内部机器:过程模型，先进的控制支持超级钢厂

广泛的系统集成和定制的先进控制软件支持美国仅有的四个冷轧机中的一个与泡菜生产线相连。磨机自动化系统支持需要精确控制电机速度和辅助设备集成的连续过程。

2010年12月13日

很长一段时间以来在北美建造的第一个大型新建钢铁工厂在哥伦布市投入运营，俄罗斯Severstal集团的子公司MS. Severstal Columbus开发了该工厂，为宝马、梅赛德斯和本田等汽车制造商生产高质量的钢材。新工厂一期于2007年投产，拥有450名员工，每年生产150万吨热轧、冷轧和涂层钢产品。目前正在建设的二期工程将使该厂的产能翻番。（六张额外的照片、表格和图形——没有出现在印刷版和电子版中——出现在在线附加的底部，以及相关链接。）

系统集成商TMEIC GE是东芝、三菱电机和通用电气的全球合资企业，为新工厂提供了恒速和可调速驱动器、电机、控制和自动化系统以及相关电气设备。项目包括连续镀锌线与在线皮肤通过轧机，独立回火轧机，和独特的和令人印象深刻的连续酸洗线串联冷轧机。

一篇发表在孟菲斯商业杂志2007年8月，Severstal首席商务官Mike Wagner说:“我们承诺只投资于最好的技术，这在我们的冷轧机上很容易看到。‘最先进的’这个词经常被滥用，但在这种情况下，它是一个准确的术语。”

对于这个非常大的系统集成项目，TMEIC GE的职责包括编写定制软件，进行工厂系统测试，以及监督系统安装和调试。TMEIC GE还提供持续的客户支持，并负责这些系统描述和插图。

TMEIC GE项目经理Ron Tessendorf表示，该项目的主要挑战在于其规模。“这是一个巨大的集成项目，需要我们与各种供应商合作，并编写大量定制软件，”他说。“此外，我们决定使用具有新功能的下一代PLC。客户要求在产品质量和生产率方面提供性能保证，我们满足了所有这些要求。”

连续操作

据该公司介绍，这座占地659,800平方英尺的冷轧厂是美国仅有的四家配有泡菜生产线的冷轧厂之一，也是唯一一家能够生产宽度达72英寸的钢卷的冷轧厂。酸洗生产线是一系列酸槽，用于在金属带进入冷轧机之前清洗金属带。位于储罐下方的大型蓄能器储存长长度的带钢，以便在输入端添加新卷板时允许冷轧机连续运行。

酸洗冷轧生产线是一个连续的过程，需要对电机转速进行精确控制，并对辅助设备进行配套排序。带钢在酸洗过程的最佳速度和精确的带钢张力控制下通过酸洗线。酸洗过程从未停止，甚至当一个新线圈的头部被自动焊接到正在酸洗的线圈的末端时。在冷连轧机中，5个减速架中的每一个都由5000千瓦的电机驱动，可以精确地减少带钢厚度。

PLTCM管线总长度为1100英尺，高度为34英尺，条带输送速度达到了惊人的每分钟4100英尺。在冷轧过程中，需要精确控制带钢张力、速度和轧制力，以生产出平整的带钢。为了确保完美的形状(平面)产品，工作辊在plc控制下由电液执行器弯曲并水平移动。

以下组件列表说明了PLTCM控制项目的规模:13,582个数字输入和输出，2,893个模拟输入和输出，129个交流电机，范围从2马力到6,700马力，116个低压变速交流驱动器，7个大功率中压变速交流驱动器，以及34个可编程逻辑控制器(plc)和操作员接口。

先进的控制软件

冷连轧机控制系统是该项目采用先进软件的一个很好的例子。TMEIC GE的分层自动化系统开发了超过50年的轧钢厂经验，提供基于物理的计算机过程模型的控制，称为2级，为1级PLC控制提供参考(或设定值)，并与1级PLC控制紧密集成。所有电机的速度由plc协调，plc通过控制网络连接到2级计算机，如图所示。

1级控制器接受来自轧机机架的I/O信号，并生成电机速度、间隙控制、轧辊运动、张力和其他机器功能的输出信号。执行的一些主要功能包括:

计控制。自动仪表控制(AGC)采用质量流量计算、厚度测量、前馈、反馈、张力和滑移补偿。
偏心。采用傅立叶级数分析方法动态控制偏心，减小背辊不平整度对厚度的影响。
平面度。自动平整度控制采用先进的数据过滤，抛物线平整度控制，倾斜控制，分段冷却剂喷雾控制和形状维护。
协调。协调线圈内调整使用测量和计算值来维持目标。
飞行压力表更换。快速，协调，量具控制变化最大限度地减少带材断裂和质量流干扰在快速变化的产品不同的厚度。
Micro-tracking。高速数据采集和跟踪允许更快，更准确的控制行动。

二级控制

TMEIC GE的2级工艺模型与1级PLC控制紧密集成。过程模型是建立在轧制过程基本物理基础上的动态数学模型。模型生成PLC设定值，以确保生产最高质量的产品。模型软件在分层自动化图所示的监控计算机中运行。

系统中包含的一些流程模型包括:

力，扭矩和功率模型显示张力和摩擦的影响
变形抗力模型与材料化学和加工硬化对伸长率的影响
具有摩擦系数变化补偿的摩擦模型
显示线圈内应变分布的应变模型
轧辊磨损模型显示了热和磨损对轧辊直径的影响
描述张力、前滑、摩擦和速度关系的相互作用模型
织构辊的摩擦系数效应
1级控制的依赖于产品的传递函数
轧辊弯曲，轧辊移动和红外弯曲
通用平面度接口模型。

高质量的冷轧生产的带材厚度减小，表面光洁度好。有了这个轧机自动化系统，PLTCM能够生产高质量的冷轧钢24×7，只在定期维护时停止。Severstal热电厂经理Dan Lambert对热电厂自2007年8月启动以来的表现非常满意。“在Severstal工厂，主磨电机的可靠性或性能没有任何问题....这些机器和辅助系统的设计使维护需求最小化，使用寿命长。安装它，忘记它!这是TMEIC电机和安装人员在我们施工阶段提供的一个非常好的方法，当时还有很多其他问题需要我们关注。”

编辑:Renee R. Bassett控制工程、rrobbins3000@comcast.net．

www.tmeicge.com

逆变器技术

为什么选择中压驱动

无变压器中压驱动

在线额外(额外的图片和两个表格没有出现在印刷版和数字版中)

**酸洗生产线冷连轧钢厂信息**
PLTCM工艺线	维
长度,总	1100英尺
PLTCM的高度	34英尺
带钢输送速度	每分钟4100英尺

**酸洗生产线和冷轧机控制系统总结**
控制系统	数量
数字输入和输出，总数	13582年
模拟输入和输出，总计	2893年
电机，交流，范围从2马力到6,700马力，总	129
低压变速交流驱动器，共计	116
大功率中压变速交流驱动器，共计	7
可编程逻辑控制器(PLC)和操作员接口	34