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  • 产品名称:直流调速器成套电气控制柜
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第一部分  电气技术方案

1.1.        


1.2.         公司优势

1)         我公司为冶金自动化和交、直流传动控制的成套设备及专业技术成套公司,具有专家级的工程师和专业技术人员,在冶金行业多方面富有经验。

2)         我公司为国内外多家冶金企业进行过交、直流传动控制及自动化设备成套及专业技术成套服务,并受到好评(如:安徽马鞍山长江钢铁股份有限公司、上海沪宝轧钢厂、江阴长达钢铁公司、浙江浦江胜达钢铁有限公司、浙江龙游浙西钢厂、池州贵航金属制品有限公司、河北泰钢钢铁轧制有限公司、唐山佳奇钢铁公司、赤峰远联钢铁公司、包头泰利钢铁公司、太原乾红钢铁公司、湖南冷钢集团二、三、四轧车间、广西钦州恒荣轧钢厂、辽阳亿丰钢铁公司、尼日利亚GSM-EL钢铁公司、尼日利亚宝耀欢健钢铁公司、利比亚米苏拉塔钢铁公司、哈萨克斯坦HZ钢铁公司等),详见《沈阳力矩业绩表》。

3)     我公司专业技术人员24小时技术服务支持,具有响应速度快的优势。

4)    



1.3.供配电方案

该线材轧制车间的供电电压为:三相10KV/50HZ。初、中、精轧主机均由整流变压器提供三相0.63KV/50HZ电源,主电机的工作电压均为DC660V(或750V。直流辅机由一台整流变压器提供三相0.42KV/50HZ电源,直流辅机的工作电压均为DC440V。交流辅机的工作电压均为380V,由电力变压器提供三相四线制0.4KV/50HZ电源

接地分为:防雷、安全、抗干扰,并各自独立。

主机采用直流电机,由可控硅整流调速,会产生大量的高次谐波,使该电网中的电气设备使用效率及功率因数降低,其造成的干扰甚至会导致部分设备不能正常工作;辅机中的直流及交流变频调速设备也会有此情况。因此,在10KV0.4KV侧分别设置高次谐波吸收及功率因数补偿装置,从而提高电气设备的使用效率,节省大量用电,避免危及其它电气设备。

1.4.电气传动表


2.                技术要求

2.1.         供方提供的设计及技术服务范围

1、初、中、精轧直流主电机(共20台)的直流调速及控制系统。

2、直流辅机(共6台)的直流调速及控制系统。

3、基础自动化控制和上位机及自动化通讯网络系统。

4、交流辅机的恒速及变频调速电气控制。

5、现场施工的配套设计,如:车间10KV0.63KV0.42KV0.4KV系统供配电;电控房、主操室平面布置;车间电缆沟、电气管线布置;电线电缆选型、电气线路布线等。

6、相关技术咨询及服务。

2.2.         供货范围

详见电气设备配置及价格表。

2.3.         技术特点

2.3.1.初、中、精连轧直流主电机及辅机的调速及自动控制系统

1.      采用西门子6RA70系列全数字直流调速装置控制,采用转速及电流双闭环控制方式,基速以下恒转矩,基速以上恒功率调速。点动可逆控制,方便故障时的处理工作;

2.      各轧机之间级联调速的间断及重建;

3.      自动化系统采用西门子S7-400 PLC

4.      现场状态监控、Profibus-DP现场总线网络通讯;

5.      工业控制计算机系统。

3.                连轧直流主机的调速及自动控制系统设计特点

3.1.         设计思想与策略

本方案在工艺及装备上均采用了同行业先进的技术,为此本方案遵循如下的设计思想及策略:

3.1.1.    先进的系统构成

本方案在注重电控配套整体性的情况下,采样先进的系统构成了生产全过程的自动化检测和控制的实施。本方案选用西门子6RA70全数字直流调速装置,S7-400PLC和上位计算机组成三级自动化网络。

3.1.2.    适用可靠的应用原则

在系统的配置中,本方案不仅仅考虑先进的特点,还实事求是的坚持适用可靠的应用原则。本方案在满足生产工艺要求的前提下,并根据我公司以往的应用经验,保证重要测点和控制点的配置,同时对一些难度较大的检测控制方法,保持和工艺及设计人员密切磋商,慎重选择相关配置以减少不必要的投资。

3.1.3.    速度级联控制

在线材轧制生产过程中,为保证成品质量,以精轧机为基准,保持其速度不变,并作为基准速度设定,其前面机架速度根据金属秒流量相等的原理,自动按比例设定;在轧制过程中来自电流闭环控制的调节量、手动干预调节量,依次按逆轧制方向对其前面的各机架速度作增减,实现级联控制。速度级联控制是连续轧制生产线电气控制思想的精华,充分体现了生产的特点。

在生产不同规格的产品时,从生产工艺表中得到指定的末机架号,和末机架在此规格最高轧制线速度VLMax,及当前选择的轧制总量百分比VL%,计算出末机架速度:

轧制基准速度 VLS


(1)

式中 VL% 限制在0-85%范围之内。 (为电流调节,手动干预调节留有15%的余量)


根据各机架秒流量相等的原理有:

(2)

式中 S1 - Sn为各机架孔形截面积; V1 -  Vn为各机架线速度;n为机架号。


(2)式得:

(3)


由延伸率定义:


式中 Enn机架的延伸率,En > 1。则有:

(4)

(4)式即为速度级联设定和级联调节的基本关系式。由(1)式计算出末机架速度,再根据(4)式依次计算出前面各机架速度,即可实现速度的自动设定。在轧制生产过程中,保持末机架速度不变,来自动操作或手动干预以及各机架间电流调节的调节量也遵循(2)(3)式关系,对各机架速度进行调节。根据线速度和电机转速之间的关系,即可求得电机转速设定值N


(5)

N:电机转速设定值

i:变速箱减速比

D:轧辊直径

V:轧机线速度。

3.2.         系统特点

3.2.1.    技术先进性

系统是由具有处理现场总线特性的PROFIBUS网络组成的集散控制系统(DCS),跨跃了从模拟系统到数字系统的这一级台阶,,它不同于以往的集中控制系统或以前的对等网络或主从网络,现场信号被智能的电气终端(例如:6RA70装置)自动进行处理,而不必请求主站的干预,但受到主站的宏观控制,这样主站即可节省大量的时间处理更多、更紧要的任务.

3.2.2.    很快的速度

到目前为止,S7-400系列CPU是调速控制系统中很快的CPU, 由于使用了处理现场总线技术的PROFIBUS网,大量的信号在现场已被处理完毕,所以使用单台CPU即可完成对轧线控制,为厂家投资成本。另外,PROFIBUS 网络的短小桢结构,才可使得网络通讯速度得以最高。

3.2.3.    强大的可靠性

1.      网络传输是将大量的“信息”编码传送,从而各取代电气终端间的电气连线(例如:操作台到直流调速装置室等,大量的、远距离的、点对点连线),这不仅节省了导线,而且使节点端子减少,从而降低了故障率,减少了检修工作量。

2.      网络上某一站点故障或检修,不影响整个网络的运行。

3.      数字系统与模拟系统的一大差别就是不会产生零漂,这就给了系统可靠性有力地保证,减少了维护工作量。

3.2.4.    很高的精度

数字系统与模拟系统的另一大差别就是不用增加设备,就可以达到很高的精度,CPU32位的微处理器,浮点运算精度很高,6RA70的闭环调节精度小于1%,在轧机控制中有很高的精度。

3.2.5.    操作方便

不论是从操作台操作,或是从工控机操作,都有简单方便,容易掌握的方法,按照工艺提出的要求,设定各各种参数的数字量值。

3.2.6.    调试检修维护方便

无需其它设备的干预即可完成变频调速柜本身的调试工作,数字系统本身无需检修维护,可通过PLC系统的状态表和强制变量表检测各中间继电器,接触器,指示灯等设备。

3.2.7.    自动化网络

网络的采用,大大减少了控制电缆的数量,提高了可靠性和控制性能,减少了设备成本,使总投资降低。

3.3.         系统性能

3.3.1.    西门子6RA70全数字直流调速控制系统

3.3.1.1.     具有很高的轧机调速可靠性

直流调速采用西门子6RA70装置,具有很高的可靠性.

3.3.1.2.     接口能力强

开关量输入、输出,模拟量输入、输出、具有编码器测速反馈

具有单独上网能力;

3.3.1.3.     保护性能强

6RA70装置控制精度高,使用、调试、维护方便,具有故障标号,运行中检查的故障多,故障分类清楚,故障提示信息多,便于故障处理。保护的灵敏度、动作的可靠性都是目前最好的系统。主要保护有:过流、断流、过压、欠压、超速、缺相、断电、测速机断线、堵转、电机过热、过载等。

3.3.1.4.     软件性能优越

本身具有操作面板,同时,提供一套完备的软件包,可在微机上调试编程诊断。本身具有软件保护设置,以保证软件的安全;具有自动优化功能,使调试时间缩短,在轧机控制中,有很高的精度。

3.3.1.5.     可靠性高,故障率低

可靠性高,故障率低, 并在国内具有强大的技术服务和售销网。

3.3.1.6.     传动系统性能

系统调节精度:                         0.1%

静态速降:                             0.5%

动态速降:                             2.0%

恢复时间:                             200ms

3.3.2.    CPU模块

1)      具备浮点处理器

2)      硬件中断         4

3)      CPU总线          32

4)      RAM             256M

5)      Cache            16K

6)      CP能力           4

7)      I/O              4096

3.3.3.    PROFIBUS-DP网络

PROFIBUS-DP网络(SINEC L2网络),符合EN50170国际标准。最早为西门子公司专为工业现场开发的高速处理现场总线网络,其特点为信息帧短,速度快,容错性强,特别适合高速循环通讯。

1)      传输距离:      900000m

2)      传输速率:       12Mbit/s

3)      传输介质:       多模光纤

4)      拓扑结构:       总线型

5)      电气特性         RS485

6)      原理:           /从加令牌

7)      响应时间:       1毫秒(12M时典型值)

8)      站数:           127

3.3.4.    使用环境要求

1)      海拔高度         小于1000

2)      环境温度        0°C-60°C

3)      相对湿度         0 – 95%无凝露

4)      电压波动范围     ±10%

5)      接地要求         小于4W

3.4.         三级控制系统

       三级控制系统由人机接口(HMI)、基础自动化系统(PLC)和调速传动控制系统构成,分别完成各自的控制功能。

3.4.1.    人机接口(HMI

人机接口(HMI)由操作员站组成,主要实现自动化系统的人机接口功能,包括:轧制参数的设定,生产工艺表的输入、存储和修改,轧制过程中各设备状态和电气参数的动态显示及工艺参数(辊径参数等)的人工调整,电气设备的操作及显示,故障报警与记录,生产报表的生成、存储及打印等。

工业控制计算机上能显示各个电机电流、转速等数据,方便现场操作人员进行工艺调整。

3.4.2.    基础自动化系统(PLC

基础自动化系统采用西门子公司PLC S7-400 系列产品。该产品功能强大,配置灵活,有如下突出特点:

3.4.2.1.     高速

在程序执行方面,极短的指令执行时间使S7-400胜任于控制速度要求高的场合。

3.4.2.2.     坚固

模块化及无风扇设计,坚固耐用;在运行过程中,模板可插拔。

3.4.2.3.     功能完善、强大

允许多CPU配置,功能更强、速度更快。同时,配有品种齐全的功能模板,充分满足用户各种类型的现场需求。

3.4.2.4.     强通讯能力

分布式的内部总线允许在CPU与中央I/O间进行非常快的通讯,P总线与输入/输出模板进行数据交换。K总线将大量数据传送到功能模板。

3.4.2.5.     强大、友好的编程界面

STEP7 编程软件编程功能强大,上传、下载速度快。监控、强制极方便,界面友好,易掌握。

3.4.3.    基础自动化系统配置原则

1)    系统配置考虑系统的先进性、可靠性,在满足工艺控制要求的前提下,综合考虑性/价比。

2)    操作台一般性操作在CRT上进行操作,通过以网络连接,对于急停、机架速度调整、合、分闸等需要快速响应的操作及允许合闸、合闸指示、故障指示等电控设备重要状态指示,直接将信号接入PLCI/O模块。

3)    操作站及PLC程序采用分级管理,以确保整个系统的安全稳定运行;充分发挥网络优势,实现各种状态及操作共享,使系统维护、事故查找快捷高效;充分发挥人机界面的功能,使每个设备从多个方面展现出设备及生产运行的状态,为设备的巡检、电检及设备的使用带来可靠和便捷。

4)   整个控制系统的水平,一方面要能够安全可靠地运行,做到低维护率、低事故率;另一方面,要达到目前主流的先进水平。在整个控制系统的资金分配上,一方面要确保关键设备、关键控制技术的先进性,如传动调速系统采用进口SIEMENS公司性能优越的6RA70产品,PLC控制系统采用性能价格比高的S7-300系统产品;另一方面,还要保证次要设备及控制的稳定可靠运行。

5)   控制功能的划分尽量做到符合工艺要求,科学合理,灵活高效,便于操作;系统结构则要做到功能完善,简洁实用,尽可能减少设备及事故点。

6)    为保证各PLCCPUHMI之间数据交换的快速性和抗干扰能力,选用DP光缆通讯及以太网。

7)    为保证主轧线系统控制的快速性,软件设计上将编制规范的程序运行表,并合理的安排程序块的调用和执行,在轧制过程中对那些与轧制过程控制无关的程序块(例如:换辊程序或用于机械本身的调整程序)不调用执行,并充分利用智能数字终端—6RA70强大的自由功能块组合,下放必须的调节等费时的处理程序,最大限度地减少程序周期,提高系统的控制速度,也充分地利用了厂方宝贵的投资。

8)   为了保证PLCI/O模板的一致性和安全性,数字量输入/输出一率采用24VDC模板,对于其它电压类型的信号均经过继电器转换。


4.                连轧的控制功能及方案

4.1.         自动化及过程自动化系统控制功能

4.1.1.    轧制生产程序表的修改、存储、显示及管理

主操作室上位机设有轧制生产程序表,全线轧机机架速度总给定按轧制生产程序表形式给出,包括相关的工艺和电气参数。轧制生产程序表显示直观,修改、存储简便。生产不同规格的产品,调用对应的轧制生产表,用计算机鼠标点击即刻完成。当需要修改某一参数时,用计算机键盘直接修改并确认完成,系统即可执行。便于管理,经过摸索、修正,最终积累出适合于不同规格,不同轧制生产的参数,完善轧制生产程序表。

4.1.2.    数据与故障信息采集及生产管理,报表打印。

4.1.3.    模拟生产控制系统状态信息画面监控,完成监控、编程、维护及故障记录工作。

4.2.         网络通讯部分

4.2.1.    PROFIBUS-DP网络(采用光缆通讯)

本方案采用了网络控制、技术先进。网络传输是将大量的信息代码传送、取代了电气终端间的电气连线,节省了导线,网络的某一站点的检修不影响整个网络的运行,具强大的可靠性;同时不论从操作台或工控机操作,都简单方便、容易掌握,同时系统检修、维护方便;系统配置经济实用,具很高的性能价格比。

采用光缆可大大提高网络通讯的抗干扰性能,特别是对采用变频调速的场合,更具必要性。

本方案直流设备均通过PROFIBUS-DP网络通讯,S7-300 PLC作为主站, 并具有以下功能:

1.      实现启/停控制

2.      速度级联与单独控制

3.      联锁及保护控制

4.      故障诊断及保护

5.      为将来扩展功能预留

4.3.         操作部分

4.3.1.    操作部分

操作台是关键的人机接口部分,系统中许多参数由此设定,方案中除设有转换开关、按钮、指示灯、主令等外,还设有西门子HMI操作员站,以利于对系统的监控和故障报警。

操作员站是一台工业计算机,监控软件选择西门子WinCC, 其具有平均无故障时间长,稳定可靠等多种优点,其操作简单、图形按钮及解释说明等特点使操作更加方便。

a)      监控全线设备运行情况,显示轧制过程仿真图,实时仿真开/停机等过程;主要参数的数字量实时显示;主要参数的模拟量棒状实时图显示;


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