1 引言
福建省三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司前身為福建省三明鋼鐵廠。三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司煉鋼廠熱送輥道系統(tǒng)的改造，是在原生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為了增加熱送效率而進(jìn)行的改造項(xiàng)目。在電氣設(shè)備方面，將部分輥道的驅(qū)動(dòng)方式由工頻驅(qū)動(dòng)改為變頻驅(qū)動(dòng),并增加部分檢測(cè)元器件,以實(shí)現(xiàn)全線自動(dòng)化運(yùn)行。
自動(dòng)化系統(tǒng)控制在原PLC的基礎(chǔ)上，增加了部分ET-200M遠(yuǎn)程I/O站，電氣商在原控制程序的基礎(chǔ)上，編寫(xiě)新的控制程序以控制新添設(shè)備并與原程序良好連接，同時(shí)添加相應(yīng)的操作畫(huà)面以便操作員的操作。

2 熱送工藝流程
2.1 工藝流程
正常生產(chǎn)工藝狀態(tài)如圖1所示。鋼坯從煉鋼1#方坯連鑄機(jī)送出,在并鋼機(jī)長(zhǎng)輥處,由并鋼機(jī)將1、2、3流的鋼坯并入第三流位置，將4、5、6流的鋼坯并入第四流位置，即將6流鋼坯按位置集中為2流，雙列鋼坯繼續(xù)前行，經(jīng)1#轉(zhuǎn)盤(pán)前輥道，進(jìn)入1#轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)行定位，1#轉(zhuǎn)盤(pán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°(下次轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)為逆時(shí)針轉(zhuǎn)90°)，將雙列鋼坯導(dǎo)入1＃轉(zhuǎn)盤(pán)后短輥。雙列鋼坯繼續(xù)前行，1流2流鋼坯在下降機(jī)區(qū)域分別定位，定位完畢后，1#撥鋼機(jī)將1流的鋼坯撥至1＃下降機(jī)，將1流的鋼坯運(yùn)至新的1流鋼坯輸送線。2#撥鋼機(jī)將2流的鋼坯撥至2#下降機(jī)，將2流的鋼坯運(yùn)至新的2流鋼坯輸送線。雙列鋼坯繼續(xù)前行，進(jìn)入600米長(zhǎng)輥道。雙列鋼坯繼續(xù)前行，進(jìn)入3#轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)行定位。定位完畢后，3#轉(zhuǎn)盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)75°，然后3＃轉(zhuǎn)盤(pán)上的輥道轉(zhuǎn)動(dòng)，將鋼坯送入3#轉(zhuǎn)盤(pán)后輥道。在鋼坯完全脫離轉(zhuǎn)盤(pán)后，3#轉(zhuǎn)盤(pán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)75°，準(zhǔn)備下一次接鋼。

圖 1 熱送生產(chǎn)工藝流程

2.2 鋼坯900角控制原理
1#轉(zhuǎn)盤(pán)的作用將鋼坯的前進(jìn)途徑進(jìn)行90°的轉(zhuǎn)向，有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式。下面介紹自動(dòng)控制模式。
1#轉(zhuǎn)盤(pán)的構(gòu)成部分為：整個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)部分，它可以使整個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)行順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其有4臺(tái)電機(jī)，電機(jī)由變頻柜驅(qū)動(dòng)；A1B1輥道部分，A2B2輥道部分和C1D1輥道部分，C2D2輥道部分。這四組輥道負(fù)責(zé)從1#轉(zhuǎn)盤(pán)前輥道上接進(jìn)鋼坯、鋼坯在轉(zhuǎn)盤(pán)上運(yùn)送、將鋼坯送至1＃轉(zhuǎn)盤(pán)后輥道。它們也由變頻柜驅(qū)動(dòng)。（可參見(jiàn)圖2）
1#轉(zhuǎn)盤(pán)的控制：在主操縱臺(tái)“AUTO／MAN”選擇開(kāi)關(guān)位于“AUTO”時(shí)，在變頻柜允許動(dòng)作的前提下（如主空開(kāi)已經(jīng)合上、變頻柜無(wú)故障等）。
此時(shí)轉(zhuǎn)盤(pán)處于原始位置（如圖2的①），擋板1處于落下位置。當(dāng)1#擋板處檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到鋼坯的頭部進(jìn)入1#轉(zhuǎn)盤(pán)，根據(jù)“先高速、后低速”的原則，A1B1、A2B2輥道變頻柜接受PLC的指令對(duì)A1B1、A2B2輥道進(jìn)行驅(qū)動(dòng)（方向?yàn)锳B），當(dāng)處于輥道尾部檢測(cè)碰球檢測(cè)到鋼坯的頭部時(shí)，PLC對(duì)相應(yīng)的AB輥道變頻柜發(fā)出“停止”指令，AB輥道停止運(yùn)行。

圖 2 鋼坯90°拐角工藝原理

此刻，如果在1#擋板處檢測(cè)點(diǎn)依然檢測(cè)到有鋼坯存在，則PLC發(fā)出“鋼坯超長(zhǎng)”報(bào)警。
若1#擋板處檢測(cè)點(diǎn)沒(méi)有檢測(cè)到鋼坯存在，則擋板1升起，延時(shí)一定時(shí)間后，PLC向轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)變頻柜發(fā)出“正轉(zhuǎn)”指令，轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)變頻柜驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)正轉(zhuǎn)減速檢測(cè)點(diǎn)被轉(zhuǎn)動(dòng)位置檢測(cè)片擋上時(shí)，PLC對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)變頻柜發(fā)出“慢速正轉(zhuǎn)”指令，轉(zhuǎn)盤(pán)低速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)正轉(zhuǎn)停止檢測(cè)點(diǎn)被轉(zhuǎn)動(dòng)位置檢測(cè)片擋上時(shí)，PLC對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)變頻柜發(fā)出“停止”指令，轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)停止。此時(shí)轉(zhuǎn)盤(pán)的位置如圖2的②。
如果檢測(cè)元器件檢測(cè)到1#轉(zhuǎn)盤(pán)后輥道上無(wú)鋼，A1B1、A2B2輥道以正向速度（即AB向）將鋼坯送出1#轉(zhuǎn)盤(pán)，進(jìn)入1#轉(zhuǎn)盤(pán)后輥道。當(dāng)處于輥道尾部檢測(cè)碰球檢測(cè)到鋼坯的尾部消失時(shí)，PLC向A1B1、A2B2輥道變頻器發(fā)出“停止”指令，輥道停止運(yùn)行。同時(shí)，PLC向擋板1的閥臺(tái)發(fā)出“下降”指令，擋板1落下。
此時(shí)，輥道C1D1、C2D2將擔(dān)負(fù)起下兩塊鋼坯的運(yùn)送工作，描述如下：
此時(shí)轉(zhuǎn)盤(pán)處于圖2的②的位置，擋板1處于落下位置。當(dāng)1＃擋板處檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到鋼坯的頭部進(jìn)入1#轉(zhuǎn)盤(pán)，根據(jù)“先高速、后低速”的原則，C1D1、C2D2輥道變頻柜接受PLC的指令對(duì)C1D1、C2D2輥道進(jìn)行驅(qū)動(dòng)（方向?yàn)镈C），當(dāng)輥道尾部檢測(cè)碰球檢測(cè)到鋼坯的頭部時(shí)，PLC對(duì)C1D1、C2D2輥道變頻柜發(fā)出“停止”指令，C1D1、C2D2輥道停止運(yùn)行。此刻，如果在1#擋板處檢測(cè)點(diǎn)依然檢測(cè)到有鋼坯存在，則PLC發(fā)出“鋼坯超長(zhǎng)”報(bào)警。
若1#擋板處檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到無(wú)鋼坯存在，則擋板1升起，延時(shí)一定時(shí)間后，PLC向轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)變頻柜發(fā)出“反轉(zhuǎn)”指令，轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)變頻柜驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)反轉(zhuǎn)減速檢測(cè)點(diǎn)被轉(zhuǎn)動(dòng)位置檢測(cè)片擋上時(shí)，PLC對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)變頻柜發(fā)出“慢速反轉(zhuǎn)”指令，轉(zhuǎn)盤(pán)慢速反轉(zhuǎn)。當(dāng)反轉(zhuǎn)停止檢測(cè)點(diǎn)被轉(zhuǎn)動(dòng)位置檢測(cè)片擋上時(shí)，PLC對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)變頻柜發(fā)出“停止”指令，轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)停止此時(shí)轉(zhuǎn)盤(pán)的位置如圖2的①。
如果檢測(cè)元器件檢測(cè)到1#轉(zhuǎn)盤(pán)后輥道上無(wú)鋼，則C1D1、C2D2輥道以正向速度（即CD向）將鋼坯送出1#轉(zhuǎn)盤(pán)，進(jìn)入1#轉(zhuǎn)盤(pán)后輥道。處于輥道頭部檢測(cè)碰球檢測(cè)到鋼坯的尾部消失時(shí)，PLC向C1D1、C2D2輥道變頻器發(fā)出“停止”指令，輥道停止運(yùn)行。同時(shí)，PLC向擋板1的閥臺(tái)發(fā)出“下降”指令，擋板1落下。
如此周而復(fù)始。

3 變頻器控制方案
對(duì)于多電機(jī)控制的一拖多控制系統(tǒng)，ABB公司推出的ABB MULTIDRIVE和XIEMENS公司的6SE70系列變頻器非常適合輥道類(lèi)負(fù)載的控制，在本系統(tǒng)中我們采用了ABB公司的ACS800 MultiDrive系列變頻器。
ACS800 MultiDrive采用公共直流母線供電方式，即若干逆變器單元連接到由單獨(dú)供電單元提供的直流母線上，主要由供電部分、傳動(dòng)部分(Drive Section)、控制部分(Control Section)構(gòu)成。
供電部分從功能上被分成三個(gè)單元：輔助控制單元(ACU)、進(jìn)線單元(ICU)和可控硅供電單元(TSU)。
可控硅供電單元包含兩個(gè)六脈波晶閘管橋，正橋?qū)⑷嘟涣麟妷恨D(zhuǎn)換成直流電壓，通過(guò)中間回路將能量提供給逆變器；反橋是將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，也就是將電機(jī)的制動(dòng)能量回饋電網(wǎng)。正/反橋不能同時(shí)工作，只能一組橋運(yùn)行，另一組橋處于封鎖狀態(tài)。可控硅觸發(fā)角總是在不停的調(diào)節(jié)去保持中間回路電壓在設(shè)計(jì)值，正/反橋的選擇和中間回路電壓的控制是基于供電電流、供電電壓和中間回路電壓的監(jiān)測(cè)。觸發(fā)角的控制是基于DC電壓和電流，控制程序是在60O的移相范圍內(nèi)運(yùn)行。可控硅的換相余量是不固定的，在以連續(xù)電流回饋時(shí)的觸發(fā)角取決于線路的電感和DC電流。一次回路圖如圖3所示。

圖 3 一次回路電原理圖

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 硬件系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)
本套系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-300 PLC，通過(guò)以太網(wǎng)連接上位WINCC，通過(guò)PROFIBUS 通訊和變頻器連接，系統(tǒng)圖如圖4所示。

圖 4 系統(tǒng)圖

MCC把READY、RUN、FAULT等信號(hào)發(fā)送到PLC，同時(shí)操作臺(tái)的各種操作信號(hào)也傳遞到DI模塊，經(jīng)PLC程序進(jìn)行內(nèi)部邏輯運(yùn)算后，把各種現(xiàn)場(chǎng)顯示信號(hào)如指示燈等，送到WINCC界面和現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備指示。WINCC界面可以設(shè)置變頻器的速度信號(hào)，顯示變頻器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，如頻率、電流等；可以起停任意一臺(tái)設(shè)備，并監(jiān)視每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行情況。
在主操作臺(tái)上設(shè)有急停按鈕，無(wú)論何時(shí)拍下此按鈕可以將所有電機(jī)進(jìn)行急停。

4.2 PLC—變頻器通訊設(shè)計(jì)
（1）PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制器的設(shè)置。ABB變頻器和西門(mén)子PLC之間可以通過(guò)PROFIBUS實(shí)現(xiàn)控制：
● 安裝ABB變頻器GSD文件 ABB_0812.GSD；
● 在系統(tǒng)PROFIBUS-DP硬件配置中添加從站ABB Drives RPBA-01，站號(hào)為2（或其它站號(hào)）,插入PPO Type Module為4；
● 在2號(hào)從站的參數(shù)設(shè)置中，將Operation Mode改為Vendor Specific（即ABB傳動(dòng)協(xié)議）；
● 其它為默認(rèn)配置；
● 將配置下載到主站中。
（2）ACS800變頻器的參數(shù)簡(jiǎn)單設(shè)置：
● 將ACS800變頻器Profibus適配器模塊RPBA-01安裝到變頻器上；
● 按照RPBA-01適配器模塊的用戶手冊(cè)調(diào)整硬件（如站號(hào)，終端電阻等）;
● 將參數(shù)98.02改為FIELDBUS；確定參數(shù)98.07（COMM PROFILE）為ABB DRIVES ;
● 將參數(shù)51.04（PPO type）改為PPO4；
● 將參數(shù)51.05（PZD3 OUT）改為3。

5 結(jié)束語(yǔ)
PLC和變頻器組成一個(gè)較智能化的控制系統(tǒng)，在熱送輥道的應(yīng)用是十分成功的，它可以把各種啟動(dòng)、運(yùn)行、故障信號(hào)組合，送入PLC進(jìn)行邏輯處理，再發(fā)出控制信號(hào)控制變頻器的運(yùn)行，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠，自本套系統(tǒng)投入生產(chǎn)以來(lái)，很好的提高了生產(chǎn)效率，減少了故障發(fā)生率。