1450連退機組快冷段風機平衡控制改進實踐

李義，何天慶，姜大鵬，劉英明，昌亮

（鞍鋼股份有限公司冷軋廠，遼寧 鞍山 114021）

現代冷軋板材對于表面質量的要求越來越高，因此對設備的穩定運行和功能精度的要求也越來越高。鞍鋼股份有限公司冷軋廠4#線擁有一條連續退火生產線，該連續退火機組集清洗、退火、光整、分卷工藝于一體，能夠節省大量的中間環節、降低剪切廢料，生產效率顯著提高。但是在連退爐快冷段鋼板很容易出現擦劃傷，嚴重影響了產品質量。

1 存在的問題及原因

連退機組的重要組成部分連退爐是由預熱段、加熱段、緩冷段、快冷段、時效段、終冷段、水淬槽等組成。冷軋板在經過連退爐區處理后，鋼板性能達到了退火工藝要求。快冷段是鋼板在加熱后快速冷卻的區域，快冷區域有3組可以獨立控制對鋼板上下表面冷卻的雙風機系統，共6臺變頻風機。以其中1組快冷控制為例分析，由于原系統采用的是2臺風機分別給鋼板上下表面進行冷卻，采用鋼板表面溫度閉環控制方法，將設定溫度與實際溫度比較后，經PID控制輸出到變頻風機，通過調節風機轉速，對鋼板進行溫度調節。而2臺風機的特性不可能完全一致，因此在風機噴嘴處產生的壓力也不完全一致，導致鋼板易偏向壓力較小的一側，造成帶鋼與噴嘴之間產生擦劃等問題，損傷鋼板表面。嚴重的還可能造成鋼板刮破裂口、斷帶，造成比較大的設備生產事故。因此必須對該控制系統進行優化改進，使2臺風機在噴嘴出口處壓力相等，在鋼板的上下表面形成的壓力相同，不產生偏移，保證鋼板的表面質量和生產的安全。

2 解決措施

如果能將鋼板上下表面的壓力保持同步調整，就可以實現鋼板上下表面壓力一致，避免鋼板產生偏移，從而解決鋼板擦劃問題。

2.1 現有系統的組成

連退爐區工藝控制系統是一套基于西門子公司PCS7的控制系統，主要包括硬件和軟件兩部分，通過工業以太網與中央控制器、HMI人機畫面信息系統相連。其配置如圖1所示：

圖1 連退爐控制系統圖

2.1.1 硬件部分

連退爐控制系統硬件主要包括：

（1）中央處理器：采用SIMATIC S7_417 PLC。S7_417是西門子公司S7系列PLC的一種，是西門子公司專門開發的高可靠性PLC,適用于安全性要求較高的地方。

（2）變頻器：采用6SE7037-0EK60變頻風機，起到調節出風壓力作用，使鋼板的降溫達到要求。

（3）操作界面：采用WINCC制作的操作界面，啟停均由界面觸屏操作。

（4）風機動力：電機采用400 kW，1500 r/min變頻電機。

2.1.2 軟件部分

軟件部分即風機控制程序，主要包括兩部分：

（1）該風機平衡控制是建立于原有控制改進程序，采用CFC語言進行編程，利用工廠模式進行目錄式管理，每臺風機擁有自己的一個控制模塊。

（2）其他輔助程序，主要是畫面編程和功能鏈接。

2.2 實現平衡控制程序思路

2.2.1 壓力平衡控制思路

造成鋼板上下表面壓力不平衡的原因是因鋼板上下表面2臺風機特性不可完全一致，為了消除這種差異，避免鋼板上下表面的任何壓力不平衡，在鋼板上下表面風機的出口新增2個壓力傳感器，對風機的出口壓力進行實時檢測，且對風機進行閉環控制，以達到鋼板上下表面壓力平衡的目的。

2.2.2 控制程序改進思路

原控制系統如果一側風機速度達到最大值，該側噴嘴壓力不再上升，而另一側風機速度還有提升空間，就會造成鋼板上下表面壓力不平衡。將鋼板上下表面壓力檢測值采集到控制系統中，進行分析對比。當風機的速度低于最大速度值100%的時候，風機速度設定值就是系統由鋼板溫度傳感器反饋的值換算出來的風機輸出給定值，控制鋼板上下表面風機壓力一致即可。如果一臺風機速度達到100%，導致風機出口壓力不能再提升，則利用邏輯比較觸發設定值切換，將此壓力值引入作為另一側電機的壓力設定值，對該電機速度進行控制，進而實現該側壓力與前面的壓力保持一致。比如鋼板上表面風機速度反饋達到100%，那么，另一側風機的壓力設定值就限定在鋼板上表面風機的出口壓力值,以達到鋼板上下表面風機的壓力值相等的目的。

通過以上控制可以保證在2臺電機能力達到極限的條件下,實現鋼板上下表面的壓力均衡。同時對鋼板上下表面兩側壓力差進行監控，防止異常原因導致事故發生。目前壓力設定值為0.5 KPa超過20 s即進行報警提示。其邏輯控制見圖2。

圖2 邏輯控制圖

2.3 改進后系統

2.3.1 設計方案

根據生產的要求以及連退機組加熱爐實際情況，在上下表面風機出口各自新增壓力傳感器，對出風口壓力進行檢測，通過上下表面的風壓檢測且在爐子的新增程序中進行邏輯控制以實現上下表面風機出口壓力相等。

（1）在風機出口新增壓力傳感器，檢測快冷風機噴嘴處壓力實際值。

（2）采用西門子CFC系統進行編程，在CFC中編制控制接口，加入PID控制器模塊，引入鋼板上下表面風機壓力檢測值對比邏輯運算處理，并且在檢測過程中引入風機壓力極限值，以限定一側風機達到最大值的時候可以使另一側風機進行能力限定，實現2臺風機的平衡控制連鎖。

（3）將外部信號，比如斷路器合閘信號，風門關閉信號通過CFC接入程序，利用編程將啟動條件與風門之間建立連鎖。

2.3.2 參數設置

（1）風機啟動風門關閉時間設為15 s（根據風機起動電流平穩狀態設定）。

（2）由于風機不能長時間工作在變頻極低的速度下，長期低頻運轉會導致電機發熱嚴重，因此風機運行速度范圍設定為10%～100%。

（3）風機控制的PID參數依據鋼板表面溫度控制目標值的到達時間及穩定度設定，相關參數為 P=8、I=3 s、D=0。

2.3.3 風機運行流程

（1）系統啟動時，由畫面操作啟動該風機，風機系統首先檢查各安全部件是否正常，翻板位置是否正確，然后該風機系統啟動。

（2）風機系統首先發出關閉風門指令，以減少風機啟動負荷。

（3）系統檢測風門關閉后，啟動風機運行指令。

（4）啟動風機后15 s系統發出打開風門指令。

（5）溫度控制模式由系統所帶的鋼板表面高溫檢測計進行測量反饋，與要求的設定溫度進行比較，對快冷段風機轉速進行PID控制。以調節風機的運轉速度，給定風機的壓力輸出,進而控制鋼板表面溫度。

（6）風機壓力控制經由風機壓力控制設定點和實際風機速度比較。保證鋼板上下表面的2臺風機輸出相同的壓力，以保證鋼板上下表面承受的風壓均等。

3 風機控制系統改進效果

快冷段風機控制系統改進后，極大地改善了連續退火爐的冷卻段風機的平衡性，解決了以往出現的快冷噴嘴擦刮鋼板現象。

改進前按每次生產的產品出現擦劃傷30 m每月出現10次，每月產生的廢品就有300 m，改進后因快冷噴嘴擦刮鋼板產生的廢品基本為零。

4 結語

通過改進快冷段風機控制系統，可以防止鋼板偏移中心線，避免鋼板表面與快冷噴嘴之間發生劃擦，消除了鋼板斷帶的可能性，從而提高了帶鋼的表面質量和機組的成材率。