摘要：現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)棒材，是建筑等行業(yè)必須的材料，需用量很大，是國民經(jīng)濟急需的產(chǎn)品。棒材軋機信息化、自動化包括基礎(chǔ)自動化、過程自動化和企業(yè)管理自動化，通過各種網(wǎng)絡(luò)通信連成一體，為企業(yè)高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗及低成本提供了保證和先決條件。

　　關(guān)鍵詞：軋鋼,棒材,自動化

　　前言

　　隨著市場對棒材要求的提高，棒材軋鋼廠在設(shè)備上、新技術(shù)使用上也有不少的進展，如直接影響產(chǎn)品彎曲度及包裝的冷床上卸鋼及下卸鋼設(shè)備、為了生產(chǎn)超級鋼(強度提高40%以上)設(shè)置了控軋(在精軋人口裝設(shè)控軋裝置)及控冷(在精軋出口裝設(shè)控冷裝置)設(shè)備，這些都對自動化提出更苛刻的要求(如冷床的精確同步、準確的上卸鋼及平移交接的下卸鋼，精確的控軋控冷控制等)。

　　一、基礎(chǔ)自動化的主要功能

　　(1)加熱爐PLC。

　　執(zhí)行各段爐溫、空氣流量、煤氣流量、空燃比的串級控制及交叉限幅;爐膛壓力控制;助燃空氣壓力控制;助燃空氣及煤氣溫度檢測;預(yù)熱器溫度越限報警及控制;汽化冷卻控制;加熱爐邏輯連鎖等順序控制;鋼坯稱重及長度檢測;鋼坯冷熱上料控制;步進梁或推鋼機控制;出料控制;爐區(qū)風(fēng)、水、氣、電等計量與監(jiān)控。

　　(2)主軋線PLC

　　1)執(zhí)行粗軋機區(qū)邏輯連鎖等順序控制;軋件頭部速度沖擊補償;微張力控制;軋機級聯(lián)控制;

　　2)中軋機區(qū)邏輯連鎖等順序控制;軋件頭部速度沖擊補償;微張力控制;軋機級聯(lián)控制;活套控制;

　　3)精軋機區(qū)邏輯連鎖等順序控制;軋件頭部速度沖擊補償;活套控制;軋機級聯(lián)控制;

　　4)冷床區(qū)邏輯連鎖等順序控制;冷床控制等;

　　5)軋線設(shè)備的啟動/停止、正反點動及爬行、試小樣以及緊急停車控制、單/聯(lián)調(diào)的無擾動切換等。

　　(3)控軋控冷PLC。在精軋機組后設(shè)置穿水冷卻裝置，軋件經(jīng)穿水冷卻裝置后提高鋼材的綜合機械性能，在不增加微合金元素情況下，使II級鋼筋達到m級鋼筋水平，同時可減少二次氧化鐵皮的生成量，提高成材率。PLC按棒材實際溫度和目標溫度差，并按數(shù)學(xué)模型控制冷卻水流量，然后按出口溫度進行自適應(yīng)修正。

　　(4)潤滑站、液壓站、飛剪等PLC均為機電一體化設(shè)備

　　二、過程自動化的主要功能

　　(1)軋件跟蹤與軋制節(jié)奏控制。軋件自咬人第一架粗軋機一直跟蹤到冷床。利用熱金屬探測器、電流傳感器、電機碼盤等作為跟蹤信號源，除按有關(guān)位置信號源發(fā)出控制信號外，還在CRT上顯示模擬紅鋼前進畫面。例如利用在相應(yīng)地點(粗軋機出人口、中軋機出人口、精軋機出入口、到達飛剪時、到達冷床時)設(shè)置的熱金屬探測器檢測出軋件頭部位置，到達軋機時，從咬鋼沖擊，電機電流值突變?nèi)⌒盘枺數(shù)竭_各飛剪時，從飛剪電機碼盤上取位置信號，到達活套位置時，活套輥推出動作作為信號源等。

　　(2)監(jiān)控。包括開機畫面陣L線各區(qū)段啟動條件圖形顯示)，軋線各區(qū)段過程變量圖形及趨勢曲線顯示，接受MES來的計劃和進行軋制計劃管理以及軋制程序選擇，軋制表的建立、存貯和修改，軋制規(guī)程參數(shù)的自適應(yīng)，工程參數(shù)的預(yù)設(shè)定(包括軋輥等技術(shù)參數(shù)輸人)及修改，系統(tǒng)故障診斷，各種故障信息的顯示、存貯及打印，生產(chǎn)報表的存貯及打印，打捆機工作監(jiān)視，有關(guān)電力傳動的顯示(如兩路進線高壓柜的有功電度表模擬輸出信號進人PLC模擬口、18架軋機及9臺整流變壓器溫度巡檢儀的超溫報警開關(guān)量信號進人PLC、高壓真空開關(guān)合/分閘(接點)信號進人PLC等顯示)。

　　主要畫面有：主菜單和子菜單，軋機速度設(shè)定畫面，軋輥輥徑設(shè)定畫面，軋制程序畫面，軋線組態(tài)和機架控制選擇，軋制狀態(tài)顯示畫面及PLC故障的報警畫面，液壓系統(tǒng)閥狀態(tài)顯示畫面，控軋控冷畫面，幫助畫面等。

　　(3)數(shù)學(xué)模型運算。包括加熱爐優(yōu)化設(shè)定模型、待軋模型、控軋控冷模型等。

　　加熱爐優(yōu)化設(shè)定模型主要是以工藝理論為基礎(chǔ)的物理模型，如新日鐵模型(武鋼1700mm熱連軋引進)，它按剩余在爐時間、現(xiàn)在鋼坯溫度、規(guī)格和要求出爐溫度等參數(shù)，用熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱交換等理論計算鋼坯在爐內(nèi)行進中各點加熱所需的熱量及其相應(yīng)各加熱段、均熱段所需設(shè)定溫度，并由實測鋼坯溫度進行模型自適應(yīng);其他還有使用現(xiàn)代控制理論(如離散狀態(tài)空間模型方法對鋼坯升溫進行計算)和智能控制理論來建模，但現(xiàn)場成功使用不多。在國內(nèi)以工藝理論為基礎(chǔ)的物理模型及使用現(xiàn)代控制理論都在研究，其中如Q-P模型已在多個加熱爐實際應(yīng)用。

　　控軋控冷模型目前都是離線按鋼種、規(guī)格、工藝要求計算所需的冷卻水流量，然后按出口溫度、檢驗數(shù)值、生產(chǎn)經(jīng)驗進行修正，最后形成表格存儲在過程機中，在使用時調(diào)出應(yīng)用。

　　(4)數(shù)據(jù)通信。主要是與基礎(chǔ)自動化、制造執(zhí)行系統(tǒng)等通信

　　三、自動化主要控制系統(tǒng)

　　1、動態(tài)速降補償控制

　　電機系統(tǒng)在突加額定負載時的動態(tài)速降約在5%左右，恢復(fù)時間約在。0.5s之間。上述過渡過程將在機架咬鋼時影響機架間設(shè)定正確的速度關(guān)系，使機架間產(chǎn)生軋件堆積。動態(tài)速降補償系統(tǒng)于咬鋼之前在正常的軋機設(shè)定速度上迭加一速度增量，咬鋼后將上述增量撤銷，從而達到減小或消除動態(tài)速降影響的目的。另一方面，一定量的動態(tài)速降有助于機架間的活套形成，初始套量的大小在一定程度上可通過改變動態(tài)速降補償值進行控制。動態(tài)速降補償量一般不大于軋機額定速度的5000。

　　2、級聯(lián)速度控制

　　采用級聯(lián)調(diào)速是為了使控制系統(tǒng)或操作人員能夠調(diào)整軋線某一對相鄰機架的速度關(guān)系，而不影響軋線其他機架間已有的速度關(guān)系。以成品機架(末機架)作為基準機架，保持其速度不變，并作為基準速度設(shè)定，其前面各機架速度按金屬秒流量相等的原理，自動按比例設(shè)定;在軋制過程中來自活套閉環(huán)控制的調(diào)節(jié)量、手動干預(yù)量，依次按逆軋制方向?qū)ζ淝懊鏅C架速度作增減，從而實現(xiàn)級聯(lián)控制。

　　3、軋線速度設(shè)定自適應(yīng)

　　機架間自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)(活套)產(chǎn)生的速度修正信號反映設(shè)定的機架間速度關(guān)系(延伸率)的誤差，速度設(shè)定自適應(yīng)系統(tǒng)根據(jù)穩(wěn)定軋制時這一誤差的大小修正對應(yīng)機架的延伸率，這一修正后的延伸率將使下一根鋼到來時，機架間的速度配合關(guān)系處于最佳狀態(tài)。

　　為了把操作員的經(jīng)驗溶人自動化系統(tǒng)中，操作員可利用操作臺上的各機架的手動調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕對各機架進行手動調(diào)節(jié)，調(diào)好機架間的級聯(lián)關(guān)系，經(jīng)取而代之后，系統(tǒng)將存儲此時的各機架速度，作為該規(guī)格軋件的級聯(lián)速度設(shè)定。

　　4、級聯(lián)阻斷控制

　　在連軋生產(chǎn)中，節(jié)奏很快，上一根鋼尾還在連軋機組中時，下一根鋼頭已進人粗軋機，為使上一根鋼的級聯(lián)調(diào)速不影響下一根鋼，在鋼尾從第一架軋機離開時，就對第一架軋機速度實行級聯(lián)阻斷控制，即下游軋機速度聯(lián)調(diào)不對第一架軋機起作用，以此類推到下游軋機。當軋件頭部穿過機架并連接下一機架時對應(yīng)自動調(diào)節(jié)級聯(lián)關(guān)系重新接通。

　　5、活套自動控制

　　軋機上的活套是用來檢測和調(diào)整相鄰機架間的速度關(guān)系從而實現(xiàn)無張力軋制的一種手段，適合于軋件截面較小的場合。

　　6、信號聯(lián)鎖控制

　　(1)與軋機潤滑油壓力、流量系統(tǒng)的聯(lián)鎖。每臺軋機都有潤滑油電接點壓力表、油流信號器分別給PLC系統(tǒng)發(fā)油壓和油流信號，當壓力和流量兩信號中任意一個或全部顯示為“過低”狀態(tài)時，經(jīng)0.5s的延時后，如仍處于“過低”狀態(tài)時，除向報警系統(tǒng)發(fā)出信號外，按如下方式進行控制。

　　(2)與電機溫度信號的聯(lián)鎖。每個主傳動電機都有3個溫度接點信號用于指示電機主極溫度、繞組溫度及滾動軸承溫度;當溫度接點指示過高時，向操作臺發(fā)出報警信號，當前軋制的鋼軋完后停車。

　　(3)與電機風(fēng)機溫度、壓差開關(guān)的聯(lián)鎖。每個電機都帶有一個冷卻風(fēng)機。當風(fēng)機出風(fēng)溫度開關(guān)報溫度“過高”信號或風(fēng)機壓差開關(guān)報“過低”信號時，向操作臺發(fā)出報警信號，當前軋制的鋼軋完后停車。

　　四、發(fā)展趨勢

　　新工藝、新設(shè)備促進自動化的進展。例如為了提高棒材的品種、性能與獲得高附加值的產(chǎn)品，棒材生產(chǎn)近來也采用控軋控冷技術(shù);為生產(chǎn)多種規(guī)格的棒材，往往需要“甩軋機，換成替換輥道”等，要求更多的新系統(tǒng)、新數(shù)學(xué)模型。