采用自動檢測、電動執(zhí)行等自動化裝置和電子計 算機，組

9、成控制系統(tǒng)，使各種過程變量（如成分、流量、溫度、壓力、張力和速 度等）保持在所要求的給定值上，并在人的控制下合理地協(xié)調全部生產過程， 實 現(xiàn)穩(wěn)定優(yōu)質生產的一種手段。 軋制過程自動化的最終目的是提高鋼材質量， 用有限資源，制造高精度的鋼 帶產品，在人力不能勝任的過程中，把人從繁重枯燥的體力勞動中解放出來， 不 輕易受人的情緒和技術水平的影響， 穩(wěn)定進行軋制過程。實現(xiàn)過程自動化，可以 提供質量好、性能穩(wěn)定、價格合理的鋼帶產品，為企業(yè)生存發(fā)展提供更大的空間。 軋制自動化實際上包括對軋制過程進行計算機系統(tǒng)控制和對裝置的自動控 制兩部分。裝置自動控制主要指具體設備的閉環(huán)控制， 它包括拖動系統(tǒng)和伺服

10、系 統(tǒng)，使系統(tǒng)可以跟隨設定值進行及時調節(jié)。這種閉環(huán)控制系統(tǒng)加入數字調節(jié)，提 高了設備控制性能，增加了通信能力。過程計算機控制是對復雜過程運用計算機 完成采集、模型計算、實時判斷處理、對整個生產系統(tǒng)進行控制管理，這對于包 括粗軋、精軋、冷卻、卷取多個環(huán)節(jié)相互銜接配合的軋制生產是必不可少的，尤 其在高速與高精度軋制時，更需要計算機高速精確地完成算法處理。 計算機控制 內容又分為計算機配置方式、信息跟蹤方式和動態(tài)在線控制算法三大部分。 7 1.2 軋機的分類 軋鋼機按軋機布置形式可以分為以下幾種： 單機座軋機：軋制從開始到結束都在同一架軋機上進行 （圖3.1a） 圖1.1a單機

11、座軋機 圖1.1b橫列式軋機 橫列式軋機：由兩架或兩架以上軋機橫向排列組成。橫列式軋機可以是一列 的，也可以是幾列的（圖1.1b、c）。 圖1.1c橫列式軋機 圖1.1d縱列式軋機 縱列式軋機：由兩個以上軋機縱向排列而成。軋件依次在每個軋機中軋制一 道（圖 1.1d）0 半連續(xù)式軋機：由兩組軋機組成，其中一組是縱列式或橫列式軋機， 一組是 連續(xù)式軋機（圖1.1e）0 連續(xù)式軋機：由幾個軋機按軋制方向順序排成一行， 軋件同時在幾個軋機上 軋制，并保持連軋關系，即各架軋機單位時間內的金屬流量相等 （見圖1.1f、g）o 越野式軋機：由兩列或兩列以上

12、的縱列式軋機組合而成。 軋件依次在各個軋 機軋一道（圖1.1h）。 圖1.1g連續(xù)式軋機 圖1.1h越野式軋機 布棋式軋機：由幾列縱列式與單機架軋機組成。 它形似象棋子在棋盤上的布 置，故取名布棋式軋機（圖1.1i）。 圖1.1i布棋式軋機 按軋輾數量分類，軋機有五類，即二輾式、三輾式、四輾式、多輾式及萬能 式軋鋼機，分述于下： 二輾式軋鋼機（也叫二重式軋機）：分為可逆式與不可逆式兩種。二輾不可逆 式軋機的軋輾轉動方向在軋制過程中是不變的，軋件在軋輾間只往一個方向通 過，例如疊軋薄板軋機（見圖1.2a）。二輾可逆式軋機，具軋輾可以正反轉，軋件 可以來回軋制。這種軋機采

13、用直流電機驅動。軋制鋼錠的初軋機就是這種型式。 圖1.2a 二輻式軋鋼機 圖1.2b三輻式軋機 三輾式軋機（也叫三重式軋機）：軋輾轉動方向固定不變，軋件從中下輾問軋 過去，又從中上輾間軋過來，進行所謂的往復軋制，又稱穿梭軋制。在這類軋機 中有三個軋輾直徑相同的型鋼軋機；有上下輾徑相同而中輾較細的三輾勞特式鋼 板軋機（見圖1.2b）。另外，還有一種三輾軋機，它雖然也有三個軋輾，但軋件只 從兩個軋輾，即上、中輾或中、下輾之間軋過。在橫列式小型或線材車間的粗軋 機組中，軋件依次交替從相鄰機座的中、下輾和上、中輾之間通過，各機座中不 承擔軋鋼的那一根軋輾只起傳動作用。軋件從中、下輾通過時叫

14、下軋制線軋制， 從上、中輾之間通過時叫上軋制線軋制。 為區(qū)別于一般三輾軋機，通常稱這類軋 機為二輾交替式軋機或盲三輾軋機。 四輾式軋鋼機（也叫四重式軋機）：其中間兩個軋輾為工作輾，上下兩個軋輾 為支撐輾，工作輾直徑比支撐輾直徑?。▍⒁妶D1.2c）。四輾軋機有兩種傳動方式： 一種是傳動工作輾，支撐輾靠摩擦帶動；另一種是傳動支撐輾，工作輾靠摩擦帶 動，前者多用于熱軋鋼板和較厚的冷軋鋼板生產。 圖1.2c四輻式軋鋼機 圖1.2d多輻式軋鋼機 多輾式軋鋼機：有六輾、八輾、十二輾、十四輾、十六輾、二十輾軋機等（見 圖1.2d）、用于軋制極薄帶鋼。此外還有行星式軋機（見圖1.2e）,用于帶鋼

15、、鋼 板生產。 圖1.2e行星式軋 圖1.2f萬能軋機 萬能軋機：其特點是帶有立軋輾（見圖1-2f）。軋制時軋件可同時或先后進行 上下及兩側方向的加工。萬能式軋機可分成二輾式、三輾式和四輾式的。立軋輾 安裝在軋鋼機的前邊或后邊。 軋機按軋輾布置形式及位置分類，可分為： ①軋輾水平布置的軋機：一般初軋機、型鋼軋機、鋼板軋機、線材軋機都屬 于這一類； ②軋輾直立布置的軋機：在連續(xù)式型鋼及鋼坯軋機、鋼板軋機、帶鋼軋機及 線材軋機中都有直立布置軋輾的機座，它專門用于軋制軋件的側面 （圖1.3a）; ③水平軋輾及直立軋輾混合布置的軋機：如二輾式、三輾式萬能軋機及萬能 式鋼梁軋機的軋

16、輾都是水平及直立混合布置的 （圖1.3b、c、d、e、f）; 圖1.3軋輻水平及直立布置的軋機 圖1.4軋輻斜置的軋鋼機 ④軋輾斜置的軋鋼機：生產無縫鋼管的穿孔機、鋼球軋機等都屬于這一類（圖 1.4）; ⑤軋輾以特殊形式布置的軋機：如各機架軋輾互成90° ,與地面成15°或者 75°的線材軋機。它取消了一般線材軋機的扭轉導板， 稱為無扭轉線材軋機。又 如軋輾按“Y'型布置的線材軋機，工作輾既自轉又繞支撐輾旋轉的行星軋機等。 目前，現(xiàn)代化四輾可逆冷軋機在圍繞完善控制系統(tǒng)和控制工作輾凸度等方面 做了大量研究開發(fā)工作，朝著大卷重、寬幅、高速度、高

17、自動化的方向發(fā)展。 1.3 四輻可逆冷軋機傳動系統(tǒng)的電氣要求 提到四輾可逆冷軋機的自動化系統(tǒng)， 不得不首先提到傳動系統(tǒng)，因為擁有一 個穩(wěn)定、可靠的傳動系統(tǒng)，是其成功的前提條件，也是先進的自動化系統(tǒng)的基礎。 直流電氣傳動具有調速性能好、控制精度高、線路簡單、控制方便、過載能力較 強、能承受頻繁沖擊負荷等優(yōu)點。因此，很長一段時間冷軋機主傳動一直被直流 調速系統(tǒng)所占領。隨著電力電子技術的發(fā)展，軋機傳動系統(tǒng)已由先進的交流調速 取代了傳統(tǒng)的直流調速。交流傳動轉動慣量小，過載能力大，加速性能好，控制 精度高，大大提高了軋機傳動的技術性能指標。 近年來新建軋機都采用交流傳動 系統(tǒng)（交交變頻及交直交變頻）

18、。 四輾可逆冷軋機的主傳動速度控制是對軋機各機架的主傳動速度進行控制， 以確保帶鋼在軋制過程中各機架的速度匹配即秒流量相等，從而確保帶鋼的穩(wěn)定 軋制。 電氣傳動系統(tǒng)作為機械能與電氣能量的轉換環(huán)節(jié)，應滿足生產工藝的需要， 同時又要適應電網的要求，實現(xiàn)高效率運行和高水平生產。在選擇軋機傳動電機 調速系統(tǒng)時應考慮以下因素： ①滿足工藝要求電機調速系統(tǒng)應滿足軋制工藝所要求的軋制功率、轉矩、 轉速、調速范圍，根據軋制的最大負荷確定傳動系統(tǒng)的過載能力， 同時要考慮電 機是否可逆運轉、加速和減速時間、恒轉矩和恒功率運行的范圍等。 ②傳動系統(tǒng)的性能指標 作為電氣傳動系統(tǒng)，應考慮電機調速控制系統(tǒng)的性

19、能指標、速度控制精度、轉矩或電流控制的動態(tài)響應、速度控制的動態(tài)響應等。 ③適應電網要求 選擇電機調速系統(tǒng)時應考慮電氣傳動系統(tǒng)中電機和電力電 子變換器的能量變換效率、電力電子變換器注入電網的電流諧波和功率因數是否 滿足電業(yè)部門的規(guī)定和要求，是否需要增加諧波與無功補償裝置。 ④自動化、信息化要求 電氣傳動系統(tǒng)與軋機自動化系統(tǒng)的硬件與軟件接口， 其通訊接口應適應自動化網絡的開放性、 標準化和高性能的要求，同時應考慮電 氣傳動系統(tǒng)狀態(tài)信息的收集、管理、傳遞，具有良好的人機界面。 ⑤經濟性 電氣傳動系統(tǒng)的選擇應考慮投資少、運行成本低、裝備與系統(tǒng)的 可靠性以及設備運行的維護和備件供應等經濟因素。

20、隨著軋制技術的不斷進步，生產效率越來越高，產品質量也隨之提高，主傳 動速度的響應和控制精度直接影響到冷軋機的生產效率和質量控制， 是對帶鋼厚 度和張力進行精細控制不可缺少的手段。系統(tǒng)在速度控制方面不僅穩(wěn)速精度高、 動態(tài)響應快，同時在控制鏈路中采用了雙“ S'型積分環(huán)節(jié)，以避免支撐輾之間、 支撐輾與工作輾之間以及工作輾與被加工材料之間產生相對運動。 1.4 本設計的意義及工作 四輾可逆冷軋機是用于板帶材生產的主要設備， 鋼材由厚變薄，是由其來完 成的。單機架四輾冷軋機分為可逆式與不可逆式兩種， 根據壓下方式又可分為電 動壓下及液壓壓下兩種。 在電氣傳動上，采用自動厚度控制 AGC

21、（統(tǒng)，控制厚度公差；采用自動準確 停車系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)，使軋制生產自動化；采用可控硅供電、全數字交流 傳動控制系統(tǒng)，提高速度和張力的控制精度；輔助動作采用可編程控制器（PL。 控制。 軋機作為輾道類負載，多在鋼鐵冶金行業(yè)，采用交流電動機變頻控制，可提 高設備可靠性和穩(wěn)定性。采用變頻裝置省去了機械制動閘，由于速度連續(xù)可調， 省去了大量減速機裝置，同時改善了生產環(huán)境，消除了噪聲。 軋機主傳動要求電氣傳動具有很高的動態(tài)響應和相當高的過載能力， 這一領 域長期以來一直被直流電動機傳動所壟斷。 但由于直流電動機存在換向問題，造 成換向器、電刷等部件的維護工作量大增，而且直流電動機在提高單機大容

22、量、 提高過載能力、降低轉動慣量以及簡化維護方面都受到了很大限制，已經不能滿 足軋機向大型化、高速化方向的發(fā)展。 為了保證加工精度、操作安全性以及易操作性等，軋機對電氣系統(tǒng)提出了如 下要求： ①軋制速度要有較高的穩(wěn)定裕度，正常軋制時，軋制速度為 30?60m/min可 調，點動速度為5m/min,速度精度為靜態(tài)± 1%軋機快速啟停車時間不超過5秒。 ②冷軋操作時要求可以快速頻繁起制動。兩側輾縫不平衡時，可單獨調整軋 機任意兩側壓下螺釘。 ③軋制方式要可逆，同時要能自動檢測各器件的工作狀態(tài)， 以便能及時自我 保護。 ④操作方便，并具備必要的顯示功能，如軋制線速度、電流、電壓、

23、運行狀 態(tài)、故障顯示等。 因此，為了滿足上述控制要求，基本都采用 PLC變頻器+電機等組成的軋機 電氣閉環(huán)控制系統(tǒng)。采用矢量控制的變頻調速方式控制主傳動電機和輾道電機轉 度，以PLE主控制單元使得輾道轉速和主傳動電機速度一致。整套系統(tǒng)具有良 好的調節(jié)品質，穩(wěn)定可靠的性能，并且維護簡單。系統(tǒng)中 PLCS分接受操作臺命 令、變頻器信號以及軸編碼器信號等，經分析后給出變頻器運行信號，并向變頻 器發(fā)出模擬速度信號。此外PLCS分還實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，對各種故障情 況進行及時的分析和處理。同時，變頻器接受到PL3出的起/停和運行控制信號， 根據給定速度模擬量的大小控制電動機運行。 本次設計主要在

24、熟悉生產工藝和控制要求后，確定控制方案和系統(tǒng)硬件結 構，完成軋機電控部分的硬件設計和器件參數計算及選擇， 參照校內實訓中心的 軋機完成軋機電控部分的硬件接線圖的繪制。 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 2四輻可逆冷軋機的結構及工藝流程分析 2四輻可逆冷軋機的結構及工藝流程分析 冷軋帶鋼和薄板一般厚度為0.1?3mm寬度為100?2000mm均以熱軋帶鋼或 鋼板為原料，在常溫下經冷軋機軋制成材。冷軋帶鋼和薄板具有表面光潔、平整、 尺寸精度高和機械性能好等優(yōu)點。成卷冷軋薄板生產效率高，使用方便 ，有利于 后續(xù)加工。因此應用廣泛，已逐漸取代同樣厚度的熱疊軋薄板。冷軋帶鋼和薄板 的產量在工業(yè)發(fā)

25、達國家已占鋼材總產量的 30%左右。而生產帶鋼用的四輾可逆軋 機廣泛應用于現(xiàn)代軋制工藝中。各種冷軋產品規(guī)格和用途如表 2.1所示 表2.1各種冷軋產品規(guī)格和用途 產品 厚 度 (mrm 寬 度 (mrm 主要用途 冷軋帶卷或薄板（汽布 板、搪瓷板、各種冷沖 板等） 0.15?3 750 ? 2000 汽車外殼、電冰箱、洗衣機、家 具、建筑結構、冷彎型鋼和各種 容器 鍍鋅板 0.25 ? 2.5 1000 ? 1500 屋間板、容器、包裝箱、油桶 鍍錫薄板 0.1 ? 0.55 508 ? 1100 罐頭、玩具、包裝箱和容器 電工薄板（硅鋼片、

26、低 碳電工鍋板） 0.3 ? 1.0 750 ? 1000 各種變壓器、電機 有機涂層薄板（彩色有 機涂層板和塑料涂層 板） 0.2 ? 0.55 1000 ? 1500 車輛、建筑裝飾、家具、儀器外 殼、電冰箱、洗衣機 不銹鋼板 0.15?3 750 ? 1000 餐具、家具及車輛、建筑裝飾 其它（低合金結構鋼等 鋼板） 0.5 ?3 750 ? 1000 各種結構件、容器、焊管原料 2.1 四輻可逆冷軋機的發(fā)展和技術特點分析 現(xiàn)代軋機發(fā)展的趨向是連續(xù)化、自動化、專業(yè)化，產品質量高，消耗低。60 年代以來軋機在設計、研究和制造方面取得了很大的

27、進展，使帶材冷熱軋機、 厚 板軋機、高速線材軋機、H控材軋機和連軋管機組等性能更加完善，并出現(xiàn)了軋 制速度高達每秒鐘115米的線材軋機、全連續(xù)式帶材冷軋機、5500毫米寬厚板軋 機和連續(xù)式H型鋼軋機等一系列先進設備。軋機用的原料單重增大，液壓 AGG 板形控制、電子計算機程序控制及測試手段越來越完善，軋制品種不斷擴大。一 些適用于連續(xù)鑄軋、控制軋制等新軋制方法，以及適應新的產品質量要求和提高 經濟效益的各種特殊結構的軋機都在發(fā)展中。 2.1.1 四輻可逆冷軋機的發(fā)展 1980年世界上的輾身長度大于860mm勺帶鋼冷軋機共有466臺，其中可逆式 四輾軋機161臺，可逆式多輾軋機108臺，連

28、續(xù)式軋機197臺。中國有寬帶鋼冷 軋機9臺，其中可逆式四輾軋機4臺，可逆式二十輾軋機3臺，偏八輾軋機1臺, 連續(xù)式軋機1臺。 我國擁有現(xiàn)代化四輾及六輾冷軋機 108臺，生產能力2100kt/a ,二輾冷軋 機約300臺，生產能力450kt/a，總計冷軋板帶生產能力2550kt/a。截至2005 年底，引進軋機的生產能力為1000kt/a,中國四輾軋機的生產能力為2120kt/a , 二輾軋機的生產能力為380kt/a，總計冷軋板帶生產能力3500kt/a。有自制的輾 寬》800mm勺四輾鋁板帶冷軋機約150臺，其中1400mna的達65臺，占總數的 43% 2006年全國投產的冷軋機26臺，

29、形成板帶生產能力725kt/a ,是投產能力 最多的一年。另外，2006年在建的冷連軋生產線有2條，四輾及六輾單機架不 可逆式冷軋機13臺，總生產能力1750kt/a。 目前，現(xiàn)代化四輾可逆冷軋機在圍繞完善控制系統(tǒng)和控制工作輾凸度等方面 做了大量研究開發(fā)工作，朝著大卷重、寬幅、高速度、高自動化的方向發(fā)展。發(fā) 達國家有的冷軋機軋制帶材寬度已達 3500mm最小出口厚度達0.05mm軋制速 度達40m/s,最大卷重達30t,帶材厚度公差不大于1%- 1.5%。高速、高質量、 高配置、高性能的過程控制系統(tǒng)以及高度自動化是現(xiàn)代化軋機控制系統(tǒng)的特點。 在未來一段時間，世界冷軋機的發(fā)展不會有重大的“發(fā)明

30、創(chuàng)造”，而是會有許多 小的進步。 國產四輾可逆冷軋機的未來發(fā)展應學習和借鑒國外軋機設計中的綜合問題 處理方法和描述軋機內部以及周圍的卷材設計流程。 縱觀世界現(xiàn)代化鋼材軋制設備的設計、研制以及生產安裝的發(fā)展趨勢，我國 如果要進一步提高國產鋼軋制設備生產技術的整體水平， 國內鋼材軋制設備生產 企業(yè)應適應世界的發(fā)展趨勢，建立現(xiàn)代鋼材軋制裝備研制、設計、制造、生產、 維護體系，將不同領域的獨立的觀念有機地結合到一起，生產出更現(xiàn)代化的軋機。 因此，我們在設計四輾可逆冷軋機時應注重以下幾方面的問題： ①重視四輾可逆冷軋機的一體化設計和服務 軋機的一體化設計非常重要，機械、液壓和自動化系統(tǒng)的所有元

31、件必須有效 地調節(jié)，傳感器的選用和測量裝置的定位都需要考慮。 ②注重規(guī)?；?、專業(yè)化生產，有意識地成為一個系統(tǒng)的提供者 今后的鋼材市場要求更為嚴格的成品品質， 同時對其生產設備的靈活適應性 提出了更高的要求，作為鋼材冷軋機的研制方，必須通過機械工程、液壓系統(tǒng)、 電氣工程和自動化系統(tǒng)各領域的配合， 努力提高工藝系統(tǒng)的功能，同用戶密切合 作從而形成系統(tǒng)合作關系，促進雙方的可持續(xù)發(fā)展。 ③注重四顧可逆冷軋機的安全性和可靠性 工廠設備的設計在安全方面采用高標準， 要求機械和電氣的設計構造安全可 靠；要求最佳均衡優(yōu)選的安全和防護措施；要求通過機械、 液壓和電氣自動化的 密切協(xié)作來實現(xiàn)安全操作；要

32、求對設備和生產過程的操作安全可靠， 要求在維護 和服務階段的操作安全舒適。 ④提高四輾可逆冷軋機的利用率，降低能耗，努力完善工藝過程自動化系統(tǒng)。 從而提高四輾可逆冷軋機的利用率，降低能耗，使運行方式最佳，獲得優(yōu)質產品。 2.1.2四輻可逆冷軋機的技術特點 四輾可逆冷軋機技術豐富，歸納起來主要有以下特點： ①機組設備布置緊湊，總體功能齊全，整機自動化程度提高 現(xiàn)代化四輾可逆冷軋機的軋制形式絕大數為可逆軋制， 配有卷材自動運輸裝 置。20世紀末至21世紀初設計的機組中，同時配備了帶卷自動測量和上卷自動 對中裝置，可實現(xiàn)上卸卷的自動化操作，使操作強度逐步降低，提高成品率，增 加競爭能力。

33、 ②軋制速度提高，單機產能增加 前些年的國產四輾可逆冷軋機，最大軋制速度由原來的 300m/min提高到近 800m/min。隨著板型自動控制系統(tǒng)的投入，最高軋制速度不斷提高，達到 1200m/mino但來料厚度較大，單機產量較低，單機產能由最初的 7.5kt/a提高 到現(xiàn)在的40kt/a o但軋制速度與國外相比，仍有一定的差距，單機產能也有較 大差距。 ③整機國產化程度提高，設備維護方便 隨著國產裝備業(yè)的發(fā)展，國內配套能力進一步提高，國產冷軋機以前主要靠 引進的檢測元件或控制系統(tǒng)逐步被質優(yōu)價廉的國產元件或系統(tǒng)代替： 如厚度自動 控制系統(tǒng)(AGC)、帶材自動糾偏控制系統(tǒng)(EPC)、

34、X射線測厚儀、板型自動控制系 統(tǒng)(AFC)等。同時，由于國產化的提高，設備維護費用越來越經濟，產品更具競 爭力。 ④液壓和潤滑系統(tǒng)更加完善和標準化 國產四輾可逆冷軋機液壓系統(tǒng)主要為整體泵站和分散閥臺布置， 軋機控制更 趨于全液壓化。對伺服液壓系統(tǒng)、 彎輾伺服液壓控制、厚度伺服液壓控制以及上 卸卷測量及液壓控制系統(tǒng)等均廣泛用于軋機控制。 ⑤電氣傳動系統(tǒng)有了比較大的發(fā)展 開卷機、卷取機和主傳動電動機控制系統(tǒng)廣泛采用全數字直流傳動裝置 ，供 電全數字直流傳動裝置與交流傳動裝置相比， 具優(yōu)點在于造價較低，控制簡單可 靠、維護方便。但確定是成本太高；交流傳動與直流傳動裝置相比，具優(yōu)點在于 結構

35、緊湊、維護量小、動態(tài)控制特性優(yōu)良。 ⑥電氣控制更加完善 不管是自動控制部分還是傳動部分，國產現(xiàn)代化軋機近期發(fā)展采用三級控制 系統(tǒng)：即0級——自動化基礎；1級——閉環(huán)控制；2級——過程控制。裝配了 多個CP—央處理單元，系統(tǒng)的開放性很強，用戶可以自己開發(fā)和自己修改。 ⑦完善的厚度自動控制系統(tǒng) 其控制系統(tǒng)包括：輾縫控制、前饋控制、反饋控制、彎輾力補償及軋輾偏心 補償。 ⑧板形自動控制系統(tǒng)應用越來越廣泛 國產板形輾及板型自動控制系統(tǒng)的投入使用， 將代替價格昂貴的進口板型控 制系統(tǒng)。同時，產品質量又提高了檔次。 2.2 四輻可逆冷軋機的結構 圖2.1四輻可逆冷軋機結構示意圖

36、2.2.1 軋機的組成硬件 四輾可逆冷軋機的主要設備有工作機座和傳動裝置，具結構圖如 2.1所示 工作機座：由軋輾、軋輾軸承、機架、軌座、軋輾調整裝置、上軋輾平衡裝 置和換輾裝置等組成。 軋輾：使金屬塑性變形的部件。軋輾外形如圖 2.2所示。 軋輾軸承：支承軋輾并保持軋輾在機架中的固定位置。 軋輾軸承工作負荷重 而變化大，因此要求軸承摩擦系數小， 具有足夠的強度和剛度，而且要便于更換 軋輾。不同的軋機選用不同類型的軋輾軸承。 滾動軸承的剛性大，摩擦系數較小， 但承壓能力較小，且外形尺寸較大，多用于板帶軋機工作輾?；瑒虞S承有半干摩 擦與液體摩擦兩種。半干摩擦軋輾軸承主要是膠木、銅瓦、尼

37、龍瓦軸承，比較便 宜，多用于型材軋機和開坯機。液體摩擦軸承有動壓、靜壓和靜-動壓三種。優(yōu) 點是摩擦系數比較小，承壓能力較大，使用工作速度高，剛性好，缺點是油膜厚 度隨速度而變化。液體摩擦軸承多用于板帶軋機支承輾和其他高速軋機。 軋輾軸 承外形如圖2.3所示。 圖2.3軋輻軸承外形 圖2.2軋輻外形 軋機機架：由兩片“牌坊”組成以安裝軋輾軸承座和軋輾調整裝置， 需有足 夠的強度和鋼度以承受軋制力。機架形式主要有閉式和開式兩種。閉式機架是一 個整體框架，具有較高強度和剛度，主要用于軋制力較大的初軋機和板帶軋機等。 開式機架由機架本體和上蓋兩部分組成，便于換輾，主要用于橫列式型材軋機。

38、 卷取機：卷取機是將熱軋或冷軋鋼材卷取成卷筒狀的軋鋼車間輔助設備， 在 單機座四輾可逆冷帶軋機上則安裝在軋機的前后。止匕外，它也安設在連續(xù)酸洗機 組、縱剪、退火、涂層等各種精整機組中。在四輾可逆冷軋機上，軋機前后都裝 有帶張力卷筒的卷取機，它們交替地成為主動的或從動的，即一個卷取而另一個 展開。在軋制過程中，一般需要保持有前張力和后張力。依靠這些張力，就可以 降低軋制時作用在軋輾上的壓力，并減少帶鋼翹曲現(xiàn)象，有利于提高帶鋼表面質 量。卷取機在卷取帶鋼過程中，鋼卷直徑在變化，這就引起卷取速度的不斷變化。 為了使卷取速度與軋制速度相適應， 以及帶鋼軋制時保持張力恒定，要求卷取機 的轉速是可調的

39、，調速范圍應適應軋制速度變化和鋼卷直徑變化，為此， 一般采 用可調速的直流電動機傳動。在軋制結束后，鋼卷要從卷筒上卸下來，因此，卷 取機卷筒必須做成懸臂式的。但是， 卷筒是在很大張力下卷取帶鋼的， 這樣卷筒 軸就要承受很大的負荷（包括卷筒重量，帶鋼卷重量，彎曲帶鋼和張力所引起的 力矩等）。為了保證卷筒軸的剛度和強度，減少卷筒軸的彎曲，除了增大卷筒軸 尺寸外，一般在卷筒的自由端安裝可以轉動的支架。當卷取帶鋼時，支架支撐著 卷筒的自由端。而在卸卷時，則支架轉向一旁，不防礙卸卷。卸卷時，用推卷機 或帶卸卷小車的推卷機，將鋼卷從卷筒推出，然后運走。卷取機示意圖如圖 2.4 所示。 圖2.

40、4卷取機外形圖 軋機軌座：用于安裝機架，并固定在地基上，又稱地腳板。承受工作機座的 重力和傾翻力矩，同時確保工作機座安裝尺寸的精度。 軋輾調整裝置：用于調整輾縫，使軋件達到所要求的斷面尺寸。 上輾調整裝 置也稱“壓下裝置”，有手動、電動和液壓三種。 手動壓下裝置多用在型材軋機 和小的軋機上。電動壓下裝置包括電動機、減速機、制動器、壓下螺絲、壓下螺 母、壓下位置指示器、球面墊塊和測壓儀等部件。它的傳動效率低 ，運動部分的 轉動慣性大，反應速度慢，調整精度低。70年代以來，板帶軋機采用AGC厚度自 動控制）系統(tǒng)后，在新的帶材冷、熱軋機和厚板軋機上已采用液壓壓下裝置，具 有板材厚度偏差小和產

41、品合格率高等優(yōu)點。 上軋輾平衡裝置：用于抬升上輾和防止軋件進出軋輾時受沖擊的裝置。形式 有：彈簧式，多用在型材軋機上；重錘式，常用在軋輾移動量大的初軋機上；液 壓式，多用在四輾板帶軋機上。 換輾裝置：為了提高生產效率，要求軋機換輾迅速、方便。換輾方式有 C 形鉤式、套筒式、小車式和整機架換輾式四種。用前兩種方式換輾靠吊車輔助操 作，而整機架換輾需有兩套機架，此法多用于小的軋機。小車換輾適合于大的軋 機，有利于自動化。目前，軋機上均采用快速自動換輾裝置，換一次軋輾只需5? 8分鐘。 傳動裝置：由電動機、減速機、齒輪座和連接軸等組成。齒輪座將傳動力矩 分送到兩個或幾個軋輾上。 輔助設備：

42、包括軋制過程中一系列輔助工序的設備。如原料準備、加熱、翻 鋼、剪切、矯直、冷卻、探傷、熱處理、酸洗等設備。 起重運輸設備：吊車、運輸車、輾道和移送機等。 附屬設備：有供、配電、軋輾車磨、潤滑，供、排水、供燃料、壓縮空氣、 液壓、清除氧化鐵皮、機修、電修，以及環(huán)境保護等設備。 2.2.2 四輻可逆冷軋機的命名 按軋制品種、軋機型式和公稱尺寸來命名?！肮Q尺寸”的原則對型材軋機 而言，是以齒輪座人字齒輪節(jié)圓直徑命名； 初軋機則以軋輾公稱直徑命名； 板帶 軋機是以工作軋輾輾身長度命名； 鋼管軋機以生產最大管徑來命名。 有時也以軋 機發(fā)明者的名字來命名（如森吉米爾軋機）。 2.3 冷軋工藝流

43、程 根據原料和產品的品種、規(guī)格，可逆冷軋過程如下，其一般流程見圖 2.5。 酸洗：用連續(xù)酸洗機組去除熱軋帶卷的表面氧化鐵鱗。酸液過去用硫酸，現(xiàn) 在多用鹽酸。酸洗前先行焊接并卷，有的還經連續(xù)“黑退火”。酸洗后進行清洗、 烘干和剪邊、分卷。 冷軋：酸洗后的帶坯在冷軋機上軋制到成品厚度，一般不經中間退火。五機 架連軋機冷軋總壓縮率一般為60?80%,主要軋制厚度0.3?3mmi汽車板、搪瓷 板和鍍鋅板。六機架連軋機主要軋制厚度0.15?0.5mm勺鍍錫薄板，冷軋總壓縮 率一般為70?90%。軋制中各機架（或道次）壓下量分配根據軋機允許的壓力、 功率和速度，考慮到產量、質量等因素綜合制定。

44、 圖2.5四輻可逆冷軋工藝流程 工藝潤滑：起潤滑和冷卻作用。一般用冷卻性能好的乳液，軋制薄或硬的金 屬時用潤滑性能好的純油潤滑劑，例如軋制鍍錫薄板或不銹鋼用棕楣油等。 退火：目的在于消除冷軋加工硬化，使鋼板再結晶軟化，具有良好的塑性。 退火方式有用罩式爐成卷退火和用連續(xù)爐退火。成卷退火分為緊卷退火和松卷退 火；連續(xù)爐退火分為立式連續(xù)爐退火和臥式連續(xù)爐退火。 爐內一般均通入保護氣體。目前大多采用罩式爐退火，雖然處理周期長，但因爐子數量多，使用靈活， 投資節(jié)省。連續(xù)爐退火產量大，其中臥式連續(xù)爐退火僅用于處理產量少的特殊鋼, 如硅鋼的脫碳退火等。 平整：目的在于避免退火后的鋼板在沖壓時產

45、生塑性失穩(wěn)和提高鋼板的質量 （平整度和表面狀況）。平整軋機有單機架可逆式和雙機架兩種,平整壓縮率為 0.5?4%。雙機架平整軋機效率高，壓縮率大，可同時兼作二次冷軋用，進一步 軋薄鋼板；如與五機架連軋機配合,可生產0.10?0.15mm勺帶卷。 鍍層、剪切和包裝：需鍍層的鋼板送鍍鋅、鍍錫或有機涂層機組加工。 一般冷軋板于平整后剪切。有縱剪和橫剪，縱剪是剪邊或按需要的寬度分條， 橫剪是將帶卷按需要長度切成單張板。剪切好的成品板帶，經檢查分類后， 涂防 銹油包裝出廠。 單機架可逆式四輾冷軋機適合于生產多品種、小批量、厚度0.2mm以上的普 通碳鋼或低合金鋼。 單機架四輾可逆冷軋機在單片

46、軋制時沒有張力，軋制的產品較厚 （＞1mm） 速度較低（＜ 2m/s）,僅用于生產少量特殊用途的鋼板。帶鋼和薄板的單片冷軋方 式見圖2.6 單月軋制 豉卷軋制 圖2.6四輻可逆冷軋機的軋制工藝 2.3.1 冷軋過程的注意要素 冷軋生產的特點是加工溫度低，產品表面無氧化鐵皮等缺陷，光潔度高，軋 制速度快。在酸洗生產過程中應注意：①保持防護裝置完好，以防機械傷害；② 注意穿戴要求，以防酸液濺人灼傷。 冷軋速度快，清洗軋輾注意站位，磨輾須停車，處理事故時須停車進行，切 斷總電源，手柄恢復零位。采用 X寸線測厚時，要有可靠的防射線裝置。 熱處理是保證冷軋鋼板性能的主要工序，存在的

47、事故危險有：火災、中毒、 倒爐和掉卷。其防護措施有：①在煤氣區(qū)操作時必須嚴格遵守 《煤氣安全操作規(guī) 程》，保持通風設備良好；②吊具磨損及時更換，以防吊具傷人。 在冷軋過程中必須使用冷軋油，使用冷軋油的好處是： ①有效降低磨擦系數，提供相應的軋制力，軋制能耗低，獲得滿意的軋制參 數； ②使表面光亮度高、軋延厚度均勻； ③冷卻效果好，能迅速帶走軋制熱，保護軋輾及軋件。退火性能良好，不會 產生油燒現(xiàn)象； ④有短期的防銹性能，可提供軋件臨時防銹保護。 16 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 3四輻可逆冷軋機的控制單元 3四輻可逆冷軋機的控制單元 可逆式軋制是指帶鋼在軋機上往復進

48、行多道次的壓下變形， 最終獲得成品厚 度的軋制過程。可逆式軋機的設備組成較簡單，是由鋼卷運送及開卷設備、軋機、 前后卷取機和卸卷及輸出裝置所組成。有的軋機根據工藝要求在軋制前或軋制后 增設重卷卷取機。實踐證明可逆冷軋機的作用是連軋機或其他形式的冷軋機不能 替代的。而且，通過技術改造可逆軋制的工藝質量有了較大的改善和提高。 因此， 與連軋機一樣，可逆冷軋機仍是現(xiàn)代冷軋帶鋼生產的重要組成部分。 四輾式可逆冷軋機是一種通用性很強的冷軋機，因而在冷軋生產中占有較大 的比重。其軋制品種十分廣泛，除了沖壓用冷軋板外，還可軋制鍍錫原板、硅鋼 片、不銹鋼板和高強合金鋼板，產品厚度為 0.15?3.5mm

49、寬度為600?1550mm 最寬達1880mm年生產能力一般約為10?30萬t/a 。其軋制過程如圖3.1所示。 圖3.1四輻可逆冷軋機軋制過程 3.1 四輻可逆冷軋機的工作原理 四輾可逆冷軋機主要由支撐輾和工作輾組成， 工作輾位于支撐輾之間。鋼卷 經由收放電機驅動開始釋放并向工作輾道輸送開始軋制。 當軋制完成后，經輸送 輾道向卷取機輸送，回收成鋼卷，便于搬運和運輸。軋制的目的是要得到需要一 定厚度的鋼材，所以在輸送輾道末尾，一般安裝了厚度檢測儀，如 X寸線檢測裝 置等，檢測出軋制后的厚度，送至PLG看是否滿足國標或廠標要求。如果不能 滿足軋制要求，再由PLC變頻器+厚度檢

50、測儀等組成的厚度閉環(huán)自動控制系統(tǒng)， 達到自動調節(jié)厚度的目的，從而最終得到需要厚度的鋼材。 3.2 四輻可逆冷軋機各單元的控制 冷軋基礎自動化系統(tǒng)（L1級）是指從開卷機入口輾道開始到卷取機控制和卸 卷小車運輸控制為止的整條軋制線上所有設備的控制和質量控制以及數據讀入、 控制接口、控制值輸出等，以及跟蹤、順序控制等。 L1級自動化系統(tǒng)以PLCM多 CP板制器為基礎，一般采用基于通用工業(yè) VME、線的系統(tǒng)。 3.2.1 四輻可逆冷軋機傳動系統(tǒng)調速 四輾可逆冷軋機電氣傳動的主要對象是速度、位置、加速度及張力等機械參 量。其中，調速是傳動的最基本的控制形式。 它可分為直流調速和交流調速兩大 類

51、。 如前部分所述，直流電氣傳動具有調速性能好，控制精度高，線路簡單，控 制方便，過載能力強，能承受頻繁沖擊負荷等優(yōu)點，因此，冷軋機主傳動一直被 直流電機調速系統(tǒng)所占領。但直流電機有電刷磨損、體積大耗銅多、轉動慣性大、 最大功率受到限制的問題。今年來，由于新型電力電子器件與大規(guī)模集成電路的 出現(xiàn)和發(fā)展，微處理機的廣泛應用， 以及矢量控制理論的出現(xiàn)，使得大型交流變 頻調速傳動替代直流調速傳動成為現(xiàn)實。因此，在新建冷連軋機上， 都采用了交 流變頻調速的新技術。 對四輾可逆冷軋機來說，工藝不僅要求電機具有所需要的轉速， 而且還要求 轉速不隨負載等外界擾動而變化，始終能精確地保持在所需要的數值上。

52、因此， 必須對電機的轉速進行閉環(huán)自動調節(jié)。 根據上述要求，毫無疑問電氣傳動應采用變頻調速。 目前軋鋼主機的變頻調 速傳動方案主要有三種：①采用品閘管的交-交變頻調速；②高壓交-直-交變頻 器;③采用大功率可關斷器件的交-直-交三電平PWM頻調速。 我國從2001年首次開始引進美國G蟲司的三電平交直交電壓型變頻器，用于 本溪鋼鐵廠1700m浪連軋改造項目中，主回路采用IGB琳件，主傳動采用同步電 機矢量控制，輸出電壓分別為3300VF口6600VW種。系統(tǒng)達到了很高的性能，并且 帶來占地面積小，維護工作量少，對電網無諧波污染，自動化程度提高的優(yōu)點。 3.2.2四輻可逆冷軋機的厚度自動控制

53、厚度是板帶產品最主要的質量指標。 軋件出口厚度波動主要受來料尺寸、 溫 度、接觸面摩擦和張力變化的影響。單機架四輾可逆冷軋機軋制過程中板厚度受 軋輾輾縫調節(jié)控制，連軋厚度可由輾縫或張力這兩個變量來調節(jié)， 它們既有調節(jié) 數量大小的不同，也有調節(jié)快慢的問題。 厚度自動控制是通過測厚儀或傳感器 （如輾縫儀和壓頭等）對出口軋件厚度 連續(xù)地進行測量，并根據實測值與給定值相比較的偏差， 借助于控制回路和裝置 或計算機的功能程序，改變壓下位置或軋制速度，把厚度控制在允許偏差范圍內 的方法。實現(xiàn)厚度自動控制系統(tǒng)簡稱AG臻統(tǒng)。 壓下位置或軋輾轉速的改變要經過一系列過程，才能逐漸使軋件厚度和速度 發(fā)生改變。

54、一個厚度自動控制系統(tǒng)應由下列幾個部分組成： ①厚度的直接檢測或間接構成 厚度控制系統(tǒng)是否精確地進行控制，首先取決于厚度或厚度偏差的來源。四 輾可逆冷軋機采用X寸線非接觸式測厚之外，在較低速度情況下還可以采用滾輪 式接觸測厚儀。測厚儀距離軋機越遠，監(jiān)測信號也就越遲鈍，慣性調節(jié)就越大。 利用實測軋制力和彈跳方程可以間接得到出口軋件厚度， 這時滯后很少，但精度 有時受到影響。 ②壓下有效系數計算 調整一定的軋件出口厚度，需要計算相應的輾縫調節(jié)量，這需要在軋機彈跳 曲線中計算出來。 ③執(zhí)行機構 根據輸出的控制信號通過壓下電機或液壓裝置調整壓下位置， 或通過主電機 改變軋制速度，調節(jié)帶

55、鋼的張力，可以實現(xiàn)厚度的控制。 ④控制方式 根據軋制過程中對厚度的控制方法不同，一般可分為監(jiān)控式、厚度計式、張 力式、速度式等厚度自動控制系統(tǒng)。按控制方式不同可分為反饋式、前饋式、復 合式。 圖3.2 AGC控制系統(tǒng)框圖 圖3.2是測厚儀厚度自動控制系統(tǒng)的框圖。鋼材從軋機中軋出之后，通過軋 機后面測厚儀測出實際軋出厚度并與給定厚度值相比較， 得到厚度偏差，當兩者 數值相等時，厚度差運算器的輸出為零。否則出現(xiàn)厚度偏差，這時便將它反饋給 厚度自動控制裝置，變換為輾縫調節(jié)量的控制信號，輸出給壓下電機帶動壓下螺 釘作相應的條件，以消除此厚度偏差。 四輾可逆冷軋機的控制單元還包括有

56、外置自動控制系統(tǒng) (APC、連軋張力控 制系統(tǒng)等，這里不在一一敘述了。 19 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 4電控單元器件的選擇及參數設計 4電控單元器件的選擇及參數設計 工業(yè)現(xiàn)代化的進程，對生產過程的自動控制和信息通信提出了更高的要求。 工業(yè)自動化已經從單機的PLC控制發(fā)展到多PLC多變頻器及人機界面的網絡控 制。目前，PLC控制技術、變頻器調速技術等已經廣泛應用于“制造自動化”和 “過程自動化”兩大領域，包括鋼鐵、機械、冶金、石油等各個部門。 冶金行業(yè)工藝流程十分復雜，節(jié)能降耗的空間非常巨大，因此PLC與變頻器 在冶金行業(yè)中得到了廣泛的應用。 4.1 PLC的簡介及選擇

57、 可編程控制器是工業(yè)自動化的基礎平臺。 在工業(yè)現(xiàn)場中用于對大量的數字量 和模擬量進行控制，例如電磁閥的開閉、電動機的起停、溫度壓力的設定、產品 的計數與控制等。 4.1.1 可編程序控制器的特點 ①可靠性高，抗干擾能力強 PLC是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計的，故對于可能受到的電磁干擾、高低溫及 電源波動等影響，已在PLC硬件及軟件是設計上采取了措施。如在硬件方面采用 了模塊式的結構，對易受干擾影響工作的部件采取了電和磁的屏蔽， 對I/O接口 采用了光電隔離，對電源及I/O接口線路采用了多種濾波等。而在軟件方面采用 故障檢測、診斷、信息保護和恢復等手段，一旦發(fā)生異常， CPU立即采取有效措

58、 施，防止故障擴大，使PLC的可靠性大大提高。 ②結構簡單，應用靈活 PL/硬件結構上采用模塊化積木式結構，各種輸入輸出信號模塊、通信模 塊及一些特殊功能模塊品種齊全。 針對不同的控制對象，可以方便、靈活地組成 不同要求的控制系統(tǒng)。硬件接線簡單，一般不需要很多配套的外圍設備。 ③編程方便，易于使用 PLC采用了與繼電器控制電路有許多相似之處的梯形圖作為主要的編程語 言，程序形象直觀，指令簡單易學，編程步驟和方法容易理解和掌握，不需要具 備專門的計算機知識，只要具有一定的電工和工藝知識。 ④功能完善，適應性強 PLCM有對數字量和模擬量很強的處理能力，如邏輯運算、算術運算、特殊 函

59、數運算等。PLC具有常用的控制功能，如PID閉環(huán)回路控制、中斷控制等。PLC 可以擴展特殊功能，如高速計數、電子凸輪控制、伺服電動機定位、多軸運動插 補控制等。PLC可以組成多種工業(yè)網絡，實現(xiàn)數據傳送、上位監(jiān)控等功能。 4.1.2 PLC的選擇 四輾可逆冷軋機是一種高精度的可逆冷軋設備，因此對控制設備的控制要 求極高。為了保證加工精度、安全性以及易操作性等，四輾可逆冷軋機對電氣控 制系統(tǒng)提出了以下要求： ①軋制速度要有較高的穩(wěn)定裕度，正常軋制時，軋制速度為 30?60m/min 可調，點動速度為5m/min,速度精度為靜態(tài)± 1%軋機快速起停車時間不超過5 秒； ②冷軋操作

60、時要求可以快速頻繁起制動。兩側輾縫不平衡時，可單獨調整 軋機任意兩側壓下螺釘； ③操作方便，并具備必要的顯示功能，如軋制線速度、電流、電壓、運行 狀態(tài)、故障顯示等。 軋制的最終目的是得到目標厚度的鋼材，整個軋制過程不允許鋼材厚度出 現(xiàn)太大的波動，因此從軋機末尾出來的鋼材厚度必須在控制精度范圍內， 否則為 不合格軋制，所以整個控制系統(tǒng)中心必須具備很高的控制精度。而控制鋼材厚度 的AGCK統(tǒng)又有著非常復雜的數學模型，必須進行復雜的PID模型運算，而一般 的計算機是不能完全正確處理這么復雜多樣的數學模型的， 必須采用專用的工業(yè) 控制計算機（PLQ才能滿足要求。 自動控制系統(tǒng)是代替人工進行操

61、作的， 還必須具有很高的可靠性和安全性， 才能達到人們的要求。四輾可逆冷軋過程中，當初次軋制后，檢測不合格，還必 須逆運動回去進行第二次軋制，如此反復，才能軋制成滿足國標或廠標的鋼帶產 品。而可逆軋制時，驅動電機必須滿足能及時準確的可逆允許。 西門子PLC以其強大的功能、優(yōu)越的性能和良好的穩(wěn)定性，已經在各行各 業(yè)生產線控制中被廣泛使用，尤其是軋鋼領域應用的更是普遍。四輾可逆冷軋機 的控制系統(tǒng)對控制器的精度和速度要求都很苛刻，冷軋機產品原料通常都很薄， 軋制過程厚度控制難度較大，同時還要對張力、速度進行精確控制。作為高精度 的四輾可逆冷軋機，不久要求其控制精度高，同時還要對控制過程的數據進行

62、精 確測量，對工藝過程參數做進一步的準確分析和研究。 因此，從安全性和可靠性等方面綜合考慮， PLC型號選用S7-300系列已能 達到要求，因此不必選用擁有更高可靠性的 S7-400系歹其PLC整個硬件系統(tǒng) 選擇為：①電源（PS30刁；②CPU（CPU317;③AI模塊（SM331型號6ES7 331-1KF01-0AB0）;④ AOlf 塊（SM332型號 6ES7 332-5HD01-0AB0 ;⑤ DI 模塊 （SM323 型號 6ES7 323-1BL00-0AB0）;⑥ 口微塊（SM322 型號 6ES7 322-1CF00-OAA0;⑦擴展機架（SM338 型號 6ES7 3

63、38-4BC01-0AB0。其主要 功能有：各液壓、潤滑站的連鎖邏輯及起停控制；各站的液位、壓力、溫度等信 號的監(jiān)測與報警；各傳動的供電、運行、邏輯、故障檢測及處理；整個生產線各 段在不同運行模式下的各類連鎖控制； 斷帶檢測及保護動作；自動減速和準確停 車。系統(tǒng)中PLC部分接受操作臺命令、變頻器信號以及軸編碼器等，經分析后給 出變頻器運行信號，并向變頻器發(fā)出模擬速度信號。此外PLC部分還實時監(jiān)控系 統(tǒng)的運行狀態(tài)，對各種故障情況進行及時的分析和處理。同時，變頻器接受到 PLC發(fā)出的起/停和運行控制信號，根據給定速度模擬量的大小控制電動機運行。 速度控制采用帶有速度反饋的矢量控制方式控制電機，

64、并利用數字I/O 口設計電 機的正反轉。 4.2 變頻器的簡介及選擇 變頻器也叫電動機變頻器，是一種靜止的頻率變換器。它能把電力配電網的 50Hz叵定頻率交流電，變換成可調頻率的交流電，供交流異步電動機作電源用。 應用變頻器不僅可以節(jié)約大量的能源， 而且還能實現(xiàn)機電一體化。運用它的空間 矢量控制技術，可在各行各業(yè)改造傳統(tǒng)產業(yè)，使得電動機在低速時輸出較大的力 矩。 4.2.1 變頻器的簡介 變頻器通常都由主電路和控制電路組成。其結構如圖 4.1所示。 史小變操 值耗電箱 直-交變換 圖4.1變頻器結構圖 主電路主要由以下幾個部分組成： ①整流部分 通常又被稱為電網側交流

65、部分，其作用是把三相或單相交流電 整流成直流電。常見的低壓整流部分是由二極管構成的不可控三相橋式電路或由 品閘管構成的可控三相橋式電路。而對中壓大容量的整流部分則采用多重化 12 脈沖以上的變流器。 ②直流環(huán)節(jié) 由于逆變器的負載是異步電動機，屬于感性負載，因此在中間 直流部分與電動機之間總會有無功功率的交換，這種無功能量的交換一般都需要 中間直流環(huán)節(jié)的儲能原件(如電容或電感)來緩沖。 ③逆變部分 通常又被稱為負載側變流部分，它通過不同的拓撲結構實現(xiàn)逆 變器件的規(guī)律性關斷和導通，從而得到任意頻率的三相交流電輸出。 常見的逆變 部分是由6個半導體豬開關器件組成的三相橋式逆變電路。 ④制動或

66、回饋環(huán)節(jié)由于制動形成的再生能量在電動機側容易聚焦到變頻器 的直流環(huán)節(jié)形成直流母線電壓的泵開，因此需及時通過制動環(huán)節(jié)將能量以熱能形 式釋放或則通過回饋環(huán)節(jié)轉換到交流電網中去。 制動環(huán)節(jié)在不同的變頻器中有不同的實現(xiàn)方式， 通常小功率變頻器都內置制 動環(huán)節(jié)，即內置制動單元，有時還內置短時工作制的標配制動電阻； 中功率段的 變頻器可以內置制動環(huán)節(jié)，但其屬于標配或選配則需要根據不同品牌變頻器的選 型手冊而定；大功率段的變頻器具制動環(huán)節(jié)大多為外置。 至于回饋環(huán)節(jié)，則大多屬于變頻器的外置電路。 控制電路包括變頻器的核心軟件算法電路、 檢測傳感電路、控制信號的輸入 /輸出電路、驅動電路和保護電路等。 4.2.2 變頻器的技術規(guī)范 ①輸入側的額定數據 4.2.3 壓U (IN),即電源側的電壓。在我國，低壓變頻器的輸入電壓通 常為380V (三相)和220V (單相)。止匕外，變頻器還對輸入電壓的允許波動范圍 作出規(guī)定，如土 10% -15%?+10嗡。 2)相數，如單相、三相。 3)頻率f (IN),即電源頻率(常稱工頻)。在我國，工頻為50H乙頻率的允 許波動范圍通常規(guī)定± 5% ②輸出側的額定數據 1)額定電壓U (N)因為變頻器的輸出電壓