熱連軋帶鋼免酸洗表面處理線控制系統

馬 峰

(山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003)

1 項目概況

太鋼熱連軋鋼卷表面處理線設計能力為年處理鋼卷50萬噸，其主要功能是使用先進新型環保的無酸表面清潔技術對鋼卷進行表面處理，利用鋼砂、水、水基防銹劑作為工作介質，通過噴射泵對帶鋼表面進行噴射處理，以去除帶鋼表面的氧化物或氧化鐵皮，然后使用氣刀裝置進行氣刀吹干而使帶鋼表面清潔光滑。此工藝代替酸洗、拋丸、高壓水沖洗等傳統處理工序，不僅避免了酸洗工藝對于空氣、水及工人健康的影響，也能很好地避免如拋丸車間的空氣污染等，杜絕了廢棄物的產生，而且介質全部循環利用，鋼卷表面清潔度高，具有更優越的抗腐性能，實現了綠色生產，達到了節能、降耗、環保的目的，滿足了高端用戶和特殊行業的需求。鋼卷表面處理線主要由三部分組成：①開卷、矯直、剪切、卷取等配套設備，由CISDI中冶賽迪、陜壓、太重設計制造；②EPS(Eco-Pickled Surface)表面免酸洗處理單元，由美國TMW公司設計制造(目前太鋼熱連軋廠配置了三個單元)；③鋼卷產品包裝線，由廠家信諾設計制造。

2 EPS表面免酸洗處理單元工作原理

EPS單元由鋼砂篩分系統、水循環系統和噴砂清洗系統三部分組成。鋼砂篩分系統主要設備包括一次沉淀池、二次沉淀池(P1和P2)、運渣池(P3)、旋風分離器；水循環系統主要設備包括磁力分離器水箱、過濾水水箱、廢料渣清理裝置、最終清洗水箱、熱交換器；噴砂清洗系統主要設備包括渦輪室、砂漿渦輪機、射流器、運輸輥道及導向桿、擠干輥、沖洗裝置。

EPS工藝單元的核心是砂漿渦輪機，如圖1所示。砂漿混合物(鋼砂和水)持續不斷地被泵送到渦輪機高速旋轉的葉輪上，朝著帶鋼表面的葉輪外圍是開口的，砂漿混合物流出后噴射到帶鋼表面上。帶鋼表面每秒鐘受到數千次鋼砂打擊，用以除去鋼卷表面的鐵鱗。同時，渦輪室內部的高壓水也噴到帶鋼表面上，將帶鋼表面上的鐵鱗顆粒和鋼砂沖洗掉，回流到鋼砂和鐵鱗分離裝置，并且鋼砂可以重復循環使用。

圖1 砂漿渦輪機

一個EPS單元里有8個砂漿渦輪機，帶鋼上面4個、下面4個，可以覆蓋整個帶鋼寬度。太鋼熱連軋鋼卷表面處理線目前配置了三個EPS單元。

3 EPS處理線控制系統構成和功能

EPS處理線采用兩級計算機控制系統，即基礎自動化控制系統L1和過程控制計算機L2，L1與L2之間通過以太網通訊，控制系統組成示意圖如圖2所示。圖2中，EPC為鋼板對中控制；CPC為鋼板對邊控制；MCC為電氣控制配電柜；PA1、PA2為終端PC；ASW1、ASW2為交換機。

圖2 EPS控制系統

3.1 基礎自動化控制系統L1

L1控制系統采用西門子S7-400 PLC、ET200MET200S分布式I/O模塊(如圖2中的伺服閥液壓站IO站、主操作臺IO站、輔助液壓站IO站和各種閥臺IO站)以及西門子FM458處理器等硬件配置，主要實現生產線的時序控制、速度控制、張力控制、產品跟蹤信息的控制等功能。采用主站PLC/從站ET200結構進行配置，各個系統組成部分主要通過Profibus進行通訊。

SIEMENS S7-400 PLC用于一般順序控制，主要完成輔助系統控制、作業線順序控制、定位控制速度主令、自動分切控制、數據通信、開卷機張力控制、卷取機張力控制等。

EPS免酸洗表面處理線PLC控制系統通過Profinet網絡進行通訊，主要實現帶鋼表面的物理打擊除磷、除磷介質的循環利用及廢物的分離控制等功能。EPS PLC控制功能主要有：鋼砂篩分功能、水循環使用功能、噴砂清洗帶鋼表面PID控制功能、帶鋼表面風干功能、EPS帶鋼表面檢測功能、帶鋼表面光亮度檢測、EPS速度自動設定等。

HMI控制系統由服務器和PC終端組成，通過WinCC工業組態軟件完成HMI的開發及人機畫面顯示，并對部分過程數據進行歸檔。主要功能包括作業線生產狀態模擬顯示、輔助系統狀態顯示、設備狀態顯示、自動化系統運行狀態顯示、鋼卷跟蹤顯示、故障顯示及報警、維護畫面(如設備鎖定)等。表面處理機組顯示畫面如圖3所示。

圖3 表面處理機組顯示畫面

3.2 過程控制計算機L2

過程控制計算機L2采用C/S架構，硬件配置為HP PC服務器(如圖2中的PA1、PA2)，通過Visual Studio 2010開發軟件進行前臺開發，采用Microsoft SQL Server 2008數據庫進行數據存儲，L2控制功能如下：

(1) 生產計劃管理：主要是對鋼卷的數據進行管理，鋼卷數據主要包括鋼卷的規格信息、強度信息以及鋼卷的計劃分卷數據等等。

(2) 產品數據的跟蹤：根據L1控制邏輯的信號，L2完成數據的傳遞，并畫面直觀顯示，同時人工可以進行修正。鋼卷跟蹤提供的功能有鋼卷位置修正、卷號登錄和重量修正。

(3) 設備運行參數的計算、設定及歸檔：根據帶鋼的材質及規格，對設備進行參數的計算和設定，并實現生產規程數據的收集、存儲及讀取發送。

(4) 生產記錄和L1、L2數據的通訊。

3.3 自動化儀表

在卷取卸卷裝置的1號步進梁設置1套鋼卷貿易結算秤，由壓頭、接線盒、稱重終端和特殊電纜、稱重臺架構成。稱重終端安裝在操作室，采用臺面安裝方式。稱量信號送表面處理線的L1系統進行監視，信號通過Profibus-DP傳輸；同時也可在操作臺通過稱重終端進行監視。

4 結束語

太鋼熱連軋廠鋼卷表面處理線的投產，標志著太鋼在帶鋼表面處理的節能環保生產技術上達到了國內領先水平，同時，通過對引進技術的消化吸收，也為下一步自主研發免酸洗工程技術打下了基礎。