【摘 要】介紹唐鋼1810mm熱軋平整分卷自動(dòng)化控制系統(tǒng)。項(xiàng)目借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)平整機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行自主研發(fā)，掌握核心技術(shù)。對(duì)控制系統(tǒng)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)進(jìn)行整體考慮，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，對(duì)控制系統(tǒng)硬件和軟件功能進(jìn)行針對(duì)性的集成和研發(fā)，開發(fā)一、二、三級(jí)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，提高系統(tǒng)自動(dòng)化程度，改善控制效果，從而實(shí)現(xiàn)在線控制與優(yōu)化的一體化，提高生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】熱軋平整分卷 綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 自動(dòng)延伸率控制 鋼卷跟蹤 TDC

1 引言

近些年來，我國(guó)陸續(xù)建成了多條現(xiàn)代化的熱連軋板帶軋機(jī)機(jī)組，隨著鋼鐵冶軋技術(shù)及其自動(dòng)化程度的不斷提高，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)熱軋板帶質(zhì)量（如帶鋼的板形、機(jī)械性能和表面質(zhì)量等）的要求也日益嚴(yán)格，平整分卷機(jī)組作為熱軋成品卷出廠前最后一道工序，對(duì)于控制板形，改善力學(xué)性能和表面質(zhì)量起著重要作用，已經(jīng)成為生產(chǎn)高質(zhì)量熱軋成品商品板不可缺少的設(shè)備。

2 設(shè)計(jì)方案

硬件方面，本著控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定高效，備件統(tǒng)一，維護(hù)方便的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用響應(yīng)速度更快、時(shí)間更短的SIMATIC TDC控制器進(jìn)行自主集成。

軟件方面，主要功能有：基礎(chǔ)自動(dòng)化的基于軋制力控制的自動(dòng)延伸率控制；二級(jí)過程自動(dòng)化的平整分卷生產(chǎn)跟蹤系統(tǒng)；二級(jí)自動(dòng)控制與產(chǎn)銷系統(tǒng)通訊程序。同時(shí)，針對(duì)生產(chǎn)不同種類的產(chǎn)品時(shí)，被控對(duì)象的不確定性，引入了非線性增益的自適應(yīng)控制模型，改善控制系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的適應(yīng)能力。平整分卷控制系統(tǒng)分為一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和二級(jí)過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)兩部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 功能技術(shù)研發(fā)實(shí)現(xiàn)

3.1一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)軟件的功能開發(fā)、程序編寫

應(yīng)用于平整機(jī)組的延伸率控制方法主要有基于張力控制的延伸率控制和基于軋制力控制的延伸率控制。由于基于張力控制的延伸率控制，對(duì)板帶厚度超過1mm的帶鋼控制效果比較差，所以本系統(tǒng)采用基于軋制力控制的延伸率控制方案。如圖2。

圖2 基于軋制力控制的延伸率控制

延伸率 定義為平整處理前后帶鋼厚度變化的百分比 = h0 - h1 h1 * 100%

其中：h0 為入口帶鋼厚度，h1為出口帶鋼厚度。因帶鋼軋制過程中秒流量相等，在忽略寬展的情況下，有： = l1 - l0 l0 * 100%

其中：l0 為測(cè)量周期T內(nèi)的入口帶鋼通過長(zhǎng)度，l1為同一周期內(nèi)出口帶鋼通過長(zhǎng)度。帶鋼長(zhǎng)度通過安裝在平整機(jī)入口及出口的測(cè)量輥上的高精度編碼器測(cè)量。

在使用軋制力使帶鋼產(chǎn)生延伸時(shí)，軋制過程可以表示為一個(gè)由“軋制力調(diào)節(jié)過程”和“帶鋼變形過程”兩個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的模型?！皫т撟冃芜^程”反映帶鋼延伸率與平整機(jī)軋制力之間的關(guān)系。除軋制力外，在軋制過程中還有許多因素會(huì)影響帶鋼延伸率，主要包括：帶鋼的材料強(qiáng)度、帶鋼寬度、帶鋼厚度、軋制速度、帶鋼所受的拉力（出口及入口的帶鋼張力差）、工作輥直徑、軋輥與帶鋼間的摩擦。

實(shí)際測(cè)試表明，雖然上述因素都將影響這一環(huán)節(jié)的傳遞特性，但該傳遞特性始終非常接近一條過零點(diǎn)的直線，即： = k*F。其中：F為軋制力，k為系統(tǒng)增益，該增益為一個(gè)變量，需要在控制過程中實(shí)時(shí)計(jì)算。在控制系統(tǒng)中，將實(shí)測(cè)的延伸率與設(shè)定的延伸率相比較，并將偏差換算成軋制壓力的波動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。如圖3。

圖3軋制模型圖

帶鋼的軋制過程是非常復(fù)雜的，目前的軋制數(shù)學(xué)模型都是在理想條件下，忽略了許多因素簡(jiǎn)化金屬成型過程而得到的，所以目前的數(shù)學(xué)模型很難滿足高精度軋制的要求。這種情況下則需要引入自適應(yīng)模型以確定受控系統(tǒng)的增益。自適應(yīng)模型與受控系統(tǒng)具有相同結(jié)構(gòu)并給予相同的輸入信號(hào)，將模型輸出與系統(tǒng)輸出進(jìn)行比較，不斷修正模型的增益值直至兩者的偏差達(dá)到最小。

根據(jù)自適應(yīng)模型實(shí)時(shí)得到的增益系數(shù)，計(jì)算達(dá)到目標(biāo)延伸率所需的軋制力，與預(yù)設(shè)定軋制力比較得到軋制力修正量，經(jīng)限幅后傳送到軋制力控制單元。

3.2平整分卷控制系統(tǒng)二級(jí)控制系統(tǒng)基本功能

過程自動(dòng)化系統(tǒng)的功能主要包括以下幾部分：鋼卷跟蹤，與三級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行通訊，軋制計(jì)劃管理，生產(chǎn)記錄等。

（1）過程自動(dòng)化鋼卷跟蹤系統(tǒng)。我們根據(jù)系統(tǒng)中的各步驟的工藝要求編寫了子程序和功能塊，主要有跟蹤與三級(jí)通訊程序、三級(jí)下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃程序、人工錄入PDI數(shù)據(jù)程序、生產(chǎn)配方管理程序、跟蹤與一級(jí)通訊程序、跟蹤與打捆機(jī)、打號(hào)機(jī)通訊程序、動(dòng)態(tài)鋼卷跟蹤程序，上傳三級(jí)生產(chǎn)實(shí)際程序，日志記錄程序及系統(tǒng)報(bào)警程序等。

（2）二級(jí)自動(dòng)控制與產(chǎn)銷系統(tǒng)通訊程序。系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)的需要，具體劃分為4大功能塊，一、與產(chǎn)銷一期（L3）系統(tǒng)進(jìn)行通訊，通訊的內(nèi)容為從產(chǎn)銷系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的下達(dá)。二、與產(chǎn)銷系統(tǒng)進(jìn)行通訊，通訊的內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)鋼卷生產(chǎn)的實(shí)際數(shù)據(jù)（實(shí)際重量，生產(chǎn)時(shí)間，結(jié)束時(shí)間，班次，卷數(shù)等），將這些數(shù)據(jù)傳遞給三級(jí)產(chǎn)銷系統(tǒng)。三、與產(chǎn)銷系統(tǒng)進(jìn)行通訊，通訊內(nèi)容為二級(jí)的拒絕卷信息。四、與產(chǎn)銷系統(tǒng)進(jìn)行通訊，通訊內(nèi)容為生產(chǎn)線上的生產(chǎn)停機(jī)信息。此4大模塊將現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際情況完整的反映給三級(jí)系統(tǒng)，以便三級(jí)系統(tǒng)及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，提高生產(chǎn)效率。

4結(jié)語

系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，控制精度高，穩(wěn)定可靠，功能完善，監(jiān)控操作靈活方便。帶身厚度公差控制在0.03mm內(nèi)，延伸率公差控制在2%以內(nèi)，屈服強(qiáng)度為600MPa時(shí)，平直度改善情況如表1所示。

系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)換輥、自動(dòng)上卷、自動(dòng)卸卷等功能，大大節(jié)省了操作時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。生產(chǎn)線消除了來料的浪形缺陷，改善了帶鋼的平直度和機(jī)械性能，產(chǎn)品的板形良好、卷形整齊無塔形、深受廣大用戶的好評(píng)，同時(shí)也創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。可應(yīng)用于平整分卷生產(chǎn)線的新建及技術(shù)改造，前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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[3]屈爾慶.平整分卷生產(chǎn)線過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).世界金屬，2013.

作者簡(jiǎn)介：趙曉曦（1982—），男，河北唐山人，本科，工程師，長(zhǎng)期從事PLC編程調(diào)試工作，主持參與過棒材、熱軋寬帶、熱軋平整分卷、焦化、冷軋鍍鋅線工程。