电气传动、AGC及自动化控制系统

上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司方案介绍邹平电力集团铝业公司1700mm铝箔轧机电气传动、AGC及自动化控制系统上海捷如实业有限公司2003年1月28日上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司方案依据邹平电力集团铝业公司1700mm铝箔轧机电气控制系统技术要求若最终要求有变化，以最终要求为准上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司直流系统-系统组成直流控制器选用西门子公司的6RA70系列全数字直流控制器2台开卷机共用四象限调速器2台卷取机共用四象限调速器主机采用四象限调速器直流控制器采用旋转脉冲编码器作为速度反馈超声波卷径测量仪直流控制器选装PROFIBUS-DP通讯卡，与PLC系统组成总线网络结构在主机的入口与出口侧的偏导辊上装有旋转脉冲编码器作为轧机的线速度反馈，信号进入PLC系统上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司直流系统-系统组成注:PROFIBUS-DP的性能:响应时间:1.5Mbit/s-12Mbit/s从站数量:20-30MAX125典型消息长度:120字节MAX240字节网络长度:9.6km-90kmSIEMENS6RA70是全数字直流调速器,在恒功率时有较大的调速范围,有较高的启动转距,并在转距较低时也能提供全部转距。具有电源故障、接口故障、驱动故障、启动故障、内部故障、通讯故障等监控和保护措施。并能方便的与上微机通讯，可以与AGC系统实现速度控制和转矩控制。上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司直流系统-控制原理1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:21-Mar-2003SheetofFile:C:\ProgramFiles\DesignExplorer99\系统组成3.DDBDrawnBy:MPID调节器DTDTSTPID调节器PID调节器手动给定PC给定励磁给定系统组成-上海捷如实业有限公司主传动控制框图本铝箔轧机是不可逆轧机，但考虑到事故时再生制动和反冲动，调速器选用四项限产品。机架传动系统是典型的闭环速度控制系统，穿带速度0.3m/s,升速轧制时按照给定积分器预先给定的加速斜率进行加速。速度给定是线性渐增函数,在整个升速过程中速度调节器、电流调节器均起调节作用。在高速轧制时，电动机超过额定转速，须进行弱磁升速。当电枢反电势达到90％时，励磁给定向负值增加，直到电动机转速达到给定转速为止。配合AGC进行厚度自动控制、断带保护。上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司直流系统-控制原理卷取机、开卷机采用最大力矩调节系统，轧制过程中带材张力恒定。在基速以下运行时，电动机额定励磁，电流和卷径成正比变化。基速以上运行采用恒电流、恒电势调节系统保持张力恒定。主要由电流调节器、励磁调节器组成。卷筒传动机械量与电气量关系式：P=EI/1000=TV/102T=KФ/DI基速以上：D/Ф=常数I=常数基速以下：Ф=ФеI=K1D电枢控制采用转速、电流、电压三环控制方式，电压环可克服小张力电流断续的影响。张力控制、速度控制可转换，冲动、穿带时为速度控制，建张后为电流控制，断带时自动转为速度控制。电枢回路总电流：I∑=IT+IG+IO式中IG动态电流、IO空载电流必须进行补偿，才能保证张力电流按给定变化。单电机综合力距设定值M∑1＝MT+〔K1’/D+b（K2D³-K3/D）〕dv/dt+MO双电机综合力距设定值M∑2＝1/2｛MT+〔K1”/D+b（K2D³-K3/D）〕dv/dt+MO｝上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司直流系统-控制原理–调速器的工作范围电动机最高转速：NMAX=最高转速时磁通:ФMIN=ФN关于张力电流;励磁;转速;卷径之间关系的计算:轧制开始:N=Ф=ФN轧制结束:N=Ф=张力电流:I=M/MEФN/ФIN弱磁分界点卷径:D=60iVMAX∏D0NNNMAX60iV∏DMAX60iV∏DФNN/NN60iV∏NN上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司直流系统-控制原理-关于直径计算开卷机零脉冲测量辊计长编码器零脉冲位置操作台PLC从站主控PLC开卷机直流控制器Profibus-DP通讯总线说明PLC从站通过测量开卷机两次零脉冲之间的测量辊计长脉冲数结合开卷机减速比和测量辊脉冲当量,可计算出电机每转一周走过的板长从而计算出实际直径将实际卷径传送至PLC主站由主站根据卷径张力设定值控制开卷机的电流给定和速度给定实现开卷机恒张力卷绕控制上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司基础自动化(PLC)系统PLC主站选用西门子S7-400主操作台设置远程单元ET200作为从站PLC之间及与传动控制器之间采用Profibus-DP总线通讯结构主操作台配备TP270触摸屏在主控制室配备工程师站PC机上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司基础自动化(PLC)系统PLC系统实现主机的速度控制AGC系统运算控制开卷机/卷取机卷材直径计算开卷机/卷取机张力控制张力的各种动态/静态补偿张力的锥度控制补偿开关量逻辑控制上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司基础自动化(PLC)系统开卷机与卷取机的旋转脉冲编码器中的“零”脉冲信号进入PLC系统利用线速度反馈脉冲信号，结合开卷机与卷取机的“零”脉冲信号，在PLC内部计算卷材直径PLC通过Profibus-DP网络控制轧机的速度与开卷机和卷取机的张力上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司基础自动化(PLC)系统为了提高系统的响应时间和增强可靠性、稳定性，PLC系统主站拟采用SIEMENS公司最新产品SIMATICS7-400控制，CPU采用CPU414-2型号，它适用于高性能应用范围中较高要求的场合，可满足对程序规模和指令处理速度的更高要求，它具有Profibus-DP接口,可以作为主站直接连接到Profibus-DP现场总线，有较强网络支持功能，能够用来建立一个高速分布式系统。CPU414-2的部分技术数据:CPU执行一条二进制指令时间：0.1us定位加法:0.1us浮点加法:0.6us存储器:256KBRAMS7计数器:256传输速率:12Mbit/sDP从站数量:96编程语言:STEP7数字量I/O:65536数字量I/O:4096上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司系统组成1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:20-Mar-2003SheetofFile:C:\ProgramFiles\DesignExplorer99\系统组成3.DDBDrawnBy:MMSIEMENS6RA70PROFIBUS-DPMMSIEMENS6RA70MSIEMENS6RA70板型仪过程管理器MXOPENMCSPROCESSMANAGER测厚仪C-FRAMEINTERFACEBOXDYNAVIEWFORSHAPE板型动态视频DYNAVIEWOPERATORSSTATIONSIEMENSTP270工程师操作站测厚仪显示器DYNAVIEWSIEMENSSIMATICS7-400开卷机卷取机主机操作员终端ET200MET200MET200M系统组成-上海捷如实业有限公司PROFIBUS-FMS超声波卷径测量仪超声波卷径测量仪上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司基础自动化(PLC)系统操作屏/触摸屏参数设置/显示画面示例+0+200+400+600+800+1000+1200+1400+1600+1800+20000上辊线速度毫米/分钟+0+200+400+600+800+1000+1200+1400+1600+1800+20000下辊线速度毫米/分钟返回主画面+0+20+40+60+80+100+120+140+1500上辊电流A+0+20+40+60+80+100+120+140+1500下辊电流A+0+200+400+600+800+1000+1200+1400+1600+1800+20000带材速度毫米/分钟+0+5+10+15+20+250.00卷取张力吨+0+200+400+600+800+1000+1200+1400+1600+1800+20000实际卷径毫米电机运行参数上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司基础自动化(PLC)系统操作屏/触摸屏参数设置/显示画面示例WW2W1OffManualAutomaticExternSingleControllerBurnergroupControllerControllerX1X2XXW+0.0+0.0+0.0WX2YXH+0XL+0WHWL+0LimitsModeReleaseOffOnSetpointrampControllerBurnergroupXD+0+00+1250+1000+750+500+250+0X1+0.0YHYL+0+0XWH+0+0Range0-1200°CGraphXWLinternexternYesNoOverviewSetpointActualvalueDeviationPosition+0.0ClClClCondit.OpenCl+0.0+0.0+0.0上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司厚度自动控制系统(AGC)厚度自动控制系统是通过液压及电气系统在线连续调节来实现厚度自动控制，主要包括位置控制、压力控制、张力控制、速度控制及多级控制。其中位置控制可调节范围最大，适用带材厚度范围较大，是本系统中箔材厚度0.1mm以上主要控制方式。压力控制主要用于其他控制方式的弹跳补偿、负载控制，在铝箔中精轧机中可满足恒定小压力的特殊轧制工艺。张力控制一般用于出口厚度在0.15mm以下，速度控制可调节范围最小，比较适用于箔材后几道次的轧制。为使轧机厚度控制最优化，采取了多级控制方式，如速度、张力控制组合；张力、压力控制组合及两种控制方式自动转换等。（1）位置控制是将给定出口厚度信号经计算机计算转化为液压缸位置基准信号与位置传感器的反馈信号相比较，利用轧机的弹跳方程计算出厚度偏差，信号被放大后送至电液伺服阀，改变油缸的实际位置，实现辊缝调节。（2）压力控制是为了保证给定轧制负载与实际的轧制负载一致。上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司厚度自动控制系统(AGC)（3）AGC系统AGC是厚度误差反馈模式，是将测厚仪测得的出口厚度偏差信号分别送至位置、张力、速度、控制系统，通过在线调节油缸位置、轧制速度、带材张力来消除厚度的偏差，使△h趋向于零。（4）根据用户的不同需求，该系统还可实现轧制最优化。用最优化的轧制方式满足产品生产的特殊要求。（5）其它功能：断带保护：在断带时可使弯辊自动平衡，轧辊自动抬起，机列自动紧急停车。主要技术参数显示轧机调零可实现速度优化控制，使轧机达到最高可行速度，而出口厚度仍保持在目标值。（6）本铝箔轧机AGC系统特点系统动态响应3HZ系统参数可在触摸屏上设定、显示、数字化、图形化。各种厚度自动控制方式平稳切换。与PC快速通讯。刚度补偿上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司厚度自动控制系统(AGC)厚度测量仪伺服阀放大器板型棍位置传感器压力传感器冷却液控制阀板行过程管理器速度;张力控制压力控制放大器位置控制器压力控制器积分器压力基准值位置基准值上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司厚度自动控制系统(AGC)αβPzPoSoPz-PoKhΔhH板厚H轧机刚度与板厚控制轧机的弹跳方程:h=So+(Pz+Po)/K式中:h-轧件轧后厚度So-设定人工零位时的空载缝Po-人工零位时的预压力Pz-轧制压力K-机座刚性系数上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司厚度自动控制系统(AGC)tg=M—塑性系数tg=K—机座钢性系数，即线性段的斜率轧机钢度与板厚控制的关系