棒材自动化控制功能浅议

　　摘要：现代钢铁工业棒材，是建筑等行业必须的材料，需用量很大，是国民经济急需的产品。棒材轧机信息化、自动化包括基础自动化、过程自动化和企业管理自动化，通过各种网络通信连成一体，为企业高产、高效、优质、低耗及低成本提供了保证和先决条件。

　　关键词：轧钢,棒材,自动化

　　前言

　　随着市场对棒材要求的提高，棒材轧钢厂在设备上、新技术使用上也有不少的进展，如直接影响产品弯曲度及包装的冷床上卸钢及下卸钢设备、为了生产超级钢(强度提高40%以上)设置了控轧(在精轧人口装设控轧装置)及控冷(在精轧出口装设控冷装置)设备，这些都对自动化提出更苛刻的要求(如冷床的精确同步、准确的上卸钢及平移交接的下卸钢，精确的控轧控冷控制等)。

　　一、基础自动化的主要功能

　　(1)加热炉PLC。

　　执行各段炉温、空气流量、煤气流量、空燃比的串级控制及交叉限幅;炉膛压力控制;助燃空气压力控制;助燃空气及煤气温度检测;预热器温度越限报警及控制;汽化冷却控制;加热炉逻辑连锁等顺序控制;钢坯称重及长度检测;钢坯冷热上料控制;步进梁或推钢机控制;出料控制;炉区风、水、气、电等计量与监控。

　　(2)主轧线PLC

　　1)执行粗轧机区逻辑连锁等顺序控制;轧件头部速度冲击补偿;微张力控制;轧机级联控制;

　　2)中轧机区逻辑连锁等顺序控制;轧件头部速度冲击补偿;微张力控制;轧机级联控制;活套控制;

　　3)精轧机区逻辑连锁等顺序控制;轧件头部速度冲击补偿;活套控制;轧机级联控制;

　　4)冷床区逻辑连锁等顺序控制;冷床控制等;

　　5)轧线设备的启动/停止、正反点动及爬行、试小样以及紧急停车控制、单/联调的无扰动切换等。

　　(3)控轧控冷PLC。在精轧机组后设置穿水冷却装置，轧件经穿水冷却装置后提高钢材的综合机械性能，在不增加微合金元素情况下，使II级钢筋达到m级钢筋水平，同时可减少二次氧化铁皮的生成量，提高成材率。PLC按棒材实际温度和目标温度差，并按数学模型控制冷却水流量，然后按出口温度进行自适应修正。

　　(4)润滑站、液压站、飞剪等PLC均为机电一体化设备

　　二、过程自动化的主要功能

　　(1)轧件跟踪与轧制节奏控制。轧件自咬人第一架粗轧机一直跟踪到冷床。利用热金属探测器、电流传感器、电机码盘等作为跟踪信号源，除按有关位置信号源发出控制信号外，还在CRT上显示模拟红钢前进画面。例如利用在相应地点(粗轧机出人口、中轧机出人口、精轧机出入口、到达飞剪时、到达冷床时)设置的热金属探测器检测出轧件头部位置，到达轧机时，从咬钢冲击，电机电流值突变取信号，当到达各飞剪时，从飞剪电机码盘上取位置信号，到达活套位置时，活套辊推出动作作为信号源等。

　　(2)监控。包括开机画面阵L线各区段启动条件图形显示)，轧线各区段过程变量图形及趋势曲线显示，接受MES来的计划和进行轧制计划管理以及轧制程序选择，轧制表的建立、存贮和修改，轧制规程参数的自适应，工程参数的预设定(包括轧辊等技术参数输人)及修改，系统故障诊断，各种故障信息的显示、存贮及打印，生产报表的存贮及打印，打捆机工作监视，有关电力传动的显示(如两路进线高压柜的有功电度表模拟输出信号进人PLC模拟口、18架轧机及9台整流变压器温度巡检仪的超温报警开关量信号进人PLC、高压真空开关合/分闸(接点)信号进人PLC等显示)。

　　主要画面有：主菜单和子菜单，轧机速度设定画面，轧辊辊径设定画面，轧制程序画面，轧线组态和机架控制选择，轧制状态显示画面及PLC故障的报警画面，液压系统阀状态显示画面，控轧控冷画面，帮助画面等。

　　(3)数学模型运算。包括加热炉优化设定模型、待轧模型、控轧控冷模型等。

　　加热炉优化设定模型主要是以工艺理论为基础的物理模型，如新日铁模型(武钢1700mm热连轧引进)，它按剩余在炉时间、现在钢坯温度、规格和要求出炉温度等参数，用热传导、热辐射和热交换等理论计算钢坯在炉内行进中各点加热所需的热量及其相应各加热段、均热段所需设定温度，并由实测钢坯温度进行模型自适应;其他还有使用现代控制理论(如离散状态空间模型方法对钢坯升温进行计算)和智能控制理论来建模，但现场成功使用不多。在国内以工艺理论为基础的物理模型及使用现代控制理论都在研究，其中如Q-P模型已在多个加热炉实际应用。

　　控轧控冷模型目前都是离线按钢种、规格、工艺要求计算所需的冷却水流量，然后按出口温度、检验数值、生产经验进行修正，最后形成表格存储在过程机中，在使用时调出应用。

　　(4)数据通信。主要是与基础自动化、制造执行系统等通信

　　三、自动化主要控制系统

　　1、动态速降补偿控制

　　电机系统在突加额定负载时的动态速降约在5%左右，恢复时间约在。0.5s之间。上述过渡过程将在机架咬钢时影响机架间设定正确的速度关系，使机架间产生轧件堆积。动态速降补偿系统于咬钢之前在正常的轧机设定速度上迭加一速度增量，咬钢后将上述增量撤销，从而达到减小或消除动态速降影响的目的。另一方面，一定量的动态速降有助于机架间的活套形成，初始套量的大小在一定程度上可通过改变动态速降补偿值进行控制。动态速降补偿量一般不大于轧机额定速度的5000。

　　2、级联速度控制

　　采用级联调速是为了使控制系统或操作人员能够调整轧线某一对相邻机架的速度关系，而不影响轧线其他机架间已有的速度关系。以成品机架(末机架)作为基准机架，保持其速度不变，并作为基准速度设定，其前面各机架速度按金属秒流量相等的原理，自动按比例设定;在轧制过程中来自活套闭环控制的调节量、手动干预量，依次按逆轧制方向对其前面机架速度作增减，从而实现级联控制。

　　3、轧线速度设定自适应

　　机架间自动调节系统(活套)产生的速度修正信号反映设定的机架间速度关系(延伸率)的误差，速度设定自适应系统根据稳定轧制时这一误差的大小修正对应机架的延伸率，这一修正后的延伸率将使下一根钢到来时，机架间的速度配合关系处于最佳状态。

　　为了把操作员的经验溶人自动化系统中，操作员可利用操作台上的各机架的手动调节微调旋钮对各机架进行手动调节，调好机架间的级联关系，经取而代之后，系统将存储此时的各机架速度，作为该规格轧件的级联速度设定。

　　4、级联阻断控制

　　在连轧生产中，节奏很快，上一根钢尾还在连轧机组中时，下一根钢头已进人粗轧机，为使上一根钢的级联调速不影响下一根钢，在钢尾从第一架轧机离开时，就对第一架轧机速度实行级联阻断控制，即下游轧机速度联调不对第一架轧机起作用，以此类推到下游轧机。当轧件头部穿过机架并连接下一机架时对应自动调节级联关系重新接通。

　　5、活套自动控制

　　轧机上的活套是用来检测和调整相邻机架间的速度关系从而实现无张力轧制的一种手段，适合于轧件截面较小的场合。

　　6、信号联锁控制

　　(1)与轧机润滑油压力、流量系统的联锁。每台轧机都有润滑油电接点压力表、油流信号器分别给PLC系统发油压和油流信号，当压力和流量两信号中任意一个或全部显示为“过低”状态时，经0.5s的延时后，如仍处于“过低”状态时，除向报警系统发出信号外，按如下方式进行控制。

　　(2)与电机温度信号的联锁。每个主传动电机都有3个温度接点信号用于指示电机主极温度、绕组温度及滚动轴承温度;当温度接点指示过高时，向操作台发出报警信号，当前轧制的钢轧完后停车。

　　(3)与电机风机温度、压差开关的联锁。每个电机都带有一个冷却风机。当风机出风温度开关报温度“过高”信号或风机压差开关报“过低”信号时，向操作台发出报警信号，当前轧制的钢轧完后停车。

　　四、发展趋势

　　新工艺、新设备促进自动化的进展。例如为了提高棒材的品种、性能与获得高附加值的产品，棒材生产近来也采用控轧控冷技术;为生产多种规格的棒材，往往需要“甩轧机，换成替换辊道”等，要求更多的新系统、新数学模型。

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