自動化控制技術在軋鋼生產過程中的應用分析

呂慧超

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動化分公司，山東 濟南 271104）

1 研究背景及意義

現階段，軋鋼行業正處于綠色低碳轉型的關鍵時期，為了有效降低軋鋼生產中的能耗和污染，必須加強對各種先進工藝技術的創新應用。同時，由于現階段受鋼鐵行業供給側改革及“雙碳”政策的影響，為軋鋼行業創造了良好的發展環境，在此背景下，軋鋼企業更需要通過技術創新來降低生產成本，提高生產效率和效益。此外，軋鋼具有生產工序多、車間設備復雜數量多、勞動強度大、生產環境惡劣、危險程度高等特點，為了滿足安全生產的要求，在現階段也必須積極展開技術創新，通過技術創新改進來實現對設備設施以及整個生產工藝流程的精確控制和監測，及時識別和排查軋鋼生產中存在的問題和隱患，提升軋鋼生產過程的穩定性和安全性，保證生產效率和產品質量。要想實現上述目標，自動化控制技術發揮了極其重要的作用，作為軋鋼企業需要結合具體生產過程合理進行自動化控制技術的應用和改造，進一步加快軋鋼生產過程的智能化自動化進程，在提高企業綜合競爭力的同時實現綠色低碳轉型的目標。

2 軋鋼生產過程中常用的自動化控制技術

2.1 人工神經網絡

人工神經網絡作為當下智能化自動化控制技術中最為常用的一種，其主要是模擬人的神經網絡，實現對相關信息的提取識別和分析，進而實現對工藝生產過程的自動化控制。將人工神經網絡用于軋鋼自動化控制過程中能夠更好地實現對相關信息參數的處理存儲和記憶，及時調整整個軋鋼生產過程，保證生產過程的穩定性。其具體應用體現在下述4 點：一是模型建立與優化。通過人工神經網絡能夠構建基于軋鋼生產的模型，并通過自學習分析軋鋼生產中的各種經驗數據，不斷對模型進行優化，從而提升軋鋼生產工藝的合理性和科學性[1]。二是過程辨識。人工神經網絡還可以用于識別軋鋼生產過程中的關鍵因素，以及這些因素之間的相互關系，以此為基礎，進一步優化生產過程。三是過程控制和自適應調整。人工神經網絡由于具有自學習的功能，在軋鋼生產過程中，結合所采集到的信息和經驗自動調整生產工藝和參數，減少各種人為因素的影響，提高生產效率。四是在線監測和預測。借助傳感器等設備，人工神經網絡可以更好地實現對各生產環節以及設備設施運行情況的掌握，并識別判斷軋鋼產品質量，預測軋鋼生產過程中相關參數的變化，進而采取有針對性的調整控制措施，確保生產質量和生產效率的提高。

2.2 PLC 技術

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）作為當下工業生產中最常用的自動化控制技術，具有非常高的性價比，能夠完成對各種編程元件的融合，即使對于各種復雜控制過程也具備良好的控制效果。PLC 技術在軋鋼生產自動化控制中的應用主要體現在以下3 點：一是生產線的自動化控制。通過PLC 控制系統能夠實現對生產線的主操作室、主電氣室操作站、在線操作和監控功能等的自動化控制，構建在線設備操作監控體系。例如，對軋制工藝參數輸入和更改、設備故障報警和存儲、提示和打印、工藝參數預設和更改等。二是設備的傳動控制。在軋鋼生產中會應用到大量傳動設備，比如西門子6RA70 直流調速器、6SE70 變頻調速器等，以PLC 技術為基礎，能夠更好地完成對閘機整理速度等參數的實時精準控制，保障生產質量[2]。三是軋鋼生產過程的動態監測和診斷。利用PLC 能夠實現對軋鋼生產中設備狀態、工藝參數、材料性質等各方面信息數據的采集分析和處理，對設備故障、工藝問題、產品質量等進行動態掌控，及時找出生產過程中存在的故障和工藝問題，為生產控制調整和工藝改進提供參考依據。同時，PLC還能夠記錄設備的維護歷史，提供設備管理報告，提高軋鋼生產線的維護管理水平。

3 自動化控制技術在軋鋼生產過程中的具體應用

3.1 自動化控制技術在軋鋼設備監控中的應用

軋鋼設備自動化控制系統是軋鋼生產的重要組成部分。通過自動化控制技術，可以實現軋鋼設備的自動化運行和故障診斷，提高設備的可靠性和穩定性。自動化控制技術在軋鋼設備監控中的應用主要包括以下4 個方面：一是通過使用各種傳感器和檢測裝置，對軋鋼設備的各項參數進行實時監測和反饋控制，如溫度、壓力、速度、振動等。二是通過使用人工智能、自動化控制等技術能夠對軋鋼設備的故障進行診斷和預測，及時發現和解決設備故障，延長設備使用壽命。三是通過使用PLC、分散控制系統（Distributed Control System，DCS）等，對軋鋼設備的運行進行自動化控制，實現設備的自動化運行和故障自診斷。四是通過使用數據分析技術，對軋鋼設備的運行數據進行處理和分析，提取有用信息，為設備維護和優化提供參考。

3.2 自動化控制技術在軋鋼生產參數控制中的應用

自動化控制技術在軋鋼生產中可以控制多種參數，如溫度、壓力、速度等。通過自動化控制技術，可以實時監測和調節這些參數，以確保軋鋼生產的穩定和高效（見圖1）。

圖1 軋鋼生產中參數自動化控制的示意圖

具體來說，自動化控制技術在軋鋼生產參數控制中的應用包括以下4 個方面：一是溫度控制。溫度作為軋鋼生產中最為重要的控制參數，如果溫度控制存在問題，會嚴重影響鋼材的性能和質量。通過自動化控制技術，可以實時監測和控制加熱爐、軋鋼機等設備的溫度，使鋼材的溫度控制在規定范圍內。二是壓力控制。軋鋼在成型過程中有著嚴格的壓力控制要求，只有將壓力控制在既定范圍內，才能夠確保鋼材被軋制成相應的形狀和尺寸。在自動化控制技術的幫助下，就可以對軋鋼機的壓力進行精準控制，提高軋制的精度和效率[3]。三是速度控制。整個軋鋼生產過程各工序環節間連接極其緊密，只有確保各設備設施都按照既定的運行速度進行生產，才能夠保證生產安全和軋制質量。通過傳感器技術、自動化控制技術就可以對各工藝環節及設備的電動機調頻器等進行有效管控，使速度控制在規定范圍內。四是鋼板、棒材的長度控制。每批不同的軋鋼產品都有著相應的長度和尺寸要求，借助自動化控制技術，既能夠精準控制軋機的操作，又能夠實時檢測軋制鋼板、棒材等的長度，當產品長度不符合質量要求時，迅速做出調整并反饋給操控人員，保證產品質量。

3.3 自動化控制技術在軋鋼生產質量監測中的應用

軋鋼生產質量控制是保證產品質量的重要環節。自動化控制技術在軋鋼生產質量控制中的應用主要體現在下述4 點：一是生產參數的實時監測。通過使用各種傳感器和檢測裝置，對軋鋼生產過程中的溫度、壓力、速度、振動等參數進行實時監測和反饋控制，及時發現和解決生產中的質量問題。二是質量數據的分析處理。通過使用大數據分析技術，對軋鋼生產過程中的質量數據進行處理和分析，提取有用信息，為質量評估和改進提供參考。三是產品質量評估。借助提前構建的質量評估模型，自動化控制系統能夠結合自身所采集到的信息數據自動評估產品質量，包括產品的厚度、寬度、長度、直線度等，確保產品符合標準要求[4]。四是工藝優化控制。以人工神經網絡等技術所形成的優化控制模型，能夠通過自我學習來進一步優化控制軋鋼生產中的各項質量指標，更加精準地控制溫度壓力等相關參數，不斷提高產品質量。

3.4 自動化控制技術在軋鋼生產安全管理中的應用

軋鋼生產是一個高風險的生產過程，涉及高溫、高壓、高速等多個危險因素，因此安全生產一直是軋鋼生產的重要問題。在以往多通過人工來監控軋鋼生產過程，經常會出現人為事物所造成的安全事故。而通過自動化控制技術就可以有效降低人為因素，提高安全管理的時效性、全面性和有效性。首先，可以通過使用各種傳感器和檢測裝置，對軋鋼生產過程中的溫度、壓力、速度、振動等參數進行實時監測和反饋控制，防止異常情況下的超溫、超壓、超速等危險情況的發生，從而實現對整個生產過程的全過程安全監控。其次，安全預警。借助安全預警系統能夠提前分析識別軋鋼生產中的各類隱患風險，并及時給出相應的建議，提升風險的事前排查識別能力。再次，事故的高效應急處理。在軋鋼生產過程發生事故或者異常時，能夠快速針對異常和事故做出響應，盡可能降低事故影響[5]。最后，生產工藝過程的安全評估。通過大數據分析技術，能夠更加全面準確地對整個軋鋼生產過程中的隱患風險展開評估分析，識別潛在的缺陷和不足，并提出相應的改進措施，這樣就可以進一步降低軋鋼生產中的風險發生率，確保安全生產。

4 提高自動化技術在軋鋼自動化生產中應用效果的措施和建議

隨著市場變化以及技術的不斷發展，軋鋼企業還需要不斷地創新和優化自動化控制技術，以此來滿足不斷變化的需求和要求。具體可以圍繞以下4 點：一是優化系統架構。針對當前自動化系統的架構進行優化，簡化系統結構，提高系統穩定性。同時結合實際生產情況，合理設計自動化控制算法和參數，提高系統響應速度和精度。二是加快軋鋼生產的數字化智能化進程，重視對5G 技術、無線傳感技術、物聯網技術等的應用，構建智能化的軋鋼生產監控系統，進一步完善和優化實時監測和故障預警功能。三是加強設備集成與聯動，實現設備之間的協同作業。例如，可以采用先進的過程控制系統和模型預測控制算法，提高設備的協同效率和穩定性。四是加強人才培養和團隊建設。工作團隊和專業人才是支撐軋鋼自動化發展的關鍵所在，在現階段軋鋼企業需要結合自身現狀，建立相對應的團隊合作機制，并加強對工作人員的培養，以此來提高軋鋼企業的自動化技術應用和創新能力。

5 結束語

自動化控制技術的合理應用，能夠全方位促進軋鋼生產效率和生產質量的提升，提高軋鋼企業經濟效益，并且還有助于降低生產過程中的能耗污染，加快軋鋼企業的綠色低碳轉型。因此，作為軋鋼企業需要充分認識到自動化控制技術的重要性，積極進行技術創新和改造，不斷提高軋鋼生產過程的自動化和智能化程度。