唐鋼1810mm熱軋平整分卷自動化控制系統集成開發

【摘 要】介紹唐鋼1810mm熱軋平整分卷自動化控制系統。項目借鑒國內外先進平整機組的經驗進行自主研發，掌握核心技術。對控制系統一級、二級、三級進行整體考慮，然后進行設計和優化，對控制系統硬件和軟件功能進行針對性的集成和研發，開發一、二、三級綜合自動化系統，提高系統自動化程度，改善控制效果，從而實現在線控制與優化的一體化，提高生產效率。

【關鍵詞】熱軋平整分卷 綜合自動化系統 自動延伸率控制 鋼卷跟蹤 TDC

1 引言

近些年來，我國陸續建成了多條現代化的熱連軋板帶軋機機組，隨著鋼鐵冶軋技術及其自動化程度的不斷提高，國內外市場對熱軋板帶質量（如帶鋼的板形、機械性能和表面質量等）的要求也日益嚴格，平整分卷機組作為熱軋成品卷出廠前最后一道工序，對于控制板形，改善力學性能和表面質量起著重要作用，已經成為生產高質量熱軋成品商品板不可缺少的設備。

2 設計方案

硬件方面，本著控制結構簡單，運行穩定高效，備件統一，維護方便的原則進行設計，使用響應速度更快、時間更短的SIMATIC TDC控制器進行自主集成。

軟件方面，主要功能有：基礎自動化的基于軋制力控制的自動延伸率控制；二級過程自動化的平整分卷生產跟蹤系統；二級自動控制與產銷系統通訊程序。同時，針對生產不同種類的產品時，被控對象的不確定性，引入了非線性增益的自適應控制模型，改善控制系統對產品的適應能力。平整分卷控制系統分為一級基礎自動化控制系統和二級過程自動化控制系統兩部分。系統結構圖如圖1所示。

圖1 控制系統結構圖

3 功能技術研發實現

3.1一級自動化系統軟件的功能開發、程序編寫

應用于平整機組的延伸率控制方法主要有基于張力控制的延伸率控制和基于軋制力控制的延伸率控制。由于基于張力控制的延伸率控制，對板帶厚度超過1mm的帶鋼控制效果比較差，所以本系統采用基于軋制力控制的延伸率控制方案。如圖2。

圖2 基于軋制力控制的延伸率控制

延伸率 定義為平整處理前后帶鋼厚度變化的百分比 = h0 - h1 h1 * 100%

其中：h0 為入口帶鋼厚度，h1為出口帶鋼厚度。因帶鋼軋制過程中秒流量相等，在忽略寬展的情況下，有： = l1 - l0 l0 * 100%

其中：l0 為測量周期T內的入口帶鋼通過長度，l1為同一周期內出口帶鋼通過長度。帶鋼長度通過安裝在平整機入口及出口的測量輥上的高精度編碼器測量。

在使用軋制力使帶鋼產生延伸時，軋制過程可以表示為一個由“軋制力調節過程”和“帶鋼變形過程”兩個環節串聯組成的模型。“帶鋼變形過程”反映帶鋼延伸率與平整機軋制力之間的關系。除軋制力外，在軋制過程中還有許多因素會影響帶鋼延伸率，主要包括：帶鋼的材料強度、帶鋼寬度、帶鋼厚度、軋制速度、帶鋼所受的拉力（出口及入口的帶鋼張力差）、工作輥直徑、軋輥與帶鋼間的摩擦。

實際測試表明，雖然上述因素都將影響這一環節的傳遞特性，但該傳遞特性始終非常接近一條過零點的直線，即： = k*F。其中：F為軋制力，k為系統增益，該增益為一個變量，需要在控制過程中實時計算。在控制系統中，將實測的延伸率與設定的延伸率相比較，并將偏差換算成軋制壓力的波動進行調節。如圖3。

圖3軋制模型圖

帶鋼的軋制過程是非常復雜的，目前的軋制數學模型都是在理想條件下，忽略了許多因素簡化金屬成型過程而得到的，所以目前的數學模型很難滿足高精度軋制的要求。這種情況下則需要引入自適應模型以確定受控系統的增益。自適應模型與受控系統具有相同結構并給予相同的輸入信號，將模型輸出與系統輸出進行比較，不斷修正模型的增益值直至兩者的偏差達到最小。

根據自適應模型實時得到的增益系數，計算達到目標延伸率所需的軋制力，與預設定軋制力比較得到軋制力修正量，經限幅后傳送到軋制力控制單元。

3.2平整分卷控制系統二級控制系統基本功能

過程自動化系統的功能主要包括以下幾部分：鋼卷跟蹤，與三級系統進行通訊，軋制計劃管理，生產記錄等。

（1）過程自動化鋼卷跟蹤系統。我們根據系統中的各步驟的工藝要求編寫了子程序和功能塊，主要有跟蹤與三級通訊程序、三級下達生產計劃程序、人工錄入PDI數據程序、生產配方管理程序、跟蹤與一級通訊程序、跟蹤與打捆機、打號機通訊程序、動態鋼卷跟蹤程序，上傳三級生產實際程序，日志記錄程序及系統報警程序等。

（2）二級自動控制與產銷系統通訊程序。系統根據現場實際生產的需要，具體劃分為4大功能塊，一、與產銷一期（L3）系統進行通訊，通訊的內容為從產銷系統進行生產計劃的下達。二、與產銷系統進行通訊，通訊的內容為現場鋼卷生產的實際數據（實際重量，生產時間，結束時間，班次，卷數等），將這些數據傳遞給三級產銷系統。三、與產銷系統進行通訊，通訊內容為二級的拒絕卷信息。四、與產銷系統進行通訊，通訊內容為生產線上的生產停機信息。此4大模塊將現場生產的實際情況完整的反映給三級系統，以便三級系統及時調整生產計劃，提高生產效率。

4結語

系統投入運行以來，控制精度高，穩定可靠，功能完善，監控操作靈活方便。帶身厚度公差控制在0.03mm內，延伸率公差控制在2%以內，屈服強度為600MPa時，平直度改善情況如表1所示。

系統自動化程度高，實現了自動換輥、自動上卷、自動卸卷等功能，大大節省了操作時間，提高了生產效率，同時也減少了操作人員的勞動強度。生產線消除了來料的浪形缺陷，改善了帶鋼的平直度和機械性能，產品的板形良好、卷形整齊無塔形、深受廣大用戶的好評，同時也創造了可觀的經濟效益和社會效益。可應用于平整分卷生產線的新建及技術改造，前景廣闊。

參考文獻：

[1]中國金屬學會熱軋板帶學術委員會.中國熱軋寬帶鋼軋機及生產技術，冶金工業出版社，2002.

[2]白振華.平整機軋制工藝模型[M].冶金工業出版社，2010.

[3]屈爾慶.平整分卷生產線過程自動化控制系統設計.世界金屬，2013.

作者簡介：趙曉曦（1982—），男，河北唐山人，本科，工程師，長期從事PLC編程調試工作，主持參與過棒材、熱軋寬帶、熱軋平整分卷、焦化、冷軋鍍鋅線工程。