棒材生產線電氣傳動及自動化控制系統分析

白彥剛

（河鋼股份有限公司承德分公司、河北省釩鈦工程技術研究中心，河北 承德 067000）

隨著我國社會經濟的高速發展，電氣自動化技術獲得了更為廣泛的關注。此次技術升級在國內同行業中技術水平較為先進，已在其它棒材生產線得到應用和推廣，不僅大幅降低了設備故障率及噸鋼能耗，提高了成材率和生產效率，而且能夠適應更多品種鋼的軋制，具有良好的經濟效益與社會效益。同時，在國內同種行業同種設備情況下，提供了技術借鑒，具有廣泛的推廣前景。

1 棒材生產線生產工藝簡介

1.1 棒材生產工藝簡介

我國的工業生產范圍廣、種類多，不同的生產環節中需要用到的生產工藝都是不一樣的，例如在生產手法、選材等環節都是不一致的，會因為生產效果不同而有所變化。棒材生產線是眾多生產環節中的一部分，就常規的生產工藝而言，棒材生產工藝就相當于是選材的一個環節，這一環節是非常重要的，大多數情況下都會選擇連軸坯，材料的選擇必須要非常謹慎，要嚴格按照國家規定的標準以及生產線的實際需要。采購到符合國標的材料之后將連軸坯統一放置到儲存庫中，再按照工藝流程對坯料進行檢驗，優質或合格的則置于加熱爐中進行加工，如果有質量不合格或重量不達標的，則全部舍棄。進行了第一道加熱處理工序之后，再進行第二道剪軋工序，先對熱爐中的鋼材進行粗軋，再按照要求和尺寸進行精軋，剪切完成之后，進行最后一道工序，即對剪切好的鋼材進行稱重和打包，再貼上廠家的標簽，如此一來鋼材就可以拿到市場上進行交易。

1.2 棒材生產線

棒材生產線分為兩種方式，一種為橫向的軋制，另一種則是縱向上的軋制，通過兩種方式相結合的方式，利用軋機對鑄造成形的鋼材進行有規則的軋制，以形成各種各樣的棒材。棒材的生產是先將連軸坯料置于高溫的加熱爐中高溫融化成液體，再將液體倒在不同形狀的模具中冷卻，整個生產的過程中對溫度的要求是非常嚴格的以往傳統的棒材生產方式為了實現鋼材的精確剪軋，會在軋制過程中進行連續反復的操作，導致溫度控制不到位，棒材的質量受到影響。如今為了減少軋制過程中溫度的損失，對棒材的軋制技術進行了優化與創新，大大縮短了軋制時間與流程，一定程度上加強了溫度的控制，達到實際生產的需要。目前我國的大部分棒材生產線都是采用多條生產線同時作業的方式，并明確區分粗糙軋制和精確軋制，將不同需求的鋼材分配到不同的作業區進行操作，減少作業誤差，提高棒材生產效率與棒材的質量。

2 系統的配置以及兩級控制系統

2.1 系統的配置

鋼材是我國經濟發展中必不可少的材料之一，例如房屋修建、工廠生產作業都需要用到鋼材，為了保證鋼材的數量能夠滿足建筑與工業生產的需要，提高鋼材的生產效率，相關技術人才充分利用現代先進的技術優勢，創新了鋼材生產線的生產技術，即鋼材生產線的自動化控制系統，通過互聯網計算機技術以及人工智能，創新出自動化控制系統，在生產流程中輔以人工力量，實現鋼材的高質量高產出。要實現生產線的自動化控制，就需要安裝相應的基礎配置以及二級控制系統，首先是系統的基礎配置，包括了PLC以及計算機網絡和監控設備，對生產流程中的各個環節進行監測并做出反應，達到自動化控制的效果。對機械設備進行自動化控制，能夠減少人工的參與，鋼材的生產過程中會產生一些有害人體的物質，減少人工參與，能夠保證工人的身體健康。

2.2 二級控制系統

自動化控制系統通過系統的基礎配置和二級系統配置，才能夠滿足生產線的基本需求，實現生產系統的安全性與穩定性。基礎配置保證系統的整體能夠有序穩定的運轉，二級控制系統則在此基礎上加深對物料的分析與處理，一般安裝的是報表生成系統。在系統運轉的過程中，實時監測與記錄物料的具體情況，根據大數據分析物料的特質，并生成相應的報表，當需要時可隨時查詢，保證生產的有效性，減少人工損失，提高生產質量。

3 棒材軋線主要自動化控制模型及功能分析

在棒材生產線實行完全自動化控制之前，要仔細研究與測量自動化控制系統的各方面是否智能，是否能滿足棒材軋線的生產需求，前期相關設計人員肯定會大量分析與研究相關資料，最后得出這樣的結論。實踐是檢驗真理的唯一標準，軋線自動化控制系統的實行不僅要有大量的文獻材料做支撐，還需要用具體的數據做為依據，所以先創建一個模型，將所需功能通過模式實現，并對這些功能做出分析，才能真正運用到生產線中。首先是模擬分析軋鋼功能，將PLC接通，在模型上測試軋線上會遇到的所有情況，檢驗自動化控制下是否依然存在堆鋼、拉鋼等問題。此外還需要注意的是控制自適應模型中的微張力控制，通過張力模擬檢驗軋機的綜合性能，評估軋線的穩定性。

為了更直觀的體現自動化控制系統的功能，制定了活套的自動化控制模型。在測試活套自動控制的有效性時可以合理利用這一模型，檢測仿真模型在動態活套套高的變化中能否自動進行判斷與反應，通過對模型的利用檢測系統的效果，保證軋制的平穩有序運轉。軋機在對鋼材進行軋制、剪切時都需要嚴格把握位置的精確性，以免因錯位或其他原因導致鋼材剪切出現誤差，為了更好地實現軋機的準確性，可以在軋機的內部安裝實時定位系統，利用先進的GPS定位系統，準確對機線上流動的棒材進行定位，減少操作誤差，提高生產質量。

4 棒材生產線控制

4.1 速度級聯控制

棒材生產過程中需要注意的因素有很多，其中最為重要的主要包括了溫度的控制以及速度的把控，本文主要分析了棒材生產線電氣傳動及自動化控制系統，可以看到要做好棒材生產線的控制，需要從多個方面入手，以保證棒材的質量。

棒材的產出是經過多道程序加工而成的，為了完成不同斷面的棒材，需要多生產的鋼材進行多次軋制，每一道軋制工序都直接影響著棒材的質量，所以首要環節就是做好棒材生產線的速度級聯控制。軋制過程中采用多臺設備同時作業的方式，先調試好第一臺設備的速度和間隔時間，其他的設備都以此數據為標準，設置對應的控制基數。軋制環節還可能會遇到其他不確定因素，要要提前做好預防措施，借助活套閉環控制系統或人為的手動干預措施，對上游的機架速度進行調節，實現級聯控制。

4.2 活套閉環控制

活套閉環是棒材生產中避免生產安全問題發生的重要措施之一，棒材生產線是一條流程較長的生產線，軋制只是其中一個環節，鋼材是需要先經過熱爐的加工才能進行剪軋。兩個生產環節同時進行就可能會出現信息不對稱的問題，當上游機械速度較快時，鋼材軋制這一環節就會出現大量鋼材堆積、拋鋼等局面，影響鋼材的正常軋制。為了避免堆鋼、拉鋼問題的出現，在軋制區專門設置了活套裝置，這一裝置是以活套的高度為目標，當設備監測到活套的高度大于設定的高度值時，就會對速度級聯裝置做出反應，適當的降低上游機架的運轉速度，如果檢測到活套高度較低時，也會自動逐級調整上游機架的速度，保證棒材生產線按照適當的速度平穩運行。

4.3 起落套控制

活套的閉環控制能夠實時監測棒材生產線上下游的機架運轉速度是否協同配合，如果出現不協調時自動進行控制，保證各環節設備能夠協調運行。除此之外，還要做好起落套的控制，為了保證鋼材能夠滿足不同市場的需求，在生產中會設置粗軋和精軋兩個軋制區，而活套的起落時間則直接關系著軋鋼的質量。設備上設置的活套起落時間是通過精確測量的，最后得出適當的時間，無論是活套起套過早還是過晚，都會造成鋼坯沒有得到嚴格軋制的現象。起套太早，坯料還未流轉至下個環節的機架中，導致堆鋼；起套過晚，加大了拉鋼的幾率；落套也是一樣的，落套過早造成拉鋼；落套太晚出現甩鋼。

4.4 沖擊補償控制

鋼材軋制的環節中，是通過軋機將鋼坯進行精軋或粗軋，軋機是非常大型的機器，在軋制這個環節中主傳動會產生較大的沖擊，并引發速降，這個沖擊力的影響巨大，如果沒有進行有效控制，會導致生產事故的發生。要實現棒材生產線的自動化控制還需要做好沖擊補償控制，在軋機出現空載時通過速度的補償量減小速降的沖擊，當軋機咬鋼后再把補償量取消，由軋機按照常規的速度進行鋼坯軋制，實現軋機全過程的平穩運行，減少堆鋼、拉鋼事故。

4.5 飛剪控制

為了提高棒材的質量，實現鋼材的精準軋制，軋線上都會設置三臺飛剪，從鋼材進入生產線到出廠都是由這幾臺飛剪進行相應的剪切，以滿足市場上對不同斷面鋼材的需求。軋線上從開始到結束都會配置3臺不同型號的飛剪，包括生產線最前端的粗軋飛剪，主要功能是對剛進入生產線的鋼坯進行剪切，剪掉鋼坯頭部的不規則或多余的部分；在軋線的中部安裝的是另一型號的中軋設備，對粗軋之后的鋼坯進行軋制，然后安裝2號飛剪，對中軋之后的鋼材再次剪切多出來的頭部或尾部；最后的飛剪則是要求非常精確的，主要是對精軋之后的鋼材進行精確修剪，相當于量尺的作用，按照設定的長度寬度進行剪切，剪切完成后鋼材就可以準備出廠了。飛剪這一環節是軋線的重點也是軋機的控制難點，主要是因為必須精確控制飛剪的位置以及速度，如果位置出現偏差會嚴重影響鋼材質量，剪切速度也直接關聯到下游機架的工作。

4.6 保護聯鎖

棒材的軋制過程中無論是粗軋、中軋還是精軋，都是一條聯通的生產線，使用的設備都是同一套，可能都是由一臺主電機進行控制。在這環環相連的軋機運轉過程中，為了減少事故對主電機的影響，好應該加強對主電機安全的保護，增加保護聯鎖，避免軋機在工作的一個環節出現問題而導致整條生產線的設備被損壞。軋機運轉中，有兩個因素要控制到位，一個是軋機的速度，另一個是軋機的溫度，如果溫度過高也可能會燒壞設備，所以要做好檢測，保護軋機的正常規范生產。

5 結語

隨著社會的發展和進步，我國鋼材市場的需求量越來越大，作為小型材料的棒材，在我國鋼鐵生產過程中占據著重要的位置。對于鋼材的生產過程來說，自動化生產線能夠起到很大的幫助。以往傳統的橫列式等的落后生產工藝在現階段鋼材生產過程中被逐漸淘汰，取而代之的就是生產線的使用。生產線的使用夠極大的滿足更多的生產需求，并能夠減少生產成本的投入，進而獲得更好的鋼材。