軋鋼生產過程中自動化控制技術的應用研究

樊利智，楊海西，曹喜軍，齊進剛，王少博

（敬業鋼鐵有限公司，河北 石家莊 050000）

熱軋鋼是軋鋼生產最為常見的技術，同樣該技術也是智能化軋鋼生產管控的關鍵。我國科學技術高速發展的背景下，智能化、自動化軋鋼生產模式越來越普及，自動化控制技術的研發為軋鋼自動化和智能化生產創造便利條件。自動化控制技術納入到整個軋鋼生產中可實現遠程智能化管控，對于優化軋鋼生產流程，提高鋼材產品質量具有重要意義。

1 軋制自動化智能控制技術分析

AI是自動化智能控制技術的基礎。軋鋼自動化智能生產中也需要將AI技術作為基礎應用其中。AI技術可以定位邏輯并確定操作技術。此外，AI技術可控制較為復雜的協議，實現對整個網絡的全面管控。如今我國軋鋼生產中已經納入了人工智能管控技術，AI控制系統可憑借先天性邏輯控制功能操控軋鋼生產較為復雜的內容，極大提高了軋鋼生產的可靠性和安全性[1，2]。

2 冷軋鋼板形自動控制技術

2.1 主要調節內容

一是張力調節。張力軋制是冷軋生產顯著特點。ATC控制冷軋機組時會受到多種因素影響，導致張力值產生較大波動。張力值產生波動的主要原因分別是原料板形存在誤差、出口測厚儀測量出現偏差以及出口厚度不均等。冷軋生產中張力要保持恒定，這樣軋制狀態才能更加穩定。較大的張力可提高軋制的穩定性，此時生產出來的板形較好。但是張力如果超出限值則容易導致斷帶、退火粘結、薄料卸卷難度增大。張力較小則會跑偏。因此張力值的調節需要結合材質、規格等情況來定。不一樣的板形張力調節方式也不一樣，中浪張力要適當減小，兩邊浪張力可適當增加，起到降低軋制力、減小邊部延伸的作用；二是速度調節。軋制速度在摩擦系數的作用下會影響軋制力，進而降低軋制過程穩定性。軋制過程速度較低時，摩擦系數增大，軋制力較大，張力波動，降低軋制過程的穩定性。軋制速度不斷增加，摩擦系數降低，軋制力減小，張力值不會產生較大波動，此時軋制過程更加穩定。實際軋制生產中可借助MASTER機對軋制速度進行科學計算，確保整個軋制過程的穩定性；三是修正彎錕值。現階段控制板型最基本的方法就是液壓彎錕法。此種方法可將軋錕凸度改變，增強板形調節能力；四是錕形控制。軋制生產中錕形控制方法如下，乳化液流量、噴射壓力以及分段噴射冷卻控制，軋制機軋制速度控制，軋制不同狀態下各架軋制機壓下率調整等[3，4]。

2.2 自動控制方式的運用

軋制機運行中采用自動控制方式可確保軋制過程的連續性，對于板型改善效果較明顯。軋制機自動化控制主要具有以下優點，一是在自動化控制方式下實現動態變規格功能，VAX機預設定計算功能可滿足自動化控制方式下動態變規格的需求，不需要工作人員手動干預。在不停車的情況下就需要連續軋制不同規格的帶鋼，停機次數減少，減輕了軋制機對停機的自適應影響，且各個機架張力較為穩定，過渡時減少了斷帶情況的出現；二是增加了彎錕值設定，VAX機可在平直度模型下計算出彎錕值，結合計算結果可為帶鋼板型調整提供預先參考值，確保了帶鋼板形平直度；三是板形儀可控制帶鋼平直度。板形儀的納入極大降低了板形缺陷情況的發生幾率，設備維護水平明顯提高，且板形儀控制能力得到最大程度地體現。

3 熱軋鋼板形自動控制技術

3.1 技術組成

熱軋鋼板的形成要求控制者緊隨系統工作，測量出電磁信號。結合電磁信號測量結果展開運算，明確實際偏差數值。測量所得數據可在系統中顯示出來，方便技術人員查看測量數據，技術人員根據測量結果可規劃后續軋制內容。HMI控制設備、PLC、遠程I/O是熱軋鋼板形自動控制技術主要構成內容。其中傳動工藝參數設置、儀表控制等是熱軋鋼板形自動控制技術的關鍵，系統中的數據信息可在傳感器的輔助下向控制端傳遞。操作者可維護操作生產線，并借助HMI技術調整生產線。

3.2 技術工作原理

分析熱軋鋼板形自動控制技術的工作原理主要在于板型測量方面。磁彈力傳感器是板型測量錕的主要構成部分，該傳感器可以在90度轉角內直徑為50mm的圓環中安裝。軋鋼生產期間，測量錕可以促使計算機運算末端工作，運作起來的計算機可進行分析運算，計算出鋼材生產應力偏差值。這個偏差值會顯示給技術人員，技術人員根據數值可調整軋制過程，熱軋鋼板控制流程較為復雜，該環節可用到的自動化調節手段也較多，比如CVC板可自動化調節，出口端熱控制也可實現自動化。此外，自動化控制技術在彎錕調節環節較為常見，具有較高的調節效率。彎錕時借助自動化控制技術可有效管理二次板型缺陷分量，得出數據偏差值。在出口熱度保障中自動化技術可控制斷面問題，出口區采用二類波浪或者復合波浪，生產過程中會噴射出一定的乳液，乳液可起到控制熱量的作用，避免工作熱量過大。

4 軋鋼電氣自動化技術

4.1 形成控制體系

軋鋼電氣自動化技術實際上就是在加工生產的過程中，對軋鋼生產過程進行系統化的生產調控，借助電氣自動化技術加強對軋鋼生產各個環節的管理。軋鋼電子自動化生產形成一個完整的控制體系可促使各個環節緊密聯系，加快各個環節深化改革的速度，尤其是軋鋼生產的關鍵環節，對其進行自動化、智能化以及規模化調整可推動我國鋼鐵行業的進一步發展。在對軋鋼生產高精度管控的過程中可逐步建立自動化控制體系。控制系統可實現多口冷卻控制，極大減少板形缺陷的幾率。同時自動化控制體系可對軋鋼生產的各個環節展開應力計算，結合軋制基本流量加強管理，將熱量控制在合適范圍，這對于提高軋鋼生產節能化水平具有重要意義。

4.2 輸入輸出集中監控

在輸入、輸出集成監控的作用下可實現對軋鋼生產的動態化管理。軋鋼生產集成控制的輸出、輸入端管控可與端口設備相連接。輸入、輸出集中監控的基礎是控制室。工作人員可用電纜將控制室和端口設備連接在一起，由此實現PACS模式的動態化轉換。軋鋼生產電氣自動化控制系統可對電氣設備內部進行有效管理。配合DCS監控可提高電氣設備維護的便捷性，但是該監控系統難以確保DCS主機準確性。軋鋼生產過程中應用自動化控制技術發展前景非常廣闊，輸入、輸出集中監控系統的研發也是軋鋼生產領域科研人員重點研究的問題[5，6]。

4.3 遠程智能

遠程智能控制系統也是軋鋼生產過程中應用的關鍵電氣自動化技術。遠程智能控制系統可在專門輸入框內管理重點信息，完成收集信息和管控信息的任務。遠程智能控制系統功能的實現離不開數據集成柜、控制器以及軋鋼生產所需各種設備。遠程智能控制系統的輸出模式安裝工作量相對較少，安裝所需電纜和電線也不多，因此該控制系統應用時不會耗費較多成本，這使得該系統在軋鋼自動化生產中得到廣泛應用。遠程智能控制系統的應用可明顯提高軋鋼生產中分析處理數據的能力以及電氣設備的檢查能力。

5 過程控制系統及基礎自動化功能

軋鋼生產中可以借助自動化控制系統中的邏輯判斷功能控制整個生產過程。軋鋼實際生產中，控制系統內會輸入大量的生產邏輯數據，借助數據通訊技術向基礎自動化系統中傳輸有關的控制信息，實現對軋鋼基礎生產流程的控制。基礎自動化系統與過程控制系統有機結合的前提是提高數據傳輸的速度，并確保CPU的處理速度較高。數據傳輸速度和CPU處理速度越高，基礎自動化系統與過程控制系統二者的結合越緊密。現階段我國多數軋鋼生產過程中采用網絡化通信傳輸模式發揮自動化控制系統的功能，自動化控制系統、以太網及過程控制系統相互協調，可顯著提高數據傳輸速度。軋鋼實際生產中控制系統會發出相應信號，控制中樞接收控制系統發出的信息后下達相關的控制指令，由此實現對軋鋼生產的自動化控制。軋鋼生產的基礎自動化系統可實現手動模式和自動模式兩者的高度統一，如果基礎自動化系統處在手動控制模式中，則過程控制系統產生控制信息。基礎自動化系統中的控制模式出現變化，系統則會將上一級控制信息自動轉換，實現自動模式和手動模式無縫式銜接[7，8]。

6 注意事項

為了提高軋鋼自動化生產水平，自動化控制技術科研人員需要仔細研究與自動化控制系統相關的數學模式。軋鋼實際生產中很多問題都與數學計算有關，包括張力計算、摩擦力計算等。此外，軋制機動態特性活套支撐響應特性等問題也都需要參考相應的計算結果分析。軋鋼生產過程中張力并不是一成不變的，自動化調整的張力可滿足軋鋼生產需求。對于正式投入生產的新軋鋼廠，實際生產參與很多沒有達到預期標準參數，因此軋鋼實際生產中需要經過反復的實踐，不斷優化并調整參數，直到實際參數與預期標準參數盡可能接近，實現對整個控制模型的優化配置。軋鋼生產過程中要反復展開模擬計算，實際生產中難免會出現偏差，針對這些偏差需要在反復模擬計算和多次實踐之后才能有效控制。因此需要工作人員不斷完善和優化理論模型，以便早日達到預期標準參數設定要求。軋鋼生產中還需要不斷完善并優化檢測儀表和變換系統。現階段我國軋鋼行業發展速度較快，各種類型的新型鋼材不斷涌現，用戶對軋鋼生產要求也越來越高。為了滿足用戶對軋鋼生產的高要求就需要及時更新原有的檢測儀表和變換系統，以此提高軋鋼生產自動化技術水平。此外，軋鋼生產自動化技術研發人員還需要進一步升級并優化計算機控制系統，意識到計算機控制系統在軋鋼自動化生產中占據的地位，在計算機控制系統性能提升的基礎上進一步提高軋鋼生產自動化水平[9，10]。

7 結語

綜上所述，自動化控制技術納入軋鋼生產中可確保整個生產過程的可靠性和安全性。以上就是本文分析的軋鋼生產過程中自動化控制技術的應用情況，希望對該領域的研究有一定幫助，加快我國軋鋼生產自動化、智能化發展的腳步。