酸洗冷連軋工藝過程速度與活套控制

王奎越,宋君,金耀輝,劉寶權,吳萌,李志鋒，柴明亮

（鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）

在冷連軋生產線中，速度與活套控制系統的作用是使酸洗段和軋機以恒定速度工作，以使生產率最大化并保證產品質量。在控制過程中，實時收集生產線處理段各段速度、活套豐度、開卷機上正在生產鋼卷的剩余長度、焊縫的位置等數據，根據這些數據，實時計算生產線各段的最優化速度設定值和活套最大、最小套量，再將計算結果發送給基礎自動化PLC。速度與活套控制的原則是：使產量達到最大的同時使能源消耗以及設備磨損達到最小，盡量保持酸洗速度恒定與軋機不停機，盡量使軋機只在換輥時停機，同時不能讓入口活套太空、三號活套太滿［1］。本文以鞍鋼莆田冷軋生產線酸軋機組為例，對其中的速度與活套控制系統加以介紹。

1 控制過程數據處理

1.1 過程數據調整

速度控制和活套控制系統可分別對以下參數進行調整：

（1）速度控制調整酸洗入口段的速度、酸洗工藝段速度和剪邊段速度，各段實際速度不能超過這些速度。軋機速度是由軋機設定值計算程序決定的。速度控制程序運行時，為保證生產線不停止生產，至少要下發一個最小速度值（爬行速度）。

（2）活套控制調整1號活套、2號活套和3號活套的豐度設定值。

1.2 過程數據接收

過程數據如何調整、何時調整是通過循環接收以下測量值來實現的：

所有的活套豐度、全部生產線，從入口開卷機到軋機出口的速度、焊縫到判定點的距離（焊縫到拉矯機、上一條帶鋼的焊縫經過拉矯機的長度、焊縫到圓盤剪的距離、上一條帶鋼的焊縫經過圓盤剪的距離、焊縫到軋機前張力輥的距離、上一條帶鋼的焊縫經過軋機前張力輥的長度）、酸洗線帶鋼在開卷機上剩余的長度與圓盤剪的實際寬度等。并且，在計算速度相關與活套豐度相關調整量的時候，還需要接收基礎自動化的信號，包括，換輥預選擇信號、焊縫離軋機150 m信號、焊縫在軋機前信號、帶鋼在卷取機卷取軸上纏繞3圈信號、新帶鋼進入酸洗線信號、帶鋼離開酸洗線信號、出口1號活套與出口2號活套套量超限（上溢、下溢）信號、在HMI上修改速度參數后的觸發信號報文、在HMI上修改換輥時間數據后的觸發信號、入口鋼卷換卷時間開始和時間結束報文（該報文影響酸洗段速度）、1號開卷機或2號開卷機上帶鋼焊接完成信號、拉矯機模型計算的觸發信號、入口段速度超限信號（低于最低速度或超過最高速度）等等。

2 速度與活套控制功能

圖1所示為速度與活套控制的主要功能。

從圖1中可見，通過采集酸洗入口、酸洗工藝段、剪邊段、以及軋機的實際速度、3個活套豐度實際值與圓盤剪寬度等實際信號，計算并設定3個活套的豐度、酸洗入口、酸洗工藝段、剪邊段以及軋機速度等，使得生產線盡量以恒定速度工作，保證生產率的最大化［2］。

3 速度與活套控制方法

3.1 酸洗入口速度與活套控制

在設計入口活套的長度時，必須考慮使之滿足，在焊接下一個帶鋼時，帶鋼在活套的運行時間足夠滿足焊接要求，而不需要酸洗段減速。但實際上，活套的設計并不能滿足所有帶鋼的要求。因此，在進行酸洗段的速度優化計算時，需要考慮帶鋼長度較短時造成的時間延遲。

過程速度控制可以利用入口活套的充套策略限制帶鋼的速度，使酸洗段不致出現停頓。當焊接結束時計算該速度限制，在過程速度控制計算中使用，并立即應用到酸洗速度上。

酸洗入口速度按如下原則優化：當帶鋼跑完時，入口活套正好被充滿。因為考慮到輥表面的磨損和設備維護的要求，酸洗入口段并不總需要最大速度。入口活套的上限由基礎自動化控制。

為了在入口活套充套時對設備壓力最小，操作人員能夠選擇速度控制策略。普通模式下，在對入口活套進行充套時是以最大入口速度進行的。在優化模式下，充套速度由以下原則確定：當帶鋼焊接完成時，入口活套正好達到設定的豐度。

3.2 酸洗段速度與活套控制

酸洗速度綜合了多個速度因素，并選擇其中的最低速度。

酸洗速度必須使活套保持在限制內。如果入口活套在低套量，酸洗速度將設定到和入口速度相當。如果出口活套套量在上限，酸洗速度將設定到和剪邊段速度相當。為保持活套小車始終在限制范圍內，酸洗段將及時減速，并且，酸洗速度不會讓活套小車完全停止。

當帶鋼長度較短時，會發生以最大入口速度充套也無法充滿活套的情況。需要根據帶鋼長度和期望換卷時間計算酸洗速度限制。期望換卷時間是根據多次測量入口換卷時間，取平均值確定。酸洗段將減速以保證入口活套能被充滿，同時又保證不會因入口活套被放空而造成酸洗段停車。

酸洗速度根據進出酸洗段的帶鋼進行預選擇。一般來說工廠總是試圖讓酸洗線以最大速度運行，但同時還要考慮，當焊縫經過酸洗槽時，需要減速。當軋機換輥時，酸洗段必須減速，在換輥過程中，酸洗段速度被設置到最低，以保證在換輥過程中，酸洗段不停車。

3.3 剪邊段速度與活套控制

剪邊速度被活套套量所限制。如果出口活套的套量在低限，需要設置剪邊段速度和酸洗速度相當。如果出口2號活套套量在上限，剪邊段速度將和軋機入口速度相同。

在所有情況下，剪邊段速度將及時減速以使活套小車運行在限定范圍內。此外，剪邊段速度將確保活套小車不會完全停車，但是保持運行在限定范圍內。

為避免出口二號活套太滿，需要對剪邊段減速到軋機入口速度。同時，活套小車需要及時剎車使之在活套豐度設定值處停車。如下給出活套小車的控制方程以及最大剪邊速度的計算方法。

為了及時剎車，最大剪邊速度：

式中，Vtdm為軋機入口速度；Vbesaeum為剪邊段速度；lslw為活套小車運行距離；lsp為活套豐度設定值；tbr為剎車時間；tsl為活套小車運行時間；lslbr為活套小車剎車距離；a為剪邊段加速或延遲。

當活套處于極限情況時，應按照下面的原則進行速度控制：

當入口活套空時，限制酸洗速度到入口速度；當1號出口活套滿時，限制酸洗速度到剪邊速度；當2號出口活套空時，限制剪邊速度到酸洗速度；當2號出口活套滿時，限制剪邊速度到軋機入口速度。

3.4 軋機入口速度與活套控制

軋機速度的特點如圖2所示［3］。

軋機的入口速度計算如下式所示：

式中，a為軋機的加速或延遲；tg為帶鋼總時間；tsn為以缺陷位置速度通過的時間；tsnb為由普通速度到焊縫經過軋機速度的加速或減速時間；tsng為焊縫經過的全部時間，它等于焊縫前的減速開始到焊縫后的加速完成時間；tfe為缺陷位置速度運行時間；tfeb為由普通速度到缺陷經過軋機速度的加速或減速時間；tfeg為全部缺陷經過時間=缺陷位置之前減速開始時間到缺陷位置之后的加速完成時間；Vtdm為軋機入口速度；為軋機入口速度平均值；Vsn為焊縫過軋機速度；為缺陷過軋機速度；lg為帶鋼長度；為任務相對軋機入口的部分長度（焊縫到卷取軸的長度）。

如果出口2號活套的套量低于某個限度，軋機速度將由操作工減低到和剪邊段速度相同。當出口2號活套套量超過限定值+一個Delta值，軋機速度將提速。通過這種方法，出口2號活套能夠避免進入快停段。

為了避免出口1號活套或出口2號活套被放空，應該防止軋機平均速度高于酸洗速度。必須要有足夠的余量在活套中（出口1號活套+出口2號活套）才能夠保證軋機以最高速度運行。如果活套空了，軋機就必須以酸洗段的速度運行。軋機的平均速度是根據活套的套量和酸洗段的速度特征計算出來的。軋機速度的限制由焊縫和缺陷所造成的延遲確定。如果軋機以優化的速度操作，出口1號活套和出口2號活套的套量和總是50%，這樣在軋機剪切帶鋼時，可以有足夠的余量來穩定操作酸洗線，使之不會有任何減速。實際上，軋機的速度只能由操作工設定，軋機的自動加減速太危險，因此，系統中只有指導速度，沒有直接的速度控制。

4 結論

（1）鞍鋼莆田酸軋機組速度與活套控制技術的使用,既提高了酸洗冷連軋生產線的工作效率,又減少了酸洗段和軋機的停機時間。

（2）使酸軋連續軋制的生產節奏更加合理,速度控制更加平穩，板形質量得到了顯著改善。

［1］ GFinstermann等.酸洗-冷軋機組聯合生產線的產量優化［J］.鞍鋼技術，2005（3）： 60-63.

［2］ 王奎越，宋君，王軍生，等.鞍鋼莆田1450 mm酸洗過程控制系統的開發應用［J］.鞍鋼技術，2012（5）:17-20.

［3］ 張銳華，任濤.酸洗—軋機聯合機組速度分析［J］.重型機械,2008（1）:40-43.