高速线材飞剪控制系统及通讯系统改进

摘要

宝钢高速线材厂是国内领先的高端线材产品制造商。其机械设备主要从美国Morgan公司引进，电气设备主要从瑞典ABB公司引进，是国内第一条全线采用交流调速的高速线材厂。
　　宝钢高速线材厂共有3台飞剪，采用的ABB公司生产的ACS600多传动变频装置驱动，是ABB在棒、线材厂使用的第一套设备。随着设备使用年限的增加和客户对产品需求的不断提升，飞剪现有的控制系统和通讯系统存在的问题逐渐显现，主要有：高速剪切时无法有效跟踪速度给定；与PLC通讯建立不稳定；控制板采用非标准固件，通用性差、故障定位难；切头长度控制精度差；无有效手段进行故障诊断及数据分析；与过程控制系统（L2）的实时通讯能力差等等。
　　本文针对上述问题，从硬件结构和软件设计两方面动手，首先通过改进控制回路消除了时滞对控制系统的影响，再通过多次参数整定获得了较为理想的控制曲线，之后根据实际需要搭建了飞剪故障诊断及数据分析系统，最后解决了飞剪控制系统与L2服务器的高速通讯问题。
　　本文主要研究成果如下：
　　1、针对现有飞剪控制系统存在的主要问题—速度响应滞后，设计了新的控制回路，采用了新的控制硬件，编写了新的控制程序和接口程序，有效减少了控制系统的时滞，提高了飞剪控制系统的响应速度。
　　2、对新的飞剪控制系统进行了建模，并依次采用了ZN法、鲁棒控制理论（H2控制、H?控制）对系统的控制参数进行了优化，通过对比仿真曲线选定了控制效果较好的控制参数。现场使用后，经跟踪观察，确认该控制方法效果较好，满足了现场需求。
　　3、讨论了建立飞剪故障诊断及数据分析系统的现实意义，并引入了德国iba公司的PDA高速数据采集系统。根据情况选择了VIP TCP/IP协议，建立了AC450 PLC与数据采集站之间的通讯，详细介绍了通讯协议的配置方案、PLC端和数据采集站的软硬件配制方法，以及数据采集软件ibaPDA和数据分析软件ibaAnalyzer的使用方法。
　　4、讨论了宝钢高速线材厂基础自动化计算机系统的结构，指出了当前飞剪控制系统与L2服务器通讯中存在的问题，说明了进行飞剪控制系统与L2服务器通讯改进的意义。对改进的具体需求、改进的内容进行了详细说明，并对通讯改进中核心的通讯格式和电文格式进行了说明，列出了电文清单。
　　由于ABB公司的飞剪控制系统被广泛应用于线材、热轧等钢铁制造领域，本课题的成功经验也值得其他类似生产线参考。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 引言

1.1 研究课题的背景

1.2 相关研究现状

1.3 课题研究意义及主要内容

1.4 本章小结

第二章 线材生产工艺及飞剪控制系统研究

2.1 宝钢线材厂生产工艺

2.2 宝钢线材厂控制系统概述

2.3 线材高速飞剪的结构形式和控制原理

2.4 飞剪控制系统存在的主要问题

2.5 工具软件需求

2.6 本章小结

第三章 飞剪控制系统改进

3.1 飞剪控制系统原设计情况

3.2 飞剪控制系统改进需解决的问题

3.3 改进具体方案

3.4 改进效果

3.5 本章小结

第四章 飞剪控制参数优化

4.1 飞剪控制系统改进后的新问题

4.2 飞剪的控制系统功能分析

4.3 优化飞剪控制系统传动参数

4.4 现场使用效果跟踪

4.5 本章小结

第五章 飞剪故障诊断及数据分析系统的建立

5.1 建立飞剪故障诊断及数据分析系统的意义

5.2 AC450控制系统高速通讯功能设计

5.3 飞剪数据采集站的设计

5.4 飞剪数据采集及分析软件应用

5.5 本章小结

第六章 飞剪控制系统与L2服务器通讯改进

6.1 飞剪控制系统与L2服务器通讯改进的意义

6.2 飞剪控制系统与L2服务器通讯改进方案

6.3 通讯格式及电文清单

6.4 本章小结

第七章 总结

7.1 实施效果

7.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文