电气传动、AGC及自动化控制系统课件.ppt

1、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邹平电力集团铝业公司1700mm铝箔轧机铝箔轧机电气传动、电气传动、AGC及自动化控制系统及自动化控制系统 上海捷如实业有限公司上海捷如实业有限公司2003年年1月月28日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ll若最终要求有变化，以最终要求为准若最终要求有变化，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直流系统-系统组成系统组成l 直流控制器选用西门子公司的直流控制器选用西门子公司的6RA70系列全数字直流控制系列全数字直流控制器器l 2台开卷机共用四象限调速器台开卷机

2、共用四象限调速器l 2台卷取机共用四象限调速器台卷取机共用四象限调速器l 主机采用四象限调速器主机采用四象限调速器l 直流控制器采用旋转脉冲编码器作为速度反馈直流控制器采用旋转脉冲编码器作为速度反馈l 超声波卷径测量仪超声波卷径测量仪l 直流控制器选装直流控制器选装PROFIBUS-DP通讯卡，与通讯卡，与PLC系统组成系统组成总线网络结构总线网络结构l 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，信号进入为轧机的线速度反馈，信号进入PLC系统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直流系统-系统组

3、成系统组成注:PROFIBUS-DP的性能的性能:响应时间响应时间:1.5Mbit/s-12Mbit/s 从站数量从站数量:20-30 MAX125 典型消息长度典型消息长度:120字节字节 MAX240字节字节 网络长度网络长度:9.6km-90km SIEMENS 6RA70 是全数字直流调速器是全数字直流调速器,在恒功率时有较在恒功率时有较大的调速范围大的调速范围,有较高的启动转距有较高的启动转距,并在转距较低时也能提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。并能方便故

4、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，可以与的与上微机通讯，可以与AGC系统实现速度控制和转矩系统实现速度控制和转矩控制。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直流系统-控制原理控制原理1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:21-Mar-2003Sheet of File:C:Program FilesDesign Explorer 99系统组成3.DDBDrawn By: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l

5、 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。l 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。l 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直流系统-控制原理控制原理l 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

6、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。l 卷筒传动机械量与电气量关系式：P=E I/1000=T V/102 T=K /D I 基速以上：D/=常数 I=常数 基速以下：=I=K1D l 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。l 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M1MT+K1/

7、D+b（K2D-K3/D）dv/dt+MO双电机综合力距设定值M21/2MT+K1”/D+b（K2D-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直流系统-控制原理控制原理 调速器的工作范围调速器的工作范围l 电动机最高转速：NMAX=最高转速时磁通:MIN=Nl 关于张力电流;励磁;转速;卷径之间关系的计算:轧制开始:N=N 轧制结束:N=张力电流:I=M/ME N/IN 弱磁分界点卷径:D=60iVMAX D0 NN NMAX 60iV DMAX 60iV D N N/NN 60iV 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直流系统

8、-控制原理控制原理-关于直径计算关于直径计算开开卷卷机机零零脉脉冲冲测测量量辊辊计计长长编编码码器器零零脉脉冲冲位位置置操操作作台台P PL LC C从从站站主主控控P PL LC C开开卷卷机机直直流流控控制制器器P Pr ro of fi ib bu us s-D DP P通通讯讯总总线线 说说明明P PL LC C从从站站通通过过测测量量开开卷卷机机两两次次零零脉脉 冲冲之之间间的的测测量量辊辊计计长长脉脉冲冲数数 结结 合合开开卷卷机机减减速速比比和和测测量量辊辊脉脉冲冲当当 量量,可可计计算算出出电电机机每每转转一一周周走走过过 的的板板长长 从从而而计计算算出出实实际际直直径径 将

9、将实实际际卷卷径径传传送送至至P PL LC C主主站站由由主主 站站根根据据卷卷径径 张张力力设设定定值值控控制制开开 卷卷机机的的电电流流给给定定和和速速度度给给定定实实现现 开开卷卷机机恒恒张张力力卷卷绕绕控控制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l PLC主站选用西门子主站选用西门子S7-400l 主操作台设置远程单元主操作台设置远程单元ET200作为从站作为从站l PLC之间及与传动控制器之间采用之间及与传动控制器之间采用Profibus-DP总线通讯结构总线通讯结构l 主操作台配备主操作台配备TP270触摸屏触摸屏l 在主控制室配备工程师站在主

10、控制室配备工程师站PC机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l PLC系统实现系统实现主机的速度控制主机的速度控制AGC系统运算控制系统运算控制开卷机开卷机/卷取机卷材直径计算卷取机卷材直径计算开卷机开卷机/卷取机张力控制卷取机张力控制张力的各种动态张力的各种动态/静态补偿静态补偿张力的锥度控制补偿张力的锥度控制补偿开关量逻辑控制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基础自动化(PLC)系统系统l开卷机与卷取机的旋转脉冲编码器中开卷机与卷取机的旋转脉冲编码器中的的“零零”脉冲信号进入脉冲信号进入PLC系统系统l利用线速度反

11、馈脉冲信号，结合开卷利用线速度反馈脉冲信号，结合开卷机与卷取机的机与卷取机的“零零”脉冲信号，在脉冲信号，在PLC内部计算卷材直径内部计算卷材直径lPLC通过通过Profibus-DP网络控制轧机网络控制轧机的速度与开卷机和卷取机的张力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基础自动化(PLC)系统系统l 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 SIMATIC S7-400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

12、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:256KB RAM S7计数器:256 传输速率:12Mbit/s DP从站数量:96 编程语言:STEP 7 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系统组成1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:20-Mar-20

13、03Sheet of File:C:Program FilesDesign Explorer 99系统组成3.DDBDrawn By:MMSIEMENS6RA70PROFIBUS-DPMMSIEMENS6RA70MSIEMENS6RA70板型仪过程管理器MXOPEN MCSPROCESSMANAGER测厚仪C-FRAME INTERFACE BOXDYNAVIEWFOR SHAPE板型动态视频DYNAVIEWOPERATORS STATIONSIEMENS TP270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ET200MET200

14、MET200M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)系统操作屏操作屏/触摸屏参数设置触摸屏参数设置/显示画面示例显示画面示例 +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+10

15、0+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)系统操作屏操作屏/触摸屏参数设置触摸屏参数设置/显示画面示例显示画面示例 WW2W1OffManualAutomaticExtern Single Controller BurnergroupCon

16、trollerControllerX1X2XXW+0.0+0.0+0.0WX2YXH+0XL+0WHWL+0LimitsModeReleaseOffOnSetpoint rampController BurnergroupXD+0+00+1250+1000+750+500+250+0X1+0.0YHYL+0+0XWH+0+0Range 0-1200 CGraphXWLinternexternYesNoOverviewSetpointActual valueDeviationPosition+0.0ClClClCondit.OpenCl+0.0+0.0+0.0上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如

17、实业有限公司厚度自动控制系统厚度自动控制系统(AGC)l 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。l（1）位置控

18、制l 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。l（2）压力控制l 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厚度自动控制系统(AGC)l（3）AGC系统l 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。l（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

19、式满足产品生产的特殊要求。l（5）其它功能：l 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。l 主要技术参数显示l 轧机调零 l 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。l（6）本铝箔轧机AGC系统特点l 系统动态响应 3HZl 系统参数可在触摸屏上设定、显示、数字化、图形化。l 各种厚度自动控制方式平稳切换。l 与PC快速通讯。l 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

20、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厚度自动控制系统(AGC)PzPoSoPz-PoKhhH板厚Hl 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厚度自动控制系统(AGC)l tg=M塑性系数l tg=K机座钢性系数，即线性段的斜率l 轧机钢度与板厚控制的关系l h=Kssl h轧件厚度偏差信号l s压下调整值l KS压下效率l 轧机

21、的可控刚度l KC=K/（1-C），K轧机的自然刚性系数，C调节系数l 1）恒辊缝控制C=1，Kc=（最硬），带材厚度h恒定l 2）自然刚度控制C=0，Kc=K，压力不调，原始辊缝So恒定l 3）恒压控制C=-时，Kc=0（最软），轧制力实现恒定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厚度自动控制系统(AGC)l 高精密高精密X射线传感器特性射线传感器特性 l (10KV 双模式双模式)Measurement Range0.005-0.35mm测量范测量范围围0.35-0.65 mmAlloy InsensitivityAlloy Insensitive/合金不敏感合金

22、敏感性合金敏感性0.005-0.33mm Reduced/很少敏感性范围 0.35-0.625mmCalibration accurcy 2 sigma,%reading exclude lab erro 0.1l 精度(实验室偏差出外)Dynamic Accuracy(coil average)%+-0.1-0.2动态动态精度精度(整卷平均值整卷平均值,料头料头/尾及尾及加加/减速除外减速除外)Repeatability(2 Sigma)0.02%16 secs.秒可重复性（可重复性（2西格码）西格码）0.3%50 msecs.毫秒传感器响应时间传感器响应时间2 msecs.毫秒VFC分辨率

23、分辨率1 MHz测量速率测量速率20-50 msecs.毫秒8小时漂移小时漂移better than+-0.1%1小时以上的漂移小时以上的漂移0.3mm的样片在16秒积分采样时间的偏差为+/-0.04%轧制线敏感性轧制线敏感性0.01%-0.05%/cm外部最高外部最高温度温度可到140度上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司交流控制中心交流控制中心-并柜图并柜图1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:9-Mar-2003 Sheet of File:C:Program FilesDesign Explorer 99铝箔轧机规格书电

24、控图.ddbDrawn By:800 800 800 800 800 800 800 800柜体尺寸:宽深高8008002000底角尺寸:680680底角开孔:14并柜图-上海捷如实业有限公司开卷控制柜开卷控制柜主机控制柜主机控制柜卷取控制柜卷取控制柜PLC控制柜上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司供电单线图1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:12-Mar-2003Sheet of File:F:LYDIA霍工供电单线图1.DDBDrawn By:MMMMM102.5/0.63KV1380KVAu=6102.5/0.38KV4

25、00KVAu=6主传动直流机Z4-450-51 800KW 660V开卷直流机Z4-250-31 55KW 440VZ4-250-31 55KW 440V卷取直流机交流电源中心供电单线图上海捷如实业有限公司102.5/0.40KV1000KVAu=6开卷直流机Z4-335-22 250KW 440V卷取直流机Z4-335-22 250KW 440V主机整流变压器开卷/卷取整流变压器动力变压器上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司交流控制中心交流控制中心-交流单线图交流单线图(1)1234ABCD4321DCBAT itleN um berR evisionSizeA 4D ate:9

26、-M ar-2003 Sheet of File:C:Program FilesD esign E xplorer 99M yD esign.ddbD raw n B y:M一 般 系 统 一 号 泵 电 机M一 般 系 统 二 号 泵 电 机M压 上 一 号 泵 电 机M压 上 二 号 泵 电 机M弯 辊 一 号 泵 电 机M弯 辊 二 号 泵 电 机M稀 油 一 号 泵 电 机M稀 油 二 号 泵 电 机动 力 电 源 AC380V30KW30KW7.5KW7.5KW4KW4KW4KW4KW交流系统单线图一上海捷如实业有限公司上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司交流控制中心交流

27、控制中心-交流单线图交流单线图(2)1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:9-Mar-2003 Sheet of File:C:Program FilesDesign Explorer 99MyDesign.ddbDrawn By:M上清辊器电机M下请辊器电机M换辊一号电机M换辊二号电机M侧移电机M冷却一号泵电机0.75KW0.75KW0.75KW0.75KW1.5KW30KW交流系统单线图二上海捷如实业有限公司M冷却二号泵电机M过滤一号泵电机30KW30KW接一上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司交流控制中心交流控制中心-交流

28、单线图交流单线图(3)1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:9-Mar-2003 Sheet of File:C:Program FilesDesign Explorer 99MyDesign.ddbDrawn By:M过滤二号泵电机M排污泵电机M油雾回收一号电机M油雾回收二号电机M送风电机30KW2.5KW1,5KW7.5KW1.5KW交流系统单线图三上海捷如实业有限公司工艺油污油箱加热器80KW工艺油泵站加热器80KW弯辊泵站加热器6KW接二上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司交流控制中心交流控制中心-交流单线图交流单线图(

29、4)1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:23-Mar-2003Sheet of File:C:Program FilesDesign Explorer 99邹平铝箔轧机电气控制方案交流系统单线图4.DDBDrawn By:PLC电源10ADC24V电源DC24V电源交流系统单线图四上海捷如实业有限公司一号油雾装置电源2.7KW二号油雾装置电源2.7KW过滤器电源80KW20A40A测厚电源10A灭火电源10A380/220 6KVA380/220 5KVA380/220 3KVA空气干燥加热器6KW接三380/220 6KVA上海市徐汇区

30、龙华路2535号上海捷如实业有限公司交流控制中心交流控制中心-交流单线图交流单线图(5)1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:9-Mar-2003 Sheet of File:C:Program FilesDesign Explorer 99MyDesign.ddbDrawn By:甘油站电源80KW烟雾回收电源55KW备用电源30KW15KW7.5KW备用电源备用电源接四交流系统单线图五上海捷如实业有限公司板型仪电源100KW上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司主电室平面布置1234ABCD4321DCBATitleNumbe

31、rRevisionSizeA4Date:9-Mar-2003 Sheet of File:C:Program FilesDesign Explorer 99MyDesign.ddbDrawn By:8008008008008008008001600800800800800800800800主电室平面布置图上海捷如实业有限公司8008008008001600上海市徐汇区龙华路2535号上海捷如实业有限公司现场设备布置1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:8-Mar-2003 Sheet of File:C:Program FilesDesign Explorer 99铝箔轧机规格书电控图.ddbDrawn By:CO 2灭火控制柜工艺润滑控制柜开卷控制柜开卷控制柜主机电源柜卷取控制柜卷取控制柜过程管理器交流控制柜交流控制柜主机控控柜测厚仪操作员站工程师站入口操作箱出口操作箱液压压上控制站工艺油操作箱换辊操作箱主操作台上海捷如实业有限公司交流控制柜板型仪PLC控制柜