酸軋機組主速控制系統分析與研究

唐山鋼鐵集團微爾自動化有限公司 黃彩虹

酸軋機組主速控制系統分析與研究

唐山鋼鐵集團微爾自動化有限公司 黃彩虹

以某1700mm酸軋機組建設項目為背景，在查閱了國內外大量相關文獻的基礎上，通過對酸軋機組的主要設備參數、生產工藝流程、儀表配置的了解，選擇了Siemens軟件平臺，確定了整個自動控制系統的硬件配置、網絡組態并進行程序編寫。在現場實踐過程中，主要研究了酸軋機組中的主速度控制系統，其中主速控制系統包括來自二級的預設定值處理、軋機速度控制加減速等主要功能。通過PLC編程實現了各個控制功能的實際應用，對動態變規格進行深入的研究、給出了軋制過程中變規格的改變時間點和參數的表格、得出了動態變規格技術的調節方法、控制模式和計算方法。

速度控制；加減速；二級設定

0 前言

到目前為止，許多大型鋼鐵企業引進的酸軋聯機生產線的主要供應商有日本日立公司、西門子奧鋼聯公司等。這些公司提供的自動化控制已經囊括了世界上所有掌握冷軋帶鋼生產核心技術。

本文依托于1700mm酸軋聯機工程項目，該機組的產品主要為冷軋產品，整體設計為國際先進水平，軋機采用德國SIEMENS VAI設備。酸軋機組形式為五機架全6輥軋機，每架軋機均具有工作輥正負彎、中間輥正負彎和中間輥串輥的功能。本機組機架的最大軋制力為3500T；軋機入口段的最大速度為400m/min，通過焊縫時的最大軋制速度及飛剪剪切的最大軋制速度均為300m/min，通過檢查站的最大在線剪切速度為150m/min，軋機出口最高速度為1350m/ min，卷取速度最高可達1400m/min。

1 工藝描述

酸軋機組工藝設備選用世界先進的供應商SIEMENS VAI公司，軋機段機械設備采用當今世界最先進的UCM型軋機，1～5機架全部為六輥軋機，軋制力液壓缸為壓下方式，工作輥和中間輥具有正負彎輥能力，中間輥具有橫移功能，酸軋機組的軋機具有出色的板形和厚度調控能力，酸軋機組在軋機段安裝了共計4臺測厚儀、1臺激光測速儀、6臺張力計等特殊儀表。除此之外，板形控制系統配置有先進的BFI板形測量系統，并采用實時數據采集分析，智能模糊控制等策略，最終達到控制板形精度的目的。

酸軋機組的主要工藝流程：經過酸洗段開卷機開卷、矯直、焊接、酸洗、漂洗、切邊后，依次經過入口張力輥、糾偏單元、五機架軋機，在飛剪處剪切焊縫，完成上一卷帶鋼的軋制；同時，下一卷帶鋼的頭部穿帶進入到卷取機的穿帶芯軸，開始下卷帶鋼的軋制。在整個軋制過程中實現了冷軋帶鋼自動穿帶、軋制、甩尾、卸卷的全部過程。

在上述的酸軋機組生產工藝流程中，帶鋼需要按照來自過程控制計算機（Level 2）設定的速度和張力以及軋制力，完成整條生產線連續穩定地運行。這些來自過程控制計算機（L2）的預設定數據是根據熱軋來料的鋼種（Coil Grade）、鋼卷長度（Coil length）、鋼卷寬度(Coil width)等數據通過二級模型計算得出。本機組設備的主要的控制有：酸洗段入口活套、中間段活套、出口活套的位置控制及張力控制、開卷機和卷取機的順序控制、張力控制和卷徑計算、液壓輥縫控制、生產線的速度控制、自動厚度控制及自動板形控制等。

2 主速控制的研究與分析

2.1 軋制的速度控制

在酸軋機組的速度控制中，過程控制計算機根據熱軋來料鋼種、帶鋼寬度、帶鋼厚度等給出對應機架的軋制線速度設定以及AGC功能計算出的速度比分配給各機架軋機的線速度，并將各架軋機的線速度轉換成軋輥轉速發送給主傳動。同時，軋機主速控制功能還將發送加減速轉矩補償及摩擦轉矩補償等轉矩補償給主傳動。

機架速度控制（SSRH）的速度值主要是通過來自L2的預設定和一些補償值計算得出的。在本機組中，5#機架為主速機架，速度值不需要補償。1-4號機架的速度補償主要是通過操作工手動調節速度、自動輥縫控制AGC補償、經驗值補償、自動張力控制補償。這些補償值將復位動態變規格FGC值。

經驗值補償：例如：AGC補償4#機架SSRH4的值為1%，在SSRH3的補償值保證SSRH3和SSRH4之間的速度比不變。SSRH2和SSRH1也是這種補償方式。

在軋制過程中穿帶速度一般設定為50mpm，軋制的最高速度為1400mpm，自動剪切速度為260mpm。

生產線操作室可通過以下按鈕對生產線進行速度控制：

保持：生產線上加速減速，這個功能能夠保持某個中間速度。

穿帶：生產線啟動后自動加速到一個由軟件設定的預定速度（一般設定為50mpm），如果生產線運行，這個按鈕使生產線減速到穿帶速度。

加速：生產線加速到一個預定的速度，這個預定速度可由操作員調整到最大速度。斷電停車（Power stop）：停車可由通過觸發帶硬線繼電器回路的電源供電來實現。

緊急停車（Emergency stop）：通過關閉帶硬線繼電器回路的傳動命令，以傳動中設定的減速來實現停車，然后在一定延時后電機側的抱閘再打開。

快速停車（Quick stop）：通過PLC中的應用程序以最大減速度實現停車，同時保持每個電機之間的速率。

正常停車（Normal stop）：通過PLC應用軟件設定的速度停車，同時保證鋼帶質量。軋機速度控制的操作的優先順序：緊急停車＞快速停車＞正常＞穿帶＞保持＞

運行，優先權是當2種模式同時選擇時哪個模式是首選的判斷。例如，在運行期間“停止”被操作時，軋機停車。

2.2 機組速度控制加速和減速的計算

（1）加減速曲線（如圖1所示）

在軋機加速和減速期間平穩的改變速度來防止不適當的張力。來自MRH的一個速度參數將在下邊的列表中以S-CURVE的形式表示出。S曲線的單位時間大約是0.5秒（由軟件定義變量）。

圖1 加減速S-曲線

（2）加減速時間

完成加減速所需的時間主要分為三個檔次：高（完成加減速需要時間為23.3秒）、中（完成加減速需要時間為需要31.1秒）、低（完成加減速需要時間為需要46.6秒），軋機的加減速計算分別為：1400mpm/23.3sec，1400mpm/31.1sec，1400mpm/46.6sec。軋機段快停的減速度：1400mpm/15.6sec；軋機段快停的緊急減速度：1400mpm/13sec；加減速時間曲線如圖3所示。

在整個軋制過程中能夠實現自動加速、減速過程，當帶鋼到達軋機入口時，軋機開始自動減速，減速到剪切速度后，開始在線自動剪切（f l ying shear cut），剪切結束后自動提高軋制速度。

3 結束語

經過一年多的現場運行，以提高軋制產品厚度和板形精度為目標，對冷連軋過程中的主速調節進行了深入研究。優化了一套適用于冷連軋的主速度控制系統，將該控制系統方案和控制策略成功應用于1700mm酸軋聯機生產線，主速控制順利投入使用，現場應用取得了良好的控制效果。

黃彩虹（1982—），河北唐山人，大學本科，現就職于唐山鋼鐵集團微爾自動化有限公司，主要從事信息自動化系統維護、優化及開發工作。