论文部分内容阅读
【摘 要】对鞍钢新轧-蒂森克虏伯2#镀锌线工程低压电气设备的供配电、电气传动及基础自动化的设计进行分析阐述。
【关键词】镀锌线；供配电；电气传动；基础自动化；设计
1.引言
鞍钢新轧-蒂森克虏伯1#热镀锌生产线的运行情况良好，产品市场前景乐观，为进一步提高企业的综合竞争实力，鞍钢新轧-蒂森克虏伯公司决定投资建设2#热镀锌生产线。本文主要对其低压电气设备的供配电、电气传动及基础自动化的设计进行分析阐述。
2.工艺传动设备
2#热镀锌生产线加工的是汽车镀锌板，热镀锌机组工艺流程是上卷、开卷、切头、焊接、挖边、清洗、退火、镀锌、冷却、光整、拉矫、钝化/耐指纹处理、切边、检查、喷墨打印、涂油、剪切、取样、卷取、卸卷、称重、打捆等。总装机容量19890kW，最大容量的电动机为张力矫直机的张紧辊，容量为430kW。
3.供配电系统
计算负荷：P30=10380kW Q30=5620kvar S30=11800kVA COSΦ=0.88
热镀锌生产线用电设备除锌锅、炉子冷却水等为一类负荷外其它均属于二类负荷。本方案确定按二类负荷供电，事故时由保安电源供电，系统自动切换为一类负荷供电。
热镀锌电气传动设备确定电压等级如下:变压器一次电压 lOkVAC,低压配电网络电压380/22OVAC,安全电压36VAC,照明网络电压380/22OVAC,10kV高压系统操作电压22OVDC,控制系统操作电压22OVAC、24VDC。
低压供配电系统采用电源中心（PC）—马达控制中心（MCC）系统。低压配电系统的结线:公共整流装置-逆变器系统，采用变压器二次经受电开关直接馈至自耦变压器一次侧的接线方式。保安电源系统采用单母线接线方式馈电。MCC系统的低压供电系统采用单母接线方式馈电，炉子等重要负荷事故时由保安电源馈电。吊车供电系统、照明供电系统各设单独变压器组。吊车低压配电为单母线分段接线，故障时两母线经母联柜可以进行联络。
热镀锌生产线选用十四台节能型铜芯干式变压器，10kV高压侧设置负荷开关。变频装置供电变压器最大容量为2500kVA，MCC及其它负荷供电变压器最大容量为2500kVA，保安电源变压器容量为2500kVA。低压配电柜采用抽出式开关柜，MCC采用插拨式柜。低压配电系统的受电柜设速断、短延时过电流、长延时过电流保护；馈电柜设速断、过电流保护。
4.电气传动
镀锌机组是一条连续生产线，生产线由人口段、化学清洗段、连续退火炉段、镀锌段和后处理段以及出口段组成。机组的任何一个设备出现故障均影响全机组的生产，因此要求电气传动装置应具有高可靠性。机组的各段速度和张力要相互匹配，并根据工艺要求进行调节，加热炉设有活套控制，带钢跑偏控制和焊缝检测控制等。镀锌机组的电气传动设计应满足生产工艺要求，做到技术先进、经济合理、可靠性高、维护方便。
镀锌线用的电动机容量较小，一般从几个千瓦到几十个千瓦，最大容量的电动机为张力矫直机的张紧辊，容量为430kW。这些电动机分为调速和不调速电动机，全部采用交流电动机。
对于有交流调速要求的交流传动，采用带自耦变压器的公共整流—逆变单元供电，即直流公共母线供电。变频调速装置采用全数字、高性能变频器，采用IGBT元件，全数字的VVVF及矢量控制系统。公共直流母线方式传动系统由一套整流装置和多台逆变装置组成，公共母线带有制动电阻保护。
5.基础自动化
自动控制系统分为三级:零级为传动控制级，由传动装置、MCC、阀门、极限、控制台等组成，完成各现场设备的协调控制；一级为基础自动化控制级，采用高性能的控制器完成整条生产线的速度、张力及顺序控制等；二级为生产过程管理级，由PC以及相应的服务器组成，为一级系统下发生产计划数据，数学模型计算及向三级系统提
供生产管理数据。控制系统中予留了三级管理计算机的接口。
基础自动化(一级)系统的通信网络分三部分:
1）网络：主要用于人机接口(HMI)有关的监控显示及数据通讯。
2)高速控制总线:主要用于完成控制设备之间的控制信号交换。
3)现场总线:主要用于传动装置的局域和远程I/O(传感器、操作台箱、MCC等辅助传动等)局域总线。
镀锌生产线分为三个部分:1）入口段2）工艺段3) 出口段
通过立式活套将工艺段与入口段、出口段连接起来，通过HMI设定其速度。当入口段和出口段换卷时，工艺段仍连续运行。一般情况下入口段和出口段中的一个段应与工艺处理段速度是同步运行的，另一段可加速到高于工艺段速度运行以保证活套控制要求。正常运行时，入口段活套是满套运行，而出口段活套是空套运行。
全线操作分为三种:
1)全自动操作：由HMI、VDU实现全自动操作。2)半自动操作:由机旁操作箱（LOP）或操作台(MOD)实现，用于检修后调整。3)手动操作:由机旁操作箱（LOP）完成，用于现场检修后的调整。
全线设有三组操作台，分别设在入口段、工艺处理段和出口段。同时根据工艺、设备的要求，沿全生产线设有多个机旁操作箱。
在操作台上配置用于操作人员操作的HMI及工业PC机，它是多功能显示系统，可以提供数据处理和资料管理工作。操作台上还配有方便操作的按钮、开关、信号灯等。
电气自动化系统功能概括为与机械、工艺、传动、操作相关的控制功能，简述如下:
1）机组各段逻辑控制2）机组各段速度控制3)机组各段张力控制4）生产线状态张力控制5）带钢镀层厚度控制6)机组工艺段的化学处理，加热炉等控制7)光整控制(延伸率控制、轧制力控制、张力控制、弯辊控制等)8)拉矫控制(张力控制、延伸率控制等)9)活套控制(张力控制、位置控制等)10)装卷/卸卷自动控制(全自动CPC，自动EPC控制)11)钢卷自动测宽、测径控制12）液压、润滑等辅助系统控制13)生产线的启/停和紧急停车控制(段急停，全线急停，活套急停，液压設定急停，电气安全急停等)14)跟踪:产品跟踪，带卷跟踪，质量跟踪。15)人-机接口HMI16)其它控制
6.结语
鞍钢新轧-蒂森克虏伯2#镀锌线自调试运行后，产品各项技术性能指标达均到了设计要求。该电控系统在运行中具有稳定可靠、控制精度高、操作方便、维修简单等特点。
【关键词】镀锌线；供配电；电气传动；基础自动化；设计
1.引言
鞍钢新轧-蒂森克虏伯1#热镀锌生产线的运行情况良好，产品市场前景乐观，为进一步提高企业的综合竞争实力，鞍钢新轧-蒂森克虏伯公司决定投资建设2#热镀锌生产线。本文主要对其低压电气设备的供配电、电气传动及基础自动化的设计进行分析阐述。
2.工艺传动设备
2#热镀锌生产线加工的是汽车镀锌板，热镀锌机组工艺流程是上卷、开卷、切头、焊接、挖边、清洗、退火、镀锌、冷却、光整、拉矫、钝化/耐指纹处理、切边、检查、喷墨打印、涂油、剪切、取样、卷取、卸卷、称重、打捆等。总装机容量19890kW，最大容量的电动机为张力矫直机的张紧辊，容量为430kW。
3.供配电系统
计算负荷：P30=10380kW Q30=5620kvar S30=11800kVA COSΦ=0.88
热镀锌生产线用电设备除锌锅、炉子冷却水等为一类负荷外其它均属于二类负荷。本方案确定按二类负荷供电，事故时由保安电源供电，系统自动切换为一类负荷供电。
热镀锌电气传动设备确定电压等级如下:变压器一次电压 lOkVAC,低压配电网络电压380/22OVAC,安全电压36VAC,照明网络电压380/22OVAC,10kV高压系统操作电压22OVDC,控制系统操作电压22OVAC、24VDC。
低压供配电系统采用电源中心（PC）—马达控制中心（MCC）系统。低压配电系统的结线:公共整流装置-逆变器系统，采用变压器二次经受电开关直接馈至自耦变压器一次侧的接线方式。保安电源系统采用单母线接线方式馈电。MCC系统的低压供电系统采用单母接线方式馈电，炉子等重要负荷事故时由保安电源馈电。吊车供电系统、照明供电系统各设单独变压器组。吊车低压配电为单母线分段接线，故障时两母线经母联柜可以进行联络。
热镀锌生产线选用十四台节能型铜芯干式变压器，10kV高压侧设置负荷开关。变频装置供电变压器最大容量为2500kVA，MCC及其它负荷供电变压器最大容量为2500kVA，保安电源变压器容量为2500kVA。低压配电柜采用抽出式开关柜，MCC采用插拨式柜。低压配电系统的受电柜设速断、短延时过电流、长延时过电流保护；馈电柜设速断、过电流保护。
4.电气传动
镀锌机组是一条连续生产线，生产线由人口段、化学清洗段、连续退火炉段、镀锌段和后处理段以及出口段组成。机组的任何一个设备出现故障均影响全机组的生产，因此要求电气传动装置应具有高可靠性。机组的各段速度和张力要相互匹配，并根据工艺要求进行调节，加热炉设有活套控制，带钢跑偏控制和焊缝检测控制等。镀锌机组的电气传动设计应满足生产工艺要求，做到技术先进、经济合理、可靠性高、维护方便。
镀锌线用的电动机容量较小，一般从几个千瓦到几十个千瓦，最大容量的电动机为张力矫直机的张紧辊，容量为430kW。这些电动机分为调速和不调速电动机，全部采用交流电动机。
对于有交流调速要求的交流传动，采用带自耦变压器的公共整流—逆变单元供电，即直流公共母线供电。变频调速装置采用全数字、高性能变频器，采用IGBT元件，全数字的VVVF及矢量控制系统。公共直流母线方式传动系统由一套整流装置和多台逆变装置组成，公共母线带有制动电阻保护。
5.基础自动化
自动控制系统分为三级:零级为传动控制级，由传动装置、MCC、阀门、极限、控制台等组成，完成各现场设备的协调控制；一级为基础自动化控制级，采用高性能的控制器完成整条生产线的速度、张力及顺序控制等；二级为生产过程管理级，由PC以及相应的服务器组成，为一级系统下发生产计划数据，数学模型计算及向三级系统提
供生产管理数据。控制系统中予留了三级管理计算机的接口。
基础自动化(一级)系统的通信网络分三部分:
1）网络：主要用于人机接口(HMI)有关的监控显示及数据通讯。
2)高速控制总线:主要用于完成控制设备之间的控制信号交换。
3)现场总线:主要用于传动装置的局域和远程I/O(传感器、操作台箱、MCC等辅助传动等)局域总线。
镀锌生产线分为三个部分:1）入口段2）工艺段3) 出口段
通过立式活套将工艺段与入口段、出口段连接起来，通过HMI设定其速度。当入口段和出口段换卷时，工艺段仍连续运行。一般情况下入口段和出口段中的一个段应与工艺处理段速度是同步运行的，另一段可加速到高于工艺段速度运行以保证活套控制要求。正常运行时，入口段活套是满套运行，而出口段活套是空套运行。
全线操作分为三种:
1)全自动操作：由HMI、VDU实现全自动操作。2)半自动操作:由机旁操作箱（LOP）或操作台(MOD)实现，用于检修后调整。3)手动操作:由机旁操作箱（LOP）完成，用于现场检修后的调整。
全线设有三组操作台，分别设在入口段、工艺处理段和出口段。同时根据工艺、设备的要求，沿全生产线设有多个机旁操作箱。
在操作台上配置用于操作人员操作的HMI及工业PC机，它是多功能显示系统，可以提供数据处理和资料管理工作。操作台上还配有方便操作的按钮、开关、信号灯等。
电气自动化系统功能概括为与机械、工艺、传动、操作相关的控制功能，简述如下:
1）机组各段逻辑控制2）机组各段速度控制3)机组各段张力控制4）生产线状态张力控制5）带钢镀层厚度控制6)机组工艺段的化学处理，加热炉等控制7)光整控制(延伸率控制、轧制力控制、张力控制、弯辊控制等)8)拉矫控制(张力控制、延伸率控制等)9)活套控制(张力控制、位置控制等)10)装卷/卸卷自动控制(全自动CPC，自动EPC控制)11)钢卷自动测宽、测径控制12）液压、润滑等辅助系统控制13)生产线的启/停和紧急停车控制(段急停，全线急停，活套急停，液压設定急停，电气安全急停等)14)跟踪:产品跟踪，带卷跟踪，质量跟踪。15)人-机接口HMI16)其它控制
6.结语
鞍钢新轧-蒂森克虏伯2#镀锌线自调试运行后，产品各项技术性能指标达均到了设计要求。该电控系统在运行中具有稳定可靠、控制精度高、操作方便、维修简单等特点。