冷軋酸洗機(jī)組自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究

曾國(guó)昌 韋日禎

（柳鋼冷軋板帶廠自動(dòng)化室，廣西 柳州545002）

0 引言

酸洗機(jī)組自動(dòng)化控制系統(tǒng)可使用標(biāo)準(zhǔn)的四級(jí)控制：3級(jí)為生產(chǎn)執(zhí)行控制級(jí)，2級(jí)為過(guò)程自動(dòng)化控制級(jí)，1級(jí)為基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)，0級(jí)為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。系統(tǒng)包括數(shù)字傳動(dòng)、傳感器儀表等，還包括一套單獨(dú)的HMI系統(tǒng)，以便生產(chǎn)人員使用。基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)主要的控制功能為入口段控制、帶鋼跟蹤控制、帶鋼張力控制、帶鋼速度控制、工藝段及出口段控制，下面主要對(duì)基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)的控制功能進(jìn)行研究。

1 入口段控制

設(shè)定值，為空套位置、設(shè)定套量位置、最大套量位置提供預(yù)設(shè)定值。當(dāng)酸洗入口段因?yàn)楹附油＼?chē)時(shí)，入口活套向工藝段輸送帶鋼，當(dāng)入口活套套量比設(shè)定位置小時(shí)，啟動(dòng)入口段爬行速度，然后按一次運(yùn)行按鈕，不按保持按鈕，則入口段開(kāi)始提速，此時(shí)入口段的運(yùn)行速度為工藝段速度＋加速度值，當(dāng)入口活套達(dá)到設(shè)定套量位置時(shí)，速度與工藝段速度同步。如果工藝段停車(chē)，那么當(dāng)入口活套達(dá)到設(shè)定套量位置時(shí)，入口段會(huì)自動(dòng)減速到爬行速度，操作工必須手動(dòng)停止入口段運(yùn)行，或者等到入口活套達(dá)到最大套量位置的時(shí)候，入口段自動(dòng)停車(chē)。如果入口活套達(dá)到空套位置，工藝段自動(dòng)停車(chē)。

（1）鋼卷運(yùn)輸。從NO．1和NO．2鋼卷小車(chē)開(kāi)始到入口活套的順序控制。

（2）酸洗入口的順序控制。包括帶頭自動(dòng)到穿帶導(dǎo)板、鋼卷從預(yù)開(kāi)卷位到開(kāi)卷機(jī)、帶頭自動(dòng)剪切、帶頭自動(dòng)穿帶到等待位、帶頭從等待位自動(dòng)穿帶到焊機(jī)、帶尾自動(dòng)剪切、帶尾自動(dòng)甩尾到焊機(jī)、帶鋼焊接、焊縫沖月牙。

（3）入口活套控制。根據(jù)入口、出口速度和加速度提供預(yù)

2 帶鋼跟蹤控制

（1）活套控制。監(jiān)視活套位置，不在活套控制操作方式下的機(jī)組速度也需要進(jìn)行活套位置控制。活套位置控制有帶鋼定位功能，根據(jù)入口、出口帶鋼速度和加速度進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際活套位置應(yīng)除以帶鋼股數(shù)（入口活套為4股）。根據(jù)入口、出口速度和加速度提供預(yù)設(shè)定值。

（2）焊縫跟蹤。跟蹤焊縫到月牙剪位置，跟蹤焊縫到圓盤(pán)剪位置，跟蹤焊縫到軋機(jī)入口。

（3）鋼卷跟蹤。如帶鋼厚度、寬度、鋼卷號(hào)、延伸率等數(shù)據(jù)的處理。

3 帶鋼張力控制

（1）額定或操作張力控制。在入口段應(yīng)設(shè)定足夠的帶鋼張力以保證帶鋼繃緊及順利運(yùn)送。張力預(yù)設(shè)定值通過(guò)HMI傳送給開(kāi)卷機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)。在工藝段帶鋼張力必須保證帶鋼正常運(yùn)行，拉矯機(jī)的張力和彎曲輥、矯直輥的壓入深度值必須根據(jù)帶鋼橫斷面、材質(zhì)及板型，在過(guò)程計(jì)算機(jī)中由單獨(dú)的數(shù)據(jù)表格或通過(guò)HMI由操作工來(lái)設(shè)定。其他張力值僅取決于帶鋼橫斷面和材質(zhì)，其設(shè)定值將由過(guò)程計(jì)算機(jī)或通過(guò)HMI設(shè)定，設(shè)定輸出將結(jié)合帶鋼跟蹤系統(tǒng)去控制張力輥和活套傳動(dòng)系統(tǒng)。

（2）穿帶張力控制。在帶鋼進(jìn)入和穿出過(guò)程中，一般以較小的張力操作，大約是額定張力的30%，使用此張力值的目的是保證帶鋼基本繃緊。帶鋼進(jìn)入張力值可手動(dòng)輸入或自動(dòng)輸入。

（3）臨時(shí)停車(chē)張力控制。臨時(shí)停車(chē)張力是當(dāng)機(jī)組臨時(shí)停車(chē)時(shí)由控制系統(tǒng)延時(shí)后自動(dòng)給定的。其張力值與帶鋼進(jìn)入張力值一樣，大約是額定張力的30%。臨時(shí)停車(chē)張力必須根據(jù)帶鋼張力自動(dòng)功能投入，并且傳動(dòng)系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下執(zhí)行，實(shí)際帶鋼張力可能會(huì)大于臨時(shí)停車(chē)張力設(shè)定值。

4 帶鋼速度控制

（1）酸洗入口段的速度設(shè)定。在帶鋼未完成焊接前，機(jī)組未聯(lián)動(dòng)啟車(chē)時(shí)有兩個(gè)速度被設(shè)定控制：一是NO．1糾偏輥壓輥、NO．1張力輥及壓輥為一個(gè)速度選擇，二是開(kāi)卷機(jī)和處理器為一個(gè)速度選擇（即穿帶速度，最大為60 m／min）。兩個(gè)速度選擇可以有不同的帶鋼速度同時(shí)運(yùn)行。當(dāng)帶鋼焊接完成，機(jī)組聯(lián)機(jī)啟動(dòng)后，只能有同一個(gè)帶鋼速度運(yùn)行，入口段正常運(yùn)行速度是以NO．1張力輥速度為基準(zhǔn)。

（2）酸洗工藝段的速度設(shè)定。傳動(dòng)轉(zhuǎn)向輥、拉矯機(jī)及NO．4糾偏輥壓輥為同一速度設(shè)定。在正常運(yùn)行時(shí)工藝段速度是以拉矯機(jī)的NO．3張力輥速度為基準(zhǔn)，同時(shí)也是整個(gè)酸洗機(jī)組的速度基準(zhǔn)。

（3）酸洗出口段的速度設(shè)定。圓盤(pán)剪段的碎邊剪、NO．4張力輥為同一速度基準(zhǔn)。在正常運(yùn)行時(shí)出口段速度是以NO．4張力輥速度為基準(zhǔn)。

5 工藝段及出口段控制

（1）拉矯機(jī)控制。拉矯機(jī)的張力是通過(guò)拉矯機(jī)前后張力輥，即NO．2和NO．3張力輥之間的速度差來(lái)產(chǎn)生的，其中，NO．3張力輥關(guān)聯(lián)主傳動(dòng)電機(jī)的主令速度。拉矯機(jī)有3種操作方式，而實(shí)際延伸率的測(cè)量和顯示與操作方式無(wú)關(guān)。1）延伸率功能不投入方式。在這種操作方式下，延伸率傳動(dòng)的速度與變形程度一起進(jìn)行預(yù)設(shè)定（設(shè)為0）。2）張力方式。在這種操作方式下，延伸率傳動(dòng)的實(shí)際力矩將恒定。這意味著所得到的實(shí)際力矩將為設(shè)定力矩的鎖定值，以張力傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡控制來(lái)保持相應(yīng)的規(guī)定力矩。在焊縫通過(guò)的情況下，給延伸率設(shè)定值增加一個(gè)附加值，用以消除拉矯機(jī)中帶鋼的張力波動(dòng)。3）延伸率功能投入方式。在這種操作方式下，延伸率傳動(dòng)的速度應(yīng)根據(jù)所要求的延伸率來(lái)預(yù)設(shè)定，以張力傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡控制來(lái)保持相應(yīng)的規(guī)定力矩。

（2）圓盤(pán)剪段控制。碎邊剪速度設(shè)定比機(jī)組速度稍大，即包括一個(gè)基本設(shè)定值加上偏移量，目的是使碎邊剪有微量的牽引速度。

（3）NO．1和NO．2出口活套控制。帶鋼主令速度控制程序具有如下功能：1）監(jiān)視活套位置。不在活套控制操作方式下的機(jī)組速度也需進(jìn)行活套位置監(jiān)控。2）控制活套位置。為圓盤(pán)剪段提供預(yù)設(shè)定速度和加速度值，為空套位置、設(shè)定套量位置、最大套量位置提供預(yù)設(shè)定值。NO．1出口活套功能是當(dāng)圓盤(pán)剪段因?yàn)椴迦耄鼡Q刀刃或月牙剪沖月牙停車(chē)時(shí)，積累從工藝段引入的帶鋼。當(dāng)工藝段的速度比圓盤(pán)剪段的速度更大時(shí)，當(dāng)活套到達(dá)設(shè)定套量位置，工藝段速度將自動(dòng)減到爬行速度，這時(shí)，操作工可停止工藝段或讓工藝段速度與圓盤(pán)剪段一致。如NO．1出口活套到達(dá)最大套量位置，工藝段將自動(dòng)停車(chē)。NO．2出口活套的功能是保存積累的帶鋼，當(dāng)圓盤(pán)剪段由于插入／更換刀刃或月牙剪沖月牙停車(chē)時(shí)，NO．2出口活套能給軋機(jī)輸送足夠的帶鋼。當(dāng)NO．2出口活套的套量比設(shè)定位置更少時(shí)，先啟動(dòng)爬行速度，然后僅按一次運(yùn)行按鈕，不按保持按鈕，則圓盤(pán)剪段開(kāi)始提速，此時(shí)圓盤(pán)剪段的運(yùn)行速度為軋機(jī)入口速度＋加速度值，當(dāng)NO．2出口活套到達(dá)設(shè)定套量位置時(shí)，速度將自動(dòng)減少到與軋機(jī)入口速度同步。如果軋機(jī)停車(chē)，當(dāng)NO．2出口活套到達(dá)設(shè)定套量位置時(shí)，圓盤(pán)剪段自動(dòng)減速到爬行速度，此時(shí)圓盤(pán)剪操作工須手動(dòng)停車(chē)，或等到NO．2出口活套達(dá)到最大套量位置時(shí)圓盤(pán)剪段自動(dòng)停車(chē)。3）設(shè)置NO．1和NO．2出口活套的目的是吸收軋機(jī)因減速和停車(chē)而產(chǎn)生的帶鋼剩余套量。過(guò)程控制系統(tǒng)提供酸洗工藝段速度、軋機(jī)入口速度、圓盤(pán)剪段最大速度及活套內(nèi)帶鋼張力的設(shè)定值，且監(jiān)視活套位置，以保證活套不會(huì)達(dá)到極限位置，必須以這樣的方式控制活套速度，以允許軋機(jī)減速或停車(chē)，不影響工藝段的正常速度運(yùn)行。通常兩個(gè)活套作為一個(gè)裝置來(lái)操作，即位置差等于0。過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)定酸洗機(jī)組和連軋機(jī)組的速度，考慮兩個(gè)活套的充滿狀態(tài)以及任何計(jì)劃停機(jī)等。

6 結(jié)語(yǔ)

本文所介紹的自動(dòng)化控制系統(tǒng)在柳鋼冷軋1 550 mm酸洗機(jī)組中應(yīng)用以來(lái)，在入口段帶鋼的自動(dòng)定位，帶鋼的張力、速度控制，活套的位置控制中，性能穩(wěn)定，完全符合操作要求，并達(dá)到了生產(chǎn)工藝要求和指標(biāo)。實(shí)踐證明，該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是非常成功的。

［1］張景進(jìn)．板帶冷軋生產(chǎn)［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2006

［2］華建新，王貞祥．全連續(xù)式冷連軋機(jī)過(guò)程控制［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2000

［3］楊宗毅．實(shí)用軋鋼技術(shù)手冊(cè)［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，1995