中小型軋線超細晶粒鋼自動控制系統開發

張亮

摘 要：中小型軋線由粗軋機組、中軋機組和精軋機組組成，控制系統主要包括主速度級連控制、測長控制及中、精軋區活套控制。在超細晶粒鋼的系統開發中需要增加對淬冷設備水泵和閥門的控制，用淬冷設備替代精軋區域的11號和12號軋機，對軋機的活套控制、速度控制和成品測長等進行重新整定。棒材線超細精粒鋼自動控制系統的開發主要就是完善增加系統的控制，解決由于淬冷設備的投入而可能出現的一系列問題，以實現原有的控制功能。

關鍵詞：超細晶粒鋼；活套控制；速度級聯

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.042

1 綜述

中小型車間自動化控制系統采用ABB Master系統，由多個AC450RMC過程站和PPA監控系統組成。此軋線系統主要由18臺軋機組成，包括粗軋區域6臺軋機，中軋區域6臺軋機，精軋區域6臺軋機，此外還包括3臺剪子以及各軋機間的設備檢測元件。在超細晶粒鋼的控制系統調試中，用淬冷設備替代精軋區域的11號和12號軋機，需要增加穿水淬冷系統的控制部分，比如流量調節閥和各個切斷閥的控制，通過調節水流量來控制軋件在此區域的速度并調整軋件溫度。穿水淬冷設備除了出入口外是一個密封的系統，因此原有的活套掃描儀檢測不到軋件，只能靠模擬原有檢測信號以完成整個系統的速度級聯控制及軋件的測長控制。

2 穿水設備功能實現

在軋線區域增加三個水閥：開關閥V1、溢流閥V2、開關閥V3，操作畫面上增加超晶細粒鋼的穿水監控等功能。增加一個流量檢測點和一個壓力檢測點在進水管道上，可以根據流量或者壓力來進行PID調節控制閥的開口度，并以此來控制軋件的溫度及其搬運速度。

在11號軋機前，將檢測軋件位置的檢測元件由活套掃描儀換型為熱金屬探測器（HMD），用來控制三個水閥的啟停。設定淬冷設備到HMD的距離為L1， 2#剪到HMD的距離為L2，軋件的搬運速度為V。

t1=L1/V

t2=L2/V

軋制精細粒鋼時，為減少冷卻水對管道及水閥的沖擊，調節閥應在任意時間內應保持一定的開口度：不軋鋼時，開關閥V1、V3常閉，溢流閥V2常開；軋鋼時，在HMD檢測到軋件后，開關閥V1、V3延時t1-0.3秒打開，溢流閥V2延時t1秒關閉。HMD檢測不到軋件后，延時t2秒后，所有調節閥恢復初始狀態。

3 軋線速度級聯及測長

在軋線區域替換11號和12號兩臺軋機，切斷了軋件控制系統中軋鋼的連續性，所以需要在實際的軋制過程中不斷進行速度調整，從而實現淬冷設備和軋機速度的匹配。

3.1 上游主速度參考值級聯

在工藝計算時，首先需設定成品軋機的MCCU值，然后根據系數R向前推算各工作軋機的速度，計算公式為： MCCUn-1=MCCUn/Rn（MCCU：主速度上游級聯值，成品軋機的MCCU為定值）。

用淬冷設備替代11號和12號軋機后，需要在軋機速度級聯的控制上做相應的調整，2#剪前由12號軋機改為10號軋機。故10號軋機的MCCU值理論上應該由13號軋機的MCCU值及系數R來確定，但因為10號軋機和13號軋機間經過了淬冷設備，其速度值也會有相應的衰減，因此還需要適當調整10號軋機的MCCU值。根據多次的實驗結果，確定穿水水壓與此修正值成比例關系。

3.2 上、下游比例調節速度級聯

上、下游比例調節速度級聯分別向上游軋機和下游軋機傳遞速度調節量，由自動活套控制產生此調節量的值，計算公式及公式中所用縮寫意義如下：

上游軋機： PCCUn-1=（PCCUn/Rn）+LPROPUn（正常狀態下，設定成品機架的PCCU為0）

下游軋機： PCCDn+1=（PCCDn+LPROPD n+1）*R n+1（正常狀態下，PCCDn為0）

PCCU：比例上游級聯調節值

LPROPU：自動活套控制產生的上游比例調節值

PCCD：比例下游級聯調節值

LPROPD：自動活套控制產生的下游比例調節值

10號軋機PCCU值與MCCU值的計算一樣，需要甩開11號和12號軋機，由13號軋機的PCCU值、系數R及LPROPD比例調節值來確定。計算公式如下：

上游軋機： PCCUn-3=PCCUn/Rn+LPROPUn

下游軋機： PCCDn+3=（PCCDn+LPROPDn+3）*Rn+3

級聯調整完成后，計算軋機的最終速度參考值并直接發送給變頻系統。計算公式如下：

MATSPn=MCCUn+PCCUn+PCCDn。

3.3 測長功能修正

軋件測長的穩定性和準確度依賴于輥道上的檢測元件，在淬冷設備替換11號和12號軋機時，需要模擬12號軋機前的檢測信號BZ和S2剪子前的檢測信號BC，并做好后面檢測元件的誤信號切除及信號強化等工作。穿水淬冷設備安裝后，12號軋機前的活套掃描儀無法檢測到軋件，為更好的跟蹤定位軋件位置，在11號軋機前安裝一個HMD，設定12號軋機前活套掃描儀到HMD的距離為L，軋制速度為V，則12號軋機前的檢測信號BZ可用此HMD加L/V秒延時來進行模擬。

軋件頭部到達12號軋機前活套掃描儀（由HMD加延時模擬）后啟動修正長度計數器，計數器由最后一架軋機的設定速度VSRF來進行積分；當S2剪子前的檢測信號BC檢測到棒材頭部時讀取計數器內的測量值L。由測量值L和實際值L_SET（BZ與BC之間的距離）進行比較得出設定速度與實際速度的比例系數K，同時對K進行高/低限比較（設定區間為0.9—1.1），如果K超出設定區間，系統產生速度偏差報警。在連軋過程中取十次的比例系數K進行加權求平均值，用以確定軋制過程中設定速度與實際速度的偏差系數Ksp，用于測長積分的速度值為：Vsp=VSRF*Ksp

4 系統運行效果

在棒材線超細晶粒鋼的生產中，通過動態跟蹤、信號模擬等措施，最大限度地減少了軋機速度級聯控制、軋件測長計算以及剪切中所出現的誤差，在不影響原來的生產節奏的前提下，有效地提高了成材率。

參考文獻：

[1]棒材超細晶粒鋼自動控制系統的研發[J].計算機光盤軟件與應用.

[2]軋線控制技術研究與應用[J].機電信息.