棒材線新型自動控制模式的探索與實現

摘要：文章圍繞棒材生產線自動化控制的主題思想，分別介紹了軋線各區域自動化改造的攻關思路與實施效果，逐步形成新型全自動控制的模式。

關鍵詞：棒材 自動化 爐區自動 軋線控冷 冷床抬尾 稱重自動

中圖分類號： TN911.73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

The exploration and Application of the new type automatic control mode in bar production line

Huang Sheng Yu Xifu Lv Tao

（Liuzhou Iron and Steel Co.Ltd.，Liuzhou Guangxi 545002，China）

Abstract：This article revolves around the theme of automation control bar production line ，introduces the implementation effect and key ideas of the regional automatic transformation of the bar production line， new type automatic control mode gradually formed.

Key words：Bar；Automation；Furnace automation；Cooling control；Cooling bed lift tail；Weighing

柳鋼棒線型材廠目前共有6條棒材生產線，主要生產φ12～40mm帶肋鋼筋、φ16～40mm光面圓鋼，產能規模約450萬噸。棒材全軋線共有18架軋機，分為粗軋、中軋、精軋機組。在中軋機組及精軋機組前各設一臺啟停式飛剪（1、2#飛剪）對軋件進行切頭、切尾及事故碎斷，精軋后最后一段控冷裝置后設置成品倍尺飛剪（3#飛剪），用于對軋件分段剪切。分段成倍尺的棒材經過步進齒條式冷床矯直冷卻，齊頭輥道進行棒材端部對齊后，由冷床輸出輥道將成排棒材送至固定冷剪，由固定冷剪進行定尺剪切。剪后棒材經過移鋼、檢驗、短尺剔除，剩下合格的定尺棒材由自動打捆機打捆。打捆后的成品經稱量后，掛牌入庫。

柳鋼早期的棒材線，部分區域自動化程度較低，且不適應新工藝開發的要求，導致該廠在提升產品結構、優質創效的工作中遇到瓶頸。對此，該廠自動化技術人員經過觀察探索，研討實施方案，對全線各區域做了自動化攻關改造，不僅降低了生產線操作工的工作量，更使棒材成品各項技術經濟指標有了顯著提高。下面按照棒材工藝流程對全線自動化改造分別介紹。

1軋線自動化改造

1.1 爐區自動化

（1）通過在入爐輥道增加冷金屬檢測器和定位編碼器，實現鋼坯入爐自動化。鋼坯在入爐輥道就緒后，PLC程序根據加熱爐出料側設備運行情況以及步進梁位置，判斷滿足進鋼條件時，自動將輥道上的鋼坯送入加熱爐。鋼坯入爐后，入爐懸臂輥道根據定位編碼器反饋的數據自動調整轉速及停止，避免手動控制時爐內定位不準，鋼坯撞擊緩沖擋板的現象，同時減少爐內步距的產生。

（2）在加熱爐PLC與主軋線PLC之間建立通訊，從而實現軋線生產節奏與加熱爐出鋼節奏的緊密關聯。當軋線要鋼信號發送至加熱爐PLC，則出爐懸臂輥道開始啟動，將鋼坯送往軋線。為了避免高密度軋制時鋼坯追尾，增加了出鋼節奏控制功能，操作工可根據需要隨時修改出鋼延時。

開發了鋼坯熱裝熱送統計系統，該系統設計的基本思路為：以鑄坯入/出轉爐庫時刻、鑄坯入/出各軋材庫及金材庫時刻、鑄坯入/出軋材爐時刻為節點，統計各鑄坯流轉流程的溫降時間，并根據溫降模型來統計溫降，依據鑄坯溫降與煤氣消耗的關系模型計算設計各節點煤氣損失的定額，確定鑄坯流轉流程不明中原因屬性，分清煤氣損失責任并采取相關措施，實現對鑄坯加熱的能耗及生產成本的控制。

1.2飛剪控制優化

鑒于在生產中，軋線飛剪偶有不剪切及存在剪切長度波動大的現象，經過程序監控與現場觀察，對影響飛剪性能的可能原因進行分析排查，并采取措施消除影響。

（1）在熱金屬檢測器的檢測口加入壓縮空氣管吹掃，將鋼頭的水霧吹走，減少水霧對信號的干擾，調整熱金屬檢測器的靈敏度在一個合適的范圍，并通過PDA信號追蹤系統核對每次熱檢的響應時間偏差值是否在10ms以內。

（2）保證安裝碼盤的同心度不超過0.15mm，并對碼盤線路及電氣元件全部按照電磁兼容技術的要求施工，設法減少電磁干擾。

（3）采用速度自動追蹤控制系統。使飛剪前后軋件以恒定速度的方式運行，保證軋件的位移量能夠穩定。

經過改造，飛剪控制系統運行穩定，剪切的控制精度也大幅提高，由原來的最大偏差值170mm，降到目前的15mm以下，對于降低切損提高成材率效果明顯。

圖1 參數設定菜單程序

2.3軋線控冷自動化

棒材軋線控冷設備對于控制成品性能參數有重要意義，早期該區域完全由人工操作，通過扳手對現場各段穿水冷卻器管路閥門進行操作，不僅存在動作精度低、速度慢的缺點，更存在安全隱患，飛鋼時容易發生傷人事故。通過對控冷區域管路增加有效的檢測儀表和電動調節閥，由程序控制各段調節閥開口度，大大提高了操作安全性和準確性。此外，增加了控冷自動化功能，可以按照軋件溫度、穿水流量、壓力為控制目標對各調節閥開口度進行自動調整，實現精確控制。

2.4 3#飛剪前熱檢移位改造

隨著棒材新工藝對控冷要求的不斷提高，軋件冷卻后溫度最低僅有300℃左右，已經低于現場熱金屬檢測器400～1100℃的識別范圍。為了保證棒材3#飛剪剪切穩定性與準確性，根據軋件經過水冷后的溫度回升曲線，在不影響3#飛剪性能與冷床上鋼過程的前提下，將3#飛剪前熱檢后移8米，并對程序相關部分進行修改，熱檢檢測精度得以保證，為后續新品種開發創造了有利條件。

圖2 熱檢移位示意圖

2.5 冷床自動抬尾功能

由于原料缺陷、軋制工藝等原因，每支鋼尾部存在100～300毫米長的廢品，按照目前的設備條件與控制系統，無法將這一部分廢品分離出來，因此，在冷剪機剪切定尺的過程中，為了剔除廢品就要把混有尾部的成品共同剪切掉100～300毫米，而正常情況下，只需要剪切50毫米?？梢?，為了剔除少量的廢品，犧牲掉了部分合格品，增加了切損，導致成材率降低。

為實現冷床自動抬尾，經過分析論證，采取以下措施。

（1）借助3#飛剪后的熱金屬檢測器，實現對軋件信號的檢測與尾部判斷。

（2）通過對動齒長軸減速位接近開關的信號檢測，判斷冷床動齒的動作次數，完成對冷床上成品尾部的跟蹤。

（3）在對齊輥道齊頭擋板處安裝自動抬尾裝置，將尾部單獨支起，依靠對齊輥道的推進作用，使廢品部分伸出并且長于合格品對齊端面，最終在冷剪機處切除。

經過在生產運用中不斷優化裝置結構與控制程序，裝置動作準確率達95%以上，改造完成后，各線工藝切損量顯著降低，產生了可觀的經濟效益。

圖3 自動抬尾控制流程圖

1.6 3#操作臺WINCC畫面監控功能

前期，棒材線3#操作臺未設計有電腦，冷床區域設備完全由3#臺操作工手動控制。為了配合相關自動化改造，在操作室內增設一臺WINCC監控電腦，實現對冷床自動抬尾參數調整、冷剪剪切支數控制、以及輥道電機速度給定等功能。

其中，冷剪剪切支數控制功能可以自動計算冷床下鋼支數，當支數達到操作工設定的數值后，畫面彈出提示框，以提醒操作工及時控制冷床平移鏈移送鋼支到冷床輸出輥道。這一功能的實現，徹底改變了原有的人工根據經驗判斷支數的模式，給冷剪機剪切支數的準確控制創造條件，對于避免設備超負荷運行、延長冷剪刀片使用壽命有重要意義。

1.7 成品自動稱重功能

棒材成品稱重過程由4#操作臺操作工手動控制，由于稱重臺架離操作室較遠，輸送成品至稱重臺架的時候容易因為視線不清造成定位不準，引起稱重數據有誤甚至撞歪臺架，同時由于4#操作臺操作工兼顧的設備較多，容易出現操作失誤影響生產節奏。

為了提高稱重數據精度，減少操作工工作量，對稱重自動化進行攻關。在成品收集輥道3段和成品收集升降鏈各安裝一個光電開關，用以觸發自動稱重過程和棒材成品在秤臺的準確定位。同時在WINCC監控電腦增加稱重自動畫面，將自動稱重的過程直觀反映，方便值班人員排查故障，并且具有參數設定功能，以適應不同規格、捆徑對秤臺定位的參數要求。實現棒材稱重自動化后，不僅降低了操作工工作強度，還有效提高了精整區工序節奏，班產量有所提高。

圖4 自動稱重流程圖

1.8 成品重量偏差報警功能

結合自動稱重功能，在確保成品稱重數據精度的基礎上，通過將稱重數據引入PLC，并在WINCC監控畫面增加成品重量下限值設定框，實現了成品重量偏差報警功能。

根據不同的成品規格，對成品重量下限值進行修改設定，當成品稱重數據值小于下限值時，系統發出報警，提示相關崗位工及時采取有效措施。

該功能的實現，有效提高了對成品重量負偏差的把控精度，在保證成品質量的前提下為企業創造更大的效益。

2結語

通過對棒材生產線一系列自動化改造，生產線電氣控制系統得到優化完善，設備運行穩定性大大提高，自動化控制體現出的邏輯性使現場值班維護人員更容易快速排查故障。不僅如此，經過改造，操作工的操作量顯著減少，工作壓力得以緩解，更有利于實現標準化操作。更重要的是，得益于自動化技術的精確性，工藝指標挖潛提升工作有了技術保障，對于本廠開展優質增效、精細化管理工作產生了極大的促進作用。

參考文獻

[1]李俊飛.一種棒材計數裝置的研究[J].計算機測量與控制，2004（12）：1217-1218，1233.

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