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1、东北农业大学毕业设计（论文）东北农业大学毕业说明书带钢热连轧精轧机组计算机集散控制系统6RA70直流调速入学年级：2014春学生姓名： 学号：所学专业：电气化及其自动化东北农业大学中国哈尔滨2016年5月目录1. 绪论11.1 国内外带钢生产现状11.2 带钢热连轧生产工艺及其要求2121轧制流程2122带钢产品的主要质量指标2123热连轧带钢的板形控制31.3计算机集散控制系统综述3131集散控制系统的介绍3132集散控制系统的结构42.带钢热连轧计算机集散控制系统52.1速度、电流双闭环直流调速装置6211转速、电流双闭环直流调速系统的组成7212：单机调速8213稳态结构框图和静态特性8
2、214双闭环直流调速系统启动过程分析102.2全数字直流调速系统的介绍11221：全数字化直流调速装置传动简介11222：全数字化直流调速装置具有如下特点112.3西门子6RA70全数字直流调速装置1123. 1介绍12232技术特点12233 6RA70全数字直流调速装置基本结构原理132.4活套 精轧机组与级联调速16241活套和精轧机的控制功能16242活套布置工艺182.5 设计使用说明18251设计18252工作方式19253 6RA70控制板件与晶闸管整流装置接口电路说明193. 电气传动控制柜的设计253.1选柜253.2柜内设计253.3控制柜的走线设计263.4出线及出线端子
3、263.5接地263.6照明274.硬件及上位，下位组态软件284.1系统硬件配置284.2系统的软件平台3043 PLC编程软件STEP73144 PROFIBUS网324.5实现方法335.结 论34参考文献3535摘要热连轧生产控制系统的目的是保证带钢质量达到要求，精轧机是带钢热连轧线的核心设备，产品质量控制功能主要集中在精轧区。要保障带钢热连轧生产的正常运行，设备的正常运转。必须从精轧区入手，精轧机主要控制功能包括轧机主传动速度控制、辊道辅传动单动及跟随轧机主传动联动速度控制、辊缝电动压下控制(APC)、精轧区正常停车与紧急停车控制、精轧生产过程的监控、精轧生产参数设定等。速度控制主要
4、考虑轧制道次改变时速度方向的变化，速度给定按照低速咬钢，高速轧制，低速抛钢的原则进行。要求钢材在辊道上和轧机上的金属秒流量相等。带钢在精轧机组进行连轧时，活套装置起缓冲作用，保持恒定的微张力、微活套量控制。对活套进行套量及小张力控制，以避免堆、拉钢现象。最后，作为电气传动领域中一个极其重要的环节，结合西门子6RA70全数字直流调速装置的具体应用本文设计了电气传动控制柜。关键词：热连轧、6RA70、双闭环直流调速、级联调速1. 绪论改革开放以来我国在轧钢的生产工艺技术方面，已经掌握了目前世界上广泛采用的典型热轧带钢生产工艺，如连铸连轧、常规热连轧、炉卷轧制工艺等，能够依据用户的不同需要来确定合理
5、的生产工艺，并且能确定依此生产工艺而必须的生产设备的选型，确定各工艺设备的必要参数。机械设备方面，基本掌握了常规热轧带钢工艺设备的设计技术，自动控制技术方面，积累了带钢生产线自动控制的硬件和软件设计过程控制必要的数学模型.自动控制系统的硬件组态设计和绝大部分的软件设计和系统调试我国都可很好的自行研究发展，经过这么多年各个发面的努力带钢热连轧在我国得到了很好的发展。1.1 国内外带钢生产现状目前我国已成为世界第一产钢大国，但在钢材产品的质量和技术含量上与发达国家相比，还有较大差距。伴随着近20 年来相关技术领域的技术进步, 热轧带钢生产和研究领域新技术层出不穷,推进了工艺、设备、技术飞跃式的发展
6、。新技术的应用在提高产品质量、降低生产成本、增强竞争能力等方面发挥了重要作用。进入新世纪后,这些新技术将会逐步得到推广应用,由于目前在世界范围内钢铁产量已供大于求,我国钢材生产也已经从追求产量规模向品种质量效益方面转变,虽然不能排除个别新建生产线出现的可能性,但是总体上的趋势是以改造原有生产线为主,用高新技术武装传统产业,依托科技努力拼搏力争把国钢铁工业推向一个新的高度。1.2 带钢热连轧生产工艺及其要求121轧制流程带钢热连轧轧制流程如下：由加热炉加热后的板坯，经26架粗轧机和67架精轧机轧成薄带后，由卷取机卷成带卷，在卷取机入口处设有切头飞剪。粗轧机两架机架间一般不跨接轧件，精轧机各架间因
7、跨接轧件，为保证连续稳定的轧制，不造成堆钢或拉钢现象，通常在机架间装有电动或液压活套支撑器。在保持少量张力和一定活套高度的条件下，以中间机架或末机架速度为基准，进行轧机速度协调控制。要求传动系统调速精度高，动态速降小，恢复时间短。带钢热连轧生产线包括：板坯库、加热炉区、粗轧区、粗精轧之间的中间辊道及飞剪、精轧区、热输出辊道及冷却装置、卷取区、运输链。成品库等。热连轧生产控制系统的目的是保证带钢质量达到要求，其主要指标为带钢厚度、宽度、终轧温度、卷取温度、带钢断面凸度及带钢平直度。122带钢产品的主要质量指标 热轧带钢厚度和宽度尺寸精度，一直是带钢产品质量的主要指标，厚度和宽度控制实际上分为带钢
8、头部的厚度、宽度精度、（主要决定于粗轧立辊和精轧平辊设定模型精度）和带钢全长的厚度、宽度精度（主要依靠自动厚度控制AGC和自动宽度控制AWC分别来实现）。1）：精轧厚度设定模型精轧设定模型的基本任务是根据来料条件及对成品的要求，通过模型的计算确定精轧机组各机架的辊缝、速度以及有关操作变量，以保证获得尽可能准确的带钢头部尺寸。2）：前馈板型控制系统随着厚度品质的不断提高，板形（带钢断面凸度及带钢平直度）已越来越成为生产品质的主攻点，不少废品主要是由于板形品质过差所造成。热轧带钢的板形品质还将直接影响到冷轧的板形品质。板形控制由于涉及因素众多，需采用多种手段进行控制，总起来可分为：板形设定模型；模
9、型自学习；板形自动控制（前馈控制）；板形反馈闭环控制3）：终轧和卷取温度控制系统温度是轧制中最活跃的因素，依据钢的内部组织，对不同的钢种、不同的性能要求有不同的轧制温度范围。对于一般钢种来说，最重要的是保证终轧温度及卷取温度。4）：自动厚度控制系统为了使成品有较好的纵向厚度偏差，各机架均设置自动厚度控制AGC（Automatic Gage Control）.在厚度计控制方式下，系统采用X射线监控和因压下量变化而对速度回路的活套补偿。123热连轧带钢的板形控制 热轧带钢的板形问题是热连轧厂生产中不断出现和必须解决的问题，如何提高产品的板形质量也是轧机设备改进、发明、轧制工艺不断优化的中心内容，带
10、钢的板形控制是热连轧厂永恒的课题。带钢的板形分类1）：理想板形 理想板形是平坦的，内应力沿带钢宽度向上均匀分布；2）：潜在板形 带钢表面上是平直的，带钢内应力沿带钢宽度方向上不均匀分布，但其内部应力足以抵制带钢平直度的改变，当内应力释放后，带钢板形就会发生不规则的改变；3）：表观板形 带钢内应力沿宽度方向上不均匀分布，同时，其内部应力不足以抵制带钢平直度的改变，导致局部区域发生了翘曲变形。1.3计算机集散控制系统综述131集散控制系统的介绍集散控制系统(Total Distributed Control System)是以微处理器为基础的集中分散型控制系统。集散控制系统与计算机集中控制系统比较
11、,具有操作规程监督方便、危险分散、功能分散等优点,因此自出现以来,在工业控制、数据采集和实时控制系统中就广泛的应用。传统的集散控制系统是采用串行通信,串行通信具有连接简单、使用灵活方便、数据传递可靠、具有成本低等优点,但随着当前对集散控制系统需求的发展,它也存在着传输速率低并在空间上及长远距离的系统中受到限制的问题。越来越多的需求是朝向控制分散、管理集中的趋势发展。132集散控制系统的结构集散控制系统的品种虽然很多，它们的基本结构是相似的，包括上位管理计算机、CRT显示操作站、高速数据通路、过程控制单元以及数据采集装置等五个部分，如图（1）所示。过 程CRT操作站管理计算机过程控制单元过程控制
12、单元过程控制单元高速数据通路集中操作与管理部分分散控制部分通信部分图（1）1：数据采集单元 过程非控变量的数据采集系统，又称过程接口单元。该单元主要任务是采集过程非控变量进行数据预处理，同时还能对实时数据完成进一步加工处理，以供CRT操作站显示和打印，实现开环监视。为了能适应不同类型的过程变量和工艺条件，要求采集系统容量大、采样速率高。 2：过程控制单元 集散系统的核心装置，又称现场控制单元。该单元一般包括微处理器、A/DvD/A转换器、存储器、I/O输入输出板通信接口和电源等部件，但在不同的集散系统中差别较大。控制回路有264个，算法类型有PID、非线形增益、选择性控制、函数计算、多项式系数
13、、Smith预估等，控制类型有连续控制、批量控制和逻辑控制等。为了提高可靠性，过程控制单元一般都有冗余配置，备份比（即主设备和备用设备之比）通常为1181 。 3：CRT操作站 集散系统的人机接口装置，一般配有微机、高分辨率彩色CRT、操作者和工程师键盘、打印机和外存装置等部件。操作人员可在操作站上方便直观的了解生产过程的运行状况，并通过该装置向生产过程发出操作指令。操作站除对过程进行监控外，还能完成系统的组态、编程工作以及部分生产管理工作，如打印报表等。4：管理计算机 集散系统的主计算机，又称上位机。它功能强、速度快、存储能力强，通过专用的通信接口与高速数据通路相连，采集各种数据信息并管理系
14、统的所有信息,执行生产装置或整个工厂的集中和优化管理,实现控制管理一体化。5：高速数据通路 具有高速通信能力的信息总线，又称数据高速通路。它是过程控制单元和数据采集单元与操作管理单元之间的桥梁。集散系统各单元之间的数据传输经由通信系统构成的网络来完成，该网络需遵循一定的通信方式，一般采用专用通信协议。2.带钢热连轧计算机集散控制系统 在钢铁工业中，热带钢连轧机的计算机控制范围最广、功能最齐全、全线自动化程度最高。一般采用四级分层结构计算机控制系统。第一级为生产管理计算机，主要用于全厂或区域存储处理技术信息、订货计划、材料准备。第二级为生产控制级计算机系统，用于建立数据库，实现生产计划和调节，完
15、成板坯库入口到加热炉入口，从卷取机出口到精整线为止的材料跟踪，知道材料所在地点。第三级为过程控制计算机系统，用于制定最优的生产计划，轧机的最佳设定，完成板坯库到卷取机的材料跟踪，给出基础自动化的设定值。第四级为基础自动化系统，主要完成依据工艺要求编程，根据各种检测信号来启动这些程序，将过程控制的设定值在合适的时候送给执行单元。带钢热连轧生产是目前应用计算机控制最为成熟的一个领域，其控制范围包含了整个生产过程，从加热炉入口，甚至从连铸出口开始到成品库，包括了轧制计划，板坯库管理，数学模型，设备控制和质量控制以及传动（电气及液压传动）数字控制各个层次，是轧钢自动化领域最为庞大，最为复杂的控制系统。以下是带钢热连轧计算机控制功能区的结构简图（1）。三级二级一级设备生产控制级过程控制级初始数据输入
