摘要：現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)棒材，是建筑等行業(yè)必須的材料，需用量很大，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)急需的產(chǎn)品。棒材軋機(jī)信息化、自動(dòng)化包括基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化和企業(yè)管理自動(dòng)化，通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)通信連成一體，為企業(yè)高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗及低成本提供了保證和先決條件。

　　關(guān)鍵詞：軋鋼,棒材,自動(dòng)化

　　前言

　　隨著市場(chǎng)對(duì)棒材要求的提高，棒材軋鋼廠在設(shè)備上、新技術(shù)使用上也有不少的進(jìn)展，如直接影響產(chǎn)品彎曲度及包裝的冷床上卸鋼及下卸鋼設(shè)備、為了生產(chǎn)超級(jí)鋼(強(qiáng)度提高40%以上)設(shè)置了控軋(在精軋人口裝設(shè)控軋裝置)及控冷(在精軋出口裝設(shè)控冷裝置)設(shè)備，這些都對(duì)自動(dòng)化提出更苛刻的要求(如冷床的精確同步、準(zhǔn)確的上卸鋼及平移交接的下卸鋼，精確的控軋控冷控制等)。

　　一、基礎(chǔ)自動(dòng)化的主要功能

　　(1)加熱爐PLC。

　　執(zhí)行各段爐溫、空氣流量、煤氣流量、空燃比的串級(jí)控制及交叉限幅;爐膛壓力控制;助燃空氣壓力控制;助燃空氣及煤氣溫度檢測(cè);預(yù)熱器溫度越限報(bào)警及控制;汽化冷卻控制;加熱爐邏輯連鎖等順序控制;鋼坯稱重及長(zhǎng)度檢測(cè);鋼坯冷熱上料控制;步進(jìn)梁或推鋼機(jī)控制;出料控制;爐區(qū)風(fēng)、水、氣、電等計(jì)量與監(jiān)控。

　　(2)主軋線PLC

　　1)執(zhí)行粗軋機(jī)區(qū)邏輯連鎖等順序控制;軋件頭部速度沖擊補(bǔ)償;微張力控制;軋機(jī)級(jí)聯(lián)控制;

　　2)中軋機(jī)區(qū)邏輯連鎖等順序控制;軋件頭部速度沖擊補(bǔ)償;微張力控制;軋機(jī)級(jí)聯(lián)控制;活套控制;

　　3)精軋機(jī)區(qū)邏輯連鎖等順序控制;軋件頭部速度沖擊補(bǔ)償;活套控制;軋機(jī)級(jí)聯(lián)控制;

　　4)冷床區(qū)邏輯連鎖等順序控制;冷床控制等;

　　5)軋線設(shè)備的啟動(dòng)/停止、正反點(diǎn)動(dòng)及爬行、試小樣以及緊急停車控制、單/聯(lián)調(diào)的無(wú)擾動(dòng)切換等。

　　(3)控軋控冷PLC。在精軋機(jī)組后設(shè)置穿水冷卻裝置，軋件經(jīng)穿水冷卻裝置后提高鋼材的綜合機(jī)械性能，在不增加微合金元素情況下，使II級(jí)鋼筋達(dá)到m級(jí)鋼筋水平，同時(shí)可減少二次氧化鐵皮的生成量，提高成材率。PLC按棒材實(shí)際溫度和目標(biāo)溫度差，并按數(shù)學(xué)模型控制冷卻水流量，然后按出口溫度進(jìn)行自適應(yīng)修正。

　　(4)潤(rùn)滑站、液壓站、飛剪等PLC均為機(jī)電一體化設(shè)備

　　二、過(guò)程自動(dòng)化的主要功能

　　(1)軋件跟蹤與軋制節(jié)奏控制。軋件自咬人第一架粗軋機(jī)一直跟蹤到冷床。利用熱金屬探測(cè)器、電流傳感器、電機(jī)碼盤等作為跟蹤信號(hào)源，除按有關(guān)位置信號(hào)源發(fā)出控制信號(hào)外，還在CRT上顯示模擬紅鋼前進(jìn)畫面。例如利用在相應(yīng)地點(diǎn)(粗軋機(jī)出人口、中軋機(jī)出人口、精軋機(jī)出入口、到達(dá)飛剪時(shí)、到達(dá)冷床時(shí))設(shè)置的熱金屬探測(cè)器檢測(cè)出軋件頭部位置，到達(dá)軋機(jī)時(shí)，從咬鋼沖擊，電機(jī)電流值突變?nèi)⌒盘?hào)，當(dāng)?shù)竭_(dá)各飛剪時(shí)，從飛剪電機(jī)碼盤上取位置信號(hào)，到達(dá)活套位置時(shí)，活套輥推出動(dòng)作作為信號(hào)源等。

　　(2)監(jiān)控。包括開(kāi)機(jī)畫面陣L線各區(qū)段啟動(dòng)條件圖形顯示)，軋線各區(qū)段過(guò)程變量圖形及趨勢(shì)曲線顯示，接受MES來(lái)的計(jì)劃和進(jìn)行軋制計(jì)劃管理以及軋制程序選擇，軋制表的建立、存貯和修改，軋制規(guī)程參數(shù)的自適應(yīng)，工程參數(shù)的預(yù)設(shè)定(包括軋輥等技術(shù)參數(shù)輸人)及修改，系統(tǒng)故障診斷，各種故障信息的顯示、存貯及打印，生產(chǎn)報(bào)表的存貯及打印，打捆機(jī)工作監(jiān)視，有關(guān)電力傳動(dòng)的顯示(如兩路進(jìn)線高壓柜的有功電度表模擬輸出信號(hào)進(jìn)人PLC模擬口、18架軋機(jī)及9臺(tái)整流變壓器溫度巡檢儀的超溫報(bào)警開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)人PLC、高壓真空開(kāi)關(guān)合/分閘(接點(diǎn))信號(hào)進(jìn)人PLC等顯示)。

　　主要畫面有：主菜單和子菜單，軋機(jī)速度設(shè)定畫面，軋輥輥徑設(shè)定畫面，軋制程序畫面，軋線組態(tài)和機(jī)架控制選擇，軋制狀態(tài)顯示畫面及PLC故障的報(bào)警畫面，液壓系統(tǒng)閥狀態(tài)顯示畫面，控軋控冷畫面，幫助畫面等。

　　(3)數(shù)學(xué)模型運(yùn)算。包括加熱爐優(yōu)化設(shè)定模型、待軋模型、控軋控冷模型等。

　　加熱爐優(yōu)化設(shè)定模型主要是以工藝?yán)碚摓榛A(chǔ)的物理模型，如新日鐵模型(武鋼1700mm熱連軋引進(jìn))，它按剩余在爐時(shí)間、現(xiàn)在鋼坯溫度、規(guī)格和要求出爐溫度等參數(shù)，用熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱交換等理論計(jì)算鋼坯在爐內(nèi)行進(jìn)中各點(diǎn)加熱所需的熱量及其相應(yīng)各加熱段、均熱段所需設(shè)定溫度，并由實(shí)測(cè)鋼坯溫度進(jìn)行模型自適應(yīng);其他還有使用現(xiàn)代控制理論(如離散狀態(tài)空間模型方法對(duì)鋼坯升溫進(jìn)行計(jì)算)和智能控制理論來(lái)建模，但現(xiàn)場(chǎng)成功使用不多。在國(guó)內(nèi)以工藝?yán)碚摓榛A(chǔ)的物理模型及使用現(xiàn)代控制理論都在研究，其中如Q-P模型已在多個(gè)加熱爐實(shí)際應(yīng)用。

　　控軋控冷模型目前都是離線按鋼種、規(guī)格、工藝要求計(jì)算所需的冷卻水流量，然后按出口溫度、檢驗(yàn)數(shù)值、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正，最后形成表格存儲(chǔ)在過(guò)程機(jī)中，在使用時(shí)調(diào)出應(yīng)用。

　　(4)數(shù)據(jù)通信。主要是與基礎(chǔ)自動(dòng)化、制造執(zhí)行系統(tǒng)等通信

　　三、自動(dòng)化主要控制系統(tǒng)

　　1、動(dòng)態(tài)速降補(bǔ)償控制

　　電機(jī)系統(tǒng)在突加額定負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)速降約在5%左右，恢復(fù)時(shí)間約在。0.5s之間。上述過(guò)渡過(guò)程將在機(jī)架咬鋼時(shí)影響機(jī)架間設(shè)定正確的速度關(guān)系，使機(jī)架間產(chǎn)生軋件堆積。動(dòng)態(tài)速降補(bǔ)償系統(tǒng)于咬鋼之前在正常的軋機(jī)設(shè)定速度上迭加一速度增量，咬鋼后將上述增量撤銷，從而達(dá)到減小或消除動(dòng)態(tài)速降影響的目的。另一方面，一定量的動(dòng)態(tài)速降有助于機(jī)架間的活套形成，初始套量的大小在一定程度上可通過(guò)改變動(dòng)態(tài)速降補(bǔ)償值進(jìn)行控制。動(dòng)態(tài)速降補(bǔ)償量一般不大于軋機(jī)額定速度的5000。

　　2、級(jí)聯(lián)速度控制

　　采用級(jí)聯(lián)調(diào)速是為了使控制系統(tǒng)或操作人員能夠調(diào)整軋線某一對(duì)相鄰機(jī)架的速度關(guān)系，而不影響軋線其他機(jī)架間已有的速度關(guān)系。以成品機(jī)架(末機(jī)架)作為基準(zhǔn)機(jī)架，保持其速度不變，并作為基準(zhǔn)速度設(shè)定，其前面各機(jī)架速度按金屬秒流量相等的原理，自動(dòng)按比例設(shè)定;在軋制過(guò)程中來(lái)自活套閉環(huán)控制的調(diào)節(jié)量、手動(dòng)干預(yù)量，依次按逆軋制方向?qū)ζ淝懊鏅C(jī)架速度作增減，從而實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)控制。

　　3、軋線速度設(shè)定自適應(yīng)

　　機(jī)架間自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(活套)產(chǎn)生的速度修正信號(hào)反映設(shè)定的機(jī)架間速度關(guān)系(延伸率)的誤差，速度設(shè)定自適應(yīng)系統(tǒng)根據(jù)穩(wěn)定軋制時(shí)這一誤差的大小修正對(duì)應(yīng)機(jī)架的延伸率，這一修正后的延伸率將使下一根鋼到來(lái)時(shí)，機(jī)架間的速度配合關(guān)系處于最佳狀態(tài)。

　　為了把操作員的經(jīng)驗(yàn)溶人自動(dòng)化系統(tǒng)中，操作員可利用操作臺(tái)上的各機(jī)架的手動(dòng)調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕對(duì)各機(jī)架進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)好機(jī)架間的級(jí)聯(lián)關(guān)系，經(jīng)取而代之后，系統(tǒng)將存儲(chǔ)此時(shí)的各機(jī)架速度，作為該規(guī)格軋件的級(jí)聯(lián)速度設(shè)定。

　　4、級(jí)聯(lián)阻斷控制

　　在連軋生產(chǎn)中，節(jié)奏很快，上一根鋼尾還在連軋機(jī)組中時(shí)，下一根鋼頭已進(jìn)人粗軋機(jī)，為使上一根鋼的級(jí)聯(lián)調(diào)速不影響下一根鋼，在鋼尾從第一架軋機(jī)離開(kāi)時(shí)，就對(duì)第一架軋機(jī)速度實(shí)行級(jí)聯(lián)阻斷控制，即下游軋機(jī)速度聯(lián)調(diào)不對(duì)第一架軋機(jī)起作用，以此類推到下游軋機(jī)。當(dāng)軋件頭部穿過(guò)機(jī)架并連接下一機(jī)架時(shí)對(duì)應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)關(guān)系重新接通。

　　5、活套自動(dòng)控制

　　軋機(jī)上的活套是用來(lái)檢測(cè)和調(diào)整相鄰機(jī)架間的速度關(guān)系從而實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制的一種手段，適合于軋件截面較小的場(chǎng)合。

　　6、信號(hào)聯(lián)鎖控制

　　(1)與軋機(jī)潤(rùn)滑油壓力、流量系統(tǒng)的聯(lián)鎖。每臺(tái)軋機(jī)都有潤(rùn)滑油電接點(diǎn)壓力表、油流信號(hào)器分別給PLC系統(tǒng)發(fā)油壓和油流信號(hào)，當(dāng)壓力和流量?jī)尚盘?hào)中任意一個(gè)或全部顯示為“過(guò)低”狀態(tài)時(shí)，經(jīng)0.5s的延時(shí)后，如仍處于“過(guò)低”狀態(tài)時(shí)，除向報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)外，按如下方式進(jìn)行控制。

　　(2)與電機(jī)溫度信號(hào)的聯(lián)鎖。每個(gè)主傳動(dòng)電機(jī)都有3個(gè)溫度接點(diǎn)信號(hào)用于指示電機(jī)主極溫度、繞組溫度及滾動(dòng)軸承溫度;當(dāng)溫度接點(diǎn)指示過(guò)高時(shí)，向操作臺(tái)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)前軋制的鋼軋完后停車。

　　(3)與電機(jī)風(fēng)機(jī)溫度、壓差開(kāi)關(guān)的聯(lián)鎖。每個(gè)電機(jī)都帶有一個(gè)冷卻風(fēng)機(jī)。當(dāng)風(fēng)機(jī)出風(fēng)溫度開(kāi)關(guān)報(bào)溫度“過(guò)高”信號(hào)或風(fēng)機(jī)壓差開(kāi)關(guān)報(bào)“過(guò)低”信號(hào)時(shí)，向操作臺(tái)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)前軋制的鋼軋完后停車。

　　四、發(fā)展趨勢(shì)

　　新工藝、新設(shè)備促進(jìn)自動(dòng)化的進(jìn)展。例如為了提高棒材的品種、性能與獲得高附加值的產(chǎn)品，棒材生產(chǎn)近來(lái)也采用控軋控冷技術(shù);為生產(chǎn)多種規(guī)格的棒材，往往需要“甩軋機(jī)，換成替換輥道”等，要求更多的新系統(tǒng)、新數(shù)學(xué)模型。