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80万吨/年推拉式酸洗生产线

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1. 电气设备技术规格书
4.1电气设备技术规格
4.1.1配电系统
1) 高压（10 kV）配电系统
高压（10kV）配电系统设备由甲方提供。
2) 配电变压器
用于主传动的变频调速系统所用变压器为整流变压器，其他的可以采用电力变压器。变压器的典型数据如下：
(1) 高压： 10 kV/±2.5%/ ±5%
(2) 低压： 400 V
(3) 频率： 50 Hz
(4) 阻抗电压： 5%
(5) 绝缘等级： F （155°）
(6) 冷却方式： 自然风冷
3) 在线式不间断电源 (UPS)
在线式不间断电源(UPS) 用于以下系统的供电：
PLC、传动系统变频器的控制、上位机/服务器和HMI系统、对讲系统等。
输入：
电压 380 VAC或220VAC
频率 50 Hz
输出：
额定容量 4kVA
电压 220V，单相/N
电池柜：
提供1台配有UPS电池的柜子，选用全密封免维护铅酸电池。
配电柜：1台配有隔离开关和小型断路器配电柜。
UPS电源选择原则：以全负荷状态提供30分钟供电。
4) 低压电器选型原则
根据经济适用、技术可靠、尽量减少工程造价的原则选择低压电控器件。在选用低压电器控制设备时，既要考虑装备的先进性，又要考虑装备的经济和实用性。
1. 调速装置 西门子S120系列产品
2. PLC 西门子S7-400系列
3. 三相输出电抗器 国产优质
4. 框架开关 常开/上海人民电器厂（固定式）
5. 塑壳开关 施耐德
6. 小型控制开关 施耐德
7. 接触器 施耐德
8. 快速熔断器 西电系列
9. 中间继电器 施耐德
10. DC24V电源 北京朝阳/台湾明纬
11. 信号灯 施耐德
12. 按钮 施耐德
13. 端子 菲尼克斯公司UK
14. 服务器兼工程师站 DELL品牌，流行配置
15. HMI DELL品牌，流行配置
16. 控制软件
a. WINCC 最新开发中文版
b. STEP7 最新开发中文版

4.1.2主要用电设备统计(初步参数)
主传动变频电机： ~1185kW
辅传动变频电机： ~100kW
普通恒速电机： ~615kW
总计 ~1900kW
以上设备统计最终以工艺、设备等相关专业设计为准。

4.2电气传动及自动化控制方案综述
自动化系统采用以西门子PLC为控制核心，网络分为2级：传动级（Level 0）和基础自动化级（Level 1）,为完成工艺操作，现场设2个操作室，其中一个位于入口操作室，另一个位于出口操作室；现场另外设置多个机旁操作箱，便于集中和就地分别操作。传动系统分为交流变频调速和交流不调速两种，对于要求控制精度高，需要调速的设备的传动采用交流变频调速电机，在线主传动电机均采用变频调速方案，变频器选用西门子公司的S120系列全数字调速装置，为了实现全线交流电动机快速起/停，采用直流公共母线调速方案，并配置CBP2通讯板，完成全线自动化控制，部分变频器输出侧配输出电抗器。
主传动交流变频调速系统采用公用直流母线的多变频器驱动系统，其公用母线的整流单元选用西门子 S120系列整流单元。
西门子提供的AC传动系统，配有高技术水平的VVVF变流器，可达到最佳动态品质，其瞬时响应比DC传动要好。AC传动方案可靠性强，节省投资，维修少，效益高。
自动化控制系统本着先进 、可靠、 实用、易维护的原则，PLC选用界面友好的西门子公司S7—400系列产品为主站，以主传动电机、主操作台和远程I/O为从站，构成通用的PROFIBUS—DP网，完成对生产线的实时控制任务。
由于机组自动化系统需要处理的数据量非常大，而且应管控一体化的要求，生产实事数据和生产管理信息之间有着非常大的数据流通，如显示数据，测量值，过程计算机数据等，采取以太网作为主干网的传输介质，以保证信息传输的速度、质量和可靠性，克服了客户机/服务器应用方式中的传输率瓶颈。
4.3传动系统（Level 0）
4.3.1变频传动系统
带钢机组传动调速设备全部采用西门子全数字交流变频调速装置。西门子提供的AC传动系统，配有高技术水平的VVVF变流器，可达到最佳动态品质，其瞬时响应比DC传动要好。AC传动方案可靠性强，节省投资，维修少，效益高。
主传动系统采用整流单元加逆变器公用直流母线方案。
1) "SIMOVERT Master Drives"变流器系统
模块化的SIMOVERT Master Drives传动系统为带DC公用母线的电压源链路变流器系统，采用全数字控制，用于AC鼠笼型电机，变流器将固定频率和电压的三相进线电源转换成可变频率和电压的三相交流电源输出。
变流器系统主要部件有：
l 主线路开关
l 整流单元
l 共用DC母线
l 逆变器
l 输出电抗器
为确保高效率，SIMOVERT Master Drives传动装置采用低功耗的IGBT（绝缘栅双极晶体管）功率元件。SIMOVERT Master Drives变流器所有部件均符合VDE、IEC、NEMA及CSA标准的要求。
2) 整流单元
整流单元的作用是将电网侧的三相交流电源通过整流变成逆变器可以直接使用的直流电源。
3) 逆变器
逆变器是直接驱动电机的装置，由直流母线取得电能。可以直接接到DC510V~650V直流电网上。采用低功耗的IGBT（绝缘栅双极晶体管）和优化的正弦脉宽调制技术（PWM）可确保传动系统的高效率。
逆变器技术参数：
l 直流母线电压（VD） DC510 V(-15 %)~650V(+10%)
l 输出电压 3AC 0 V~0.75×VD
l 输出频率 0 HZ~200 HZ（V/f＝常数
8HZ~300 HZ（V＝常数）
l 脉冲频率 1.7 kHZ～16 kHZ
l 基本负载电流 0.91×额定输出电流
l 短时电流 1.36×额定输出电流（过载时间60S）
1. 6×额定输出电流（过载时间30S）
l 功率因数 0.93～0.96
l 效率 0.96～0.98
逆变器具有完善的的自保护方案，包括：
l 电机和传动装置的温度监控
l 电子过载监控
l 供电和熔断器监控
l 接地故障监控
l 安全的逆变器输出，如，防止无负荷，电子保护反相及短路接地故障。
4) 系统单元电子设备
CUVC系统单元电子设备包括矢量控制功能和闭环控制功能，如转速、转矩、频率，或V/f性能控制。微处理器矢量控制都包括在所有主传动逆变器中。矢量控制提供的动态性能高于DC传动的动态性能。矢量控制在带测速反馈下运行。
在CUVC中将实现以下标准传动工艺功能：
l 根据设定线速度和工艺速度计算单独传动系统的转速
l 计算加速力矩或频率
l 根据实际转速或频率计算线速度
l 转矩控制
l 在转矩控制中确定附加速度△V和摩擦补偿
5) 通讯板CBP2
CBP2通讯板是逆变器和上级自动化级之间的接口。其连接是通过标准的PROFIBUS-DP总线系统来完成的，允许的波特率从9.6 kbit/s～12Mbit/s。
6) SIMOVIS、PC通讯和监控系统
通过SIMOVIS软件可采用菜单方式对主传动系统单元进行控制、操作和监控。
SIMOVIS-PC通过远程通讯总线Profibus－DP及各逆变器系统单元电子板所使用的RS485接口连接，进行通讯。
SIMOVIS功能：
l 采用菜单方式进行矢量控制逆变器的调试及维护
l 系统单元电子板的起动、参数设定
l 自动电机参数识别和控制参数设定
l 参数记录的上载/下装
l 单元操作，带有设定值和控制指令的说明
l 故障和报警评估
7) 传动控制功能
处理线上传动控制功能在CUVC电子板中执行。
传动控制的处理，包括：
l 起动控制
l 制动控制
l 点动
l 辅助设备
l 事故紧急停机
l 齿轮速比的转换
l 负荷平衡闭环控制
l 模拟输出用于显示和诊断
4.3.2 MCC系统
电机控制中心柜均采用固定式结构。MCC柜留有10%备用回路及备用空间（一般每柜至少留一路备用，少数大容量回路例外）。大于等于55kW的恒速电机采用软启动控制。
技术规格：
l 进线柜 固定式结构
l 馈电柜 固定式结构
l MCC柜 固定式结构
l 额定绝缘等级 1000 V, 50 Hz
l 操作电压 380/220 V, 50 Hz
l 短路电流 50 kA for 1 sec
l 控制电压，主接触器 220 V, 50 Hz
l 控制电压、联锁和信号 24 V DC
l 使用场所 户内
l 安装 立式，底部安装
l 盘面 双面开门/单面开门
l 电缆入口 底部
l 电缆连接 前接线
4.3.3远程I/O系统
远程I/O系统是SIMATIC可编程控制器分布配置的模块式I/O系统，它使I/O模块可在工艺设备附近使用。
总共包括：
l 15 % 备用D I/O
l 15 % 备用A I/AO
l 15 % 备用槽
远程I/O系统具有下列特点：
l 靠近传感器和执行器装设，按现场位置对远程I/O分组
l 用于传感器、执行器、操作台和操作盘等
l 中央处理器和远程I/O站通过总线方式通讯
l 甚至在带电和不必取下信号电缆情况下也能方便地更换模块
l 远程I/O可以固定装在端子箱或台上

4.3.4系统保证值
序号
保证项目
保证指标

保证指标的定义及条件
验收办法
1
开卷机、卷取机控制

1.1
张力控制精度
- 恒速

- 加速

±3%

±6%
以下条件都为恒速、加速时张力精度值提供数字参考：
·按工艺给定张力值
·指卷取机超过1转时测得的平均值
·最大工艺速度范围之内
·实际值可由相关值测量值计算
·生产线以正常加速度加速
·超过一转的平均值将作为每转的值
·测量是在标准状态下进行的
·获得的测量值不可低于规定值
1.2
直径计算
±10mm
·恒速时
·达到实际值后
·带速由脉冲发生器检测，检测时不允许转向辊有打滑
·系统算法：
基于转向辊及卷取机圆周速差
2
带编码器的带钢驱动

2.1
速度控制驱动系统的静态速度精度
±0.05%
·最大速度值
·恒速及空载条件下
·定义稳态精确度（超过1秒和至少2秒的电机转速）
·在恒速和不低于最大生产线速度情况下的控制差值（参考值-实际值）将被记录超过1秒
·累计误差应不超过规定的累计误差参考值百分比
3
不带编码器的带钢驱动

3.1
速度控制驱动系统的静态速度精度
±0.5%
·最大速度值
·恒速及空载条件下
·定义稳态精确度（超过1秒和至少2秒的电机转速）
·在恒速和不低于最大生产线速度情况下的控制差值（参考值-实际值）将被记录超过1秒
·累计误差应不超过规定的累计误差参考值百分比
4
电气传动系统作业率

4.1
电气传动装置系统
99.5%

测试是在负载状态下进行的（连续运行72小时，进行测试）
4.2
PLC(含HMI)控制系统
99.5%

测试是在负载状态下进行的连续运行72小时，进行测试）
4.3
电气传动系统
97%

测试是在负载状态下进行的连续运行72小时，进行测试）
4.4
仪表自动化系统作业率
97%

测试是在负载状态下进行的连续运行72小时，进行测试）

4.3.5仪表及传感器系统
1．传感器
l 上卷小车前进/后退限位接近开关
l 预开卷摆动板回程限位接近开关
l 三辊张力辊中间辊上升/下降限位接近开关
l 卷取机钳口定位接近开关
l 卸卷小车前进/后退限位接近开关
l 九辊矫直机后位置传感器(1#光电管)
l 烘干机前位置传感器(2#光电管)
l 三辊张力机前位置传感器(3#光电管)
l 转向夹送辊前位置传感器(4#光电管)
l 活套坑活套量激光测距仪
2. 酸循环系统仪表
酸循环系统分别设有液位检测、电导率检测、流量检测、温度检测仪表，所有仪表信号均进入自动化系统，以便进行工艺连锁及逻辑控制，另外在HMI上显示，供操作者参考。

4.4基础自动化系统（Level 1）
4.4.1基础自动化任务
基础自动化系统的主要任务是：
l 及传动、工艺功能和仪表相关的过程控制
l 从入口到出口钢卷传输的自动顺序控制
l 物料跟踪
l 工艺参数控制，如张力等
l 温度、压力、流量的PID控制
自动化单元接收过程计算机和/或操作工通过HMI输入的输入数据，过程信息、机组状态和各种测量值并做出相应的计算或控制动作，并可以把需要的计算结果传送到上一级管理控制系统。
4.4.2基础自动化系统设计
为了提高产品质量和作业率，机组采用高度自动化控制系统，保证所要求的精度和速度。西门子提供的SIMATIC系统可以以多处理器方式运行。
实现下列功能：
l 逻辑联锁

l 自动顺序控制
l 闭环控制
l 同步处理和数据处理
l 及总线系统的通讯
在处理线上，自动化系统的CPU和设备通过远程I/O方式进行数据交换。PLC和现场的远程I/O站通过串行PROFIBUS－DP连接。这允许分散布置并保证：
l 更容易维修和信号监视
l 连接点更少，可靠性更高
l 大量节省电缆和安装费用
l 降低基础内电缆配管成本
4.4.3硬件技术规格
1. 可编程序逻辑控制器(PLC)
为基础自动化系统配置以下西门子S7-400系列可编程控制器进行全线主令控制及全线顺序控制、物料跟踪，机组协调、酸洗段仪表控制。
2．PROFIBUS－DP总线
PROFIBUS (process field bus) 是低、中性能的功能强大的网络。满足EN50170标准的要求，PROFIBUS可保证其它供货商按该标准生产的部件的连接开放性。
PROFIBUS 是根据令牌传递过程工作的，即在一个逻辑环中，主站成为一个确定时间窗口的令牌保持者，在这个时间窗口内，拥有令牌的主站能够及其它主站通讯，另一方面使用一个较低的主-从过程它也能够及从站通讯。PROFIBUS 主要使用主-从方式且通常周期性的及传动装置进行数据交换。
采用PROFIBUS 允许在较高层系统(例如PC)和传动装置之间进行快速的数据交换，对传动装置的存取总是按照主-从方式进行，传动装置总是从站且每个从站本身都有明确的地址。

对于PROFIBUS－DP使用RS485 进行数据传送，通讯介质采用双绞带屏蔽的铜芯电缆，PROFIBUS－DP 最多可连接124 个站。在一个总线段中，采用总线结构能够连接达32 个结点，如果超过32 个结点，为连接各部分总线段，必须使用中继器(功率放大器)。
数据传输速率和电缆长度：
波特率
在一段中最大电缆长度(m)
在两个站之间最大距离(m)
9.6到187.5k 波特率
1000
10000
500k 波特率
400
4000
1.5M 波特率
200
2000
3到12M 波特率
100
1000

符合PROFIBUS标准的下列各站可连入：
主动站：
l PLC
l 工业PC
l 编程器
从动站：
l 远程I/O单元
l 变频传动装置
l 整流器
l 传感器和执行机构
l 带有PROFIBUS结构的其他系统

4.4.4软件技术规格
下表中包括的功能是根据机械设备要求作出的，如果机械设备只允许手动操作，那么这个功能也要手动完成。
1．主要设备
序号
设备名称
控制功能
自动
手动(机旁)
1
上卷小车
进退/升降

★
2
开卷机
正常生产控制
★
★
3
侧导对中
带钢对中

★
4
九辊矫直机
正常生产控制
★
★
5
挤干辊
正常生产控制
★
★
6
烘干机
带钢烘干
★
★
7
切头尾剪
切头尾

★
8
收集小车
收集废料

★
9
夹送辊
正常生产控制
★
★
10
活套导板
正常生产控制
★
★
11
活套出口侧导
带钢粗对中

★
12
三辊张力辊
正常生产控制
★
★
13
卷取机
正常生产控制
★
★
14
卸卷小车
卸卷

★
15
酸洗槽
液位 温度控制
★
★
16
漂洗槽
液位 温度 流量
★
★
17
EPC

对中或控制边部
★
★
注：手动方式为就地机旁箱
2. 公辅设施
序号
功能
自动
手动(机旁)
1
逻辑控制，顺序控制及联锁：

-液压控制
★
★

-润滑控制
★
★

-辅助设施
★
★

-气动控制
★
★

-污水泵
★
★

4.4.5基础自动化应用软硬件
1．简述
西门子S7-400 PLC控制系统采用STEP 7编程软件。编程器用于程序的输入和修改，在试车和运行中可进行大量的功能试验。可以进行信号状态的在线监测和程序的修改等。
2．STEP 7编程软件
STEP 7编程语言在很大程度上是根据逻辑代数来进行，不需要事先了解计算机有关术语。程序采用功能单元来组织（程序模块），模块化的编程具有下列优点：
l 简单、易查询，即使是较大的模块
l 能使用标准程序模块
l 简单程序组织
l 易于修改程序
l 试验、调试简单

4.5过程控制系统
过程控制系统不仅能有效和可靠地完成各种控制任务，覆盖常规DCS（集散控制系统） / PLC的所有功能以外，它还能实现“任意地点的控制”，即用户能够把控制功能下装到现场设备或系统中执行。对于一些基本的控制回路来说，把控制功能下装到现场变送器或阀门中执行，既能加快回路信号响应，改善调节品质，又能减轻控制系统负担，使其完成较复杂的优化控制等任务，同时，增加了系统的分散度，提高了系统可靠性。为提高系统的响应速度和响应准确性，采用工业以太网作为主干网的传输介质。

4.5.1工业以太网
以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势，由于它支持几乎所有流行的网络协议，所以在商业系统中被广泛采用。近些年来,随着网络技术的发展，以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展，开放的、透明的通讯协议是必然的要求。
4.5.2应用软件说明
本应用软件将满足所有工艺及设备要求的控制功能。
1. 主令斜坡函数发生器 (MRG)
MRG（主令斜坡函数发生器）执行机组协调控制和带钢运输传动间的连接。其中包括带钢运动所需所有功能，如：
(1) 机组设备减速和加速
(2) 带钢定位控制
(3) 张力控制
(4) 卷取机自动减速
(5) 静止和操作张力的建立
(6) 活套自动控制
(7) 传动装置速度设定值的时间同步
2. 机组协调控制（LCO）
机组协调控制（LCO）是每个设备段的主要控制（入口，工艺段和出口段）。它使所有过程和带钢运动保持协调。它可产生允许的设定值、定位值、控制值及切割程序等。机组协调控制（LCO）是一种叠加任务，用于每个设备段并完成所有带钢传动的分配和协调，以确保最佳带钢动作。
根据操作方式，由过程计算机、可视系统或就地操作台来完成机组操作和设定值配置。
机组协调控制（LCO）的功能：
l 处理操作方式（RUN，STOP，恒定等）
l 带钢传输传动系统的逻辑联锁和功能切换
l 压辊、穿带装置等的控制
l 带钢移动控制，如从开卷机到切头、切尾剪
l 带钢酸槽堆钢保护
l 带钢位置监控
l 物料跟踪系统
l 负荷电流检测
l 光电开关检测
l 点动操作控制
l 联合点动
l 到叠加功能和其它PLC的中央通讯接口
l 传动协调操作方式
3. 材料跟踪(MTR)
MTR根据带钢头尾在通过机组上的特定位置，跟踪钢卷在机组上的运行情况。材料跟踪功能激活新的设定值并产生某个动作，如：切换到下卷带钢的新设定值。
材料跟踪按每个设备段产生的脉冲信号，以对长度测量值进行探测。
材料跟踪有下列功能：
l 机组入、出口段钢卷跟踪
l 设备中单个带钢位置和生产步骤方面的资料。该信息采用显示系统以图表画面配置。该信息可用于过程计算机。
l 采用脉冲发生器对带钢头尾进行跟踪。
l 控制和切换设定值（如张力设定值）到子程序控制器及整条机组带钢通道同步。
l 激活带钢点定位
l 带钢数据及断带或数据损失同步

4.5.3事故紧急停车系统
事故紧急停车是一种安全操作，用于危险情况或作为设备故障下的设计安全措施。
事故紧急停车(E-stop)按钮安装在生产线每个操作台箱上。通过硬线回路和软线回路实现冗余控制，以确保安全。
4.5.4人机接口（HMI）
人机接口通过以太网相互联接，并以及基础自动化相联的服务器和客户机为基础。图形以图形标准接口为基础。每个服务器复盖一个专门的机组区段或者一个专门的功能。这些服务器管理着过程通讯、数据存贮以及及客户的通讯。各个客户用作操作站。它们显示从服务器发出的数据，接受操作员输入，并将它传送至相应的服务器。
HMI方案的优点如下：
l 服务器和客户采用标准操作系统
l 基础自动化和过程计算机系统采用统一的操作和直观显示
l 口令保护功能，便于安全的机组操作
l 直观显示及基础自动化之间采用优化后的接口，从而降低了总线负荷
l 面向对象的数据处理
l 事件采集、缓存、存档、显示和分析用的消息系统，包括自动化系统的时标
l 用于消息输出的报表系统
l 测量值的存档，包括对曲线显示和操作功能很大的选择

4.6工业电视监视及对讲系统
4.6.1监视系统
根据工艺要求，分别在酸洗生产线上设置5台工业摄像机，以便于对机组的运行情况进行监视，具体安装根据现场情况确定。显示设备为5台彩色监视器，2台设在开卷操作室上，2台设在卷取操作室， 1台设在电控室。电控室的监视器具有多画面功能，可同时显示全部摄像点的画面。
4.6.2对讲系统
根据工艺要求，分别在电控室、开卷操作室、卷取操作室、酸循环控制箱设置对讲装置。