模擬軋鋼功能在軋鋼生產線應用中的優點與不足

呂偉亮

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063000）

目前軋鋼企業設備裝備水平和自動化控制水平已經達到了一個非常高的高度，軋制節奏不斷的加快，產量不斷的創新高，且軋制品種也不斷的增加，這對整個設備系統和自動化控制系統提出非常高的要求；要能夠保證設備系統和自動化系統穩定可靠的運行，這對工藝設備技術人員帶來了很大的挑戰，除了日常對這些系統精心維護和知識積累的掌握外，還需要一定的故障排查與預防能力；而模擬軋鋼功能在軋鋼生產中的應用，給工藝設備技術人員帶來了一定的便利，它能幫助工藝人員優化和調整各種工藝參數，幫助設備人員掌握設備系統狀態，排解設備故障；尤其是在設備檢修后能夠快速了解各設備的運行狀態，是否具備軋鋼條件，減少了檢修開始軋制后軋廢事故的發生；總之，模擬軋鋼功能給生產系統、設備系統和自動化控制系統的穩定運行提供了可靠的手段和保證，軋鋼生產中有著舉足輕重的作用。

1 模擬軋鋼功能原理

模擬軋鋼中的所謂模擬，就是通過計算機控制系統模擬產生的信號來代替現場實際信號，使得軋鋼生產線設備的自動控制功能按照現場生產工藝、邏輯來運轉，以此來檢測軋線控制功能或設備動作的正確性和完善性。模擬軋鋼基本原理如圖1所示。

圖1 模擬軋鋼的基本原理

圖2 模擬功能的實現

在現代自動化集成度非常高的軋鋼生產線上，軋制節奏非常快，對產品質量也提出了更高的要求。而在計算機控制系統中有一個非常關鍵的程序，它對產線全部功能控制程序的運行起到協調調用的作用，該關鍵程序就是跟蹤程序。跟蹤程序是對軋線上工藝檢測儀表（熱金屬檢測器HMD或冷檢CMD及高溫計和特殊儀表等）和軋機的“咬鋼”信號（LR）狀態進行信號仿真，從而模擬出鋼坯在軋線上實際位置和運行狀態，從而達到相關控制功能的調用并進行相關控制的目的。在實際的生產軋制中，工藝檢測儀表狀態改變，如HMD或CMD及高溫計和軋機“咬鋼”信號（LR）的“ON/OFF”狀態信號的改變，主要是根據實際帶鋼到達和離去該儀表的狀態而變化（除少數HMD誤動作除外）。

對于模擬軋鋼來說，整個軋線上并無真實的帶鋼在軋線上運動，而要產生HMD（CMD）和軋機“咬鋼”信號（LR）“ON/OFF”等工藝檢測儀表狀態信號的變化，這就需要模擬軋鋼功能依據跟蹤控制程序的時序來虛擬產生相應的信號，用來控制相應設備動作來達到相應控制功能的目的。

軋鋼生產線按照工藝流程大致可以分成三大區域，分別為粗軋、精軋、卷取，模擬軋鋼功能就是在上述區域分別來實現或整體實現的，因此基礎自動化也就是一級控制系統形成了局部模擬功能，即粗軋模擬功能、精軋模擬功能、卷取模擬功能，在這三個區域模擬的基礎上形成一級自動化層面模擬軋鋼。另外，考慮到二級計算機過程控制級的模擬功能主要為計劃管理、由大量事件觸發的過程控制、跟蹤、模型設定等，因此將軋線二級計算機控制級模擬分為計劃模擬、出鋼模擬、軋制事件模擬，以此形成一個軋線二級計算機控制層面模擬系統。

2 模擬軋鋼功能中的不足

模擬軋鋼功能可驗證測試的控制功能有:過程機模型設定計算、軋制線跟蹤、全軋線APC程序、所有輥道控制、軋機和有關設備的順序控制、主速度控制。而不能進行模擬運行的功能有AGC程序、卷取溫度控制CTC程序、精軋活套高度閉環和張力控制。不能模擬原因在于這些程序屬于模擬調節器控制，需要現場大量的反饋信息，例如壓力、溫度、張力等模擬儀表信號沒有輸入，使程序不能有效運行。

在線工藝檢測儀表（HMD、高溫計、測寬儀、測厚儀、表檢儀）無法正常產生測量信號，無法通過模擬軋鋼測試來獲得這些信號的正確與否；工藝儀表信號的檢得檢失、而工藝儀表信號實際的檢得檢失是依靠實際帶鋼的自身熱源觸發產生，也就是這些儀表必須在達到一定溫度才能使其產生信號。模擬軋鋼功能是通過跟蹤程序來觸發軋線上各HMD和LR的信號變化；而實際軋鋼時，該部分信號是無法保證準確產生，一旦無法正常產生，就會造成自動控制時序的混亂，導致堆鋼事故的發生。因此，模擬軋鋼功能雖然能夠測試并檢驗絕大部分設備的狀態，但一部分關鍵信號和關鍵區域設備仍無法準確獲知狀態好壞，這就需要對此部分設備或信號進行重點的檢查確認。

與其他系統的接口信號測試無法代表真實信號的準確性，比如，主軋線與加熱爐出鋼完成信號，通過模擬無法達到真實出鋼完成信號是否能夠發送給主軋線控制系統，造成主軋線無法自動要鋼成功。另外各軋鋼廠鋼卷運輸系統和主軋線大部分采用兩套控制系統，存在一定的系統接口信號的通訊，而兩個系統都有一套單獨的模擬測試系統，而系統之間卻存在一定的盲區，即運卷小車的動作是兩個系統模擬都不包含的部分，因此運卷小車設備好壞無法通過模擬準確得知。

3 預防模擬軋鋼功能中存在的不足

如何確保上述設備功能及信號的準確？對于熱檢（HMD或CMD）、高溫計此類檢測儀表，要保證檢測信號的準備性，這就需要在正式軋制生產前，對此部分儀表要專項檢查測試，要采用熱光源在現場實際測量，看熱檢、高溫計的檢得檢失情況；若同一位置存在兩套傳感器，還要測試兩套傳感器信號的同步性及偏差情況，對于不同步出現偏差，要進行照射角度及靈敏度的調整，確保一致性；同時要保證此部分儀表工作環境的正常，儀表冷卻水和儀表吹掃空氣的正常運行，無漏點；保證安裝固定無松動，接線緊固無脫落。

軋機“咬鋼”信號（LR）的準確性，主要是檢查軋機壓頭傳感器或油壓傳感器工作正常，因為“咬鋼”信號（LR）的產生完全是依靠軋機壓力傳感器檢測壓力大于設定的門檻值所確定，因此軋機壓力傳感器的工作狀態好壞直接影響信號的產生。對于軋機壓頭傳感器或油壓傳感器的檢查，要確保無報警，檢查壓力無偏差漂移現象，現場的接線防護牢固無松動。

對于不能模擬的功能如AGC程序、卷取溫度控制CTC程序、精軋活套高度閉環和張力控制。主要是保證上述功能對應PLC硬件系統和軟件系統運行的正常無報警，相應的檢測傳感器運行正常無報警；對于存在多傳感器檢測部位，要保證其數值的一致性。

對于與其他系統的接口信號測試，要單獨的把測試信號實際測試發送一下，看雙方系統是否能夠正常發送和接收，保證通訊網絡的正常以及通訊信號的準確性；對于像鋼卷運輸系統與主軋線系統模擬所不包含的設備，要單獨進行手動測試，要形成規定要求；在模擬測試完成后，必須進行手動運卷小車的接卷、運卷、放卷的整個運卷過程的一個循環動作。在該過程查看設備是否動作正常，是否有設備報警或機械干涉現象，一旦有異常部位及時查看，避免正式軋鋼生產時由于運卷小車故障而無法卸卷運輸的故障，甚至因此造成的軋線停產。

4 結論

總之模擬軋鋼功能給生產系統、設備系統以及自動化控制系統的穩定順行提供了可靠的手段和保障，避免了由于沒有模擬軋鋼功能而心中無數，甚至有盲點而未知的情況下，直接實物軋制造成的鋼坯損耗，更加嚴重的能夠對設備運轉造成大的沖擊，模擬軋鋼功能發揮了非常重要的作用；但對于模擬軋鋼功能所暴露出的不足，按照對關鍵系統、關鍵信號、關鍵設備進行檢查檢測，做到標準操作，就能夠做到實際軋制時關鍵跟蹤信號的準確性，關鍵設備動作的正常，避免了跟蹤異常混亂甚至堆鋼的事故發生。