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(quán),吳萌,李志鋒，柴明亮

（鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）

在冷連軋生產(chǎn)線中，速度與活套控制系統(tǒng)的作用是使酸洗段和軋機(jī)以恒定速度工作，以使生產(chǎn)率最大化并保證產(chǎn)品質(zhì)量。在控制過程中，實(shí)時(shí)收集生產(chǎn)線處理段各段速度、活套豐度、開卷機(jī)上正在生產(chǎn)鋼卷的剩余長(zhǎng)度、焊縫的位置等數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算生產(chǎn)線各段的最優(yōu)化速度設(shè)定值和活套最大、最小套量，再將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給基礎(chǔ)自動(dòng)化PLC。速度與活套控制的原則是：使產(chǎn)量達(dá)到最大的同時(shí)使能源消耗以及設(shè)備磨損達(dá)到最小，盡量保持酸洗速度恒定與軋機(jī)不停機(jī)，盡量使軋機(jī)只在換輥時(shí)停機(jī)，同時(shí)不能讓入口活套太空、三號(hào)活套太滿［1］。本文以鞍鋼莆田冷軋生產(chǎn)線酸軋機(jī)組為例，對(duì)其中的速度與活套控制系統(tǒng)加以介紹。

1 控制過程數(shù)據(jù)處理

1.1 過程數(shù)據(jù)調(diào)整

速度控制和活套控制系統(tǒng)可分別對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：

（1）速度控制調(diào)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(shí)際速度不能超過這些速度。軋機(jī)速度是由軋機(jī)設(shè)定值計(jì)算程序決定的。速度控制程序運(yùn)行時(shí)，為保證生產(chǎn)線不停止生產(chǎn)，至少要下發(fā)一個(gè)最小速度值（爬行速度）。

（2）活套控制調(diào)整1號(hào)活套、2號(hào)活套和3號(hào)活套的豐度設(shè)定值。

1.2 過程數(shù)據(jù)接收

過程數(shù)據(jù)如何調(diào)整、何時(shí)調(diào)整是通過循環(huán)接收以下測(cè)量值來實(shí)現(xiàn)的：

所有的活套豐度、全部生產(chǎn)線，從入口開卷機(jī)到軋機(jī)出口的速度、焊縫到判定點(diǎn)的距離（焊縫到拉矯機(jī)、上一條帶鋼的焊縫經(jīng)過拉矯機(jī)的長(zhǎng)度、焊縫到圓盤剪的距離、上一條帶鋼的焊縫經(jīng)過圓盤剪的距離、焊縫到軋機(jī)前張力輥的距離、上一條帶鋼的焊縫經(jīng)過軋機(jī)前張力輥的長(zhǎng)度）、酸洗線帶鋼在開卷機(jī)上剩余的長(zhǎng)度與圓盤剪的實(shí)際寬度等。并且，在計(jì)算速度相關(guān)與活套豐度相關(guān)調(diào)整量的時(shí)候，還需要接收基礎(chǔ)自動(dòng)化的信號(hào)，包括，換輥預(yù)選擇信號(hào)、焊縫離軋機(jī)150 m信號(hào)、焊縫在軋機(jī)前信號(hào)、帶鋼在卷取機(jī)卷取軸上纏繞3圈信號(hào)、新帶鋼進(jìn)入酸洗線信號(hào)、帶鋼離開酸洗線信號(hào)、出口1號(hào)活套與出口2號(hào)活套套量超限（上溢、下溢）信號(hào)、在HMI上修改速度參數(shù)后的觸發(fā)信號(hào)報(bào)文、在HMI上修改換輥時(shí)間數(shù)據(jù)后的觸發(fā)信號(hào)、入口鋼卷換卷時(shí)間開始和時(shí)間結(jié)束報(bào)文（該報(bào)文影響酸洗段速度）、1號(hào)開卷機(jī)或2號(hào)開卷機(jī)上帶鋼焊接完成信號(hào)、拉矯機(jī)模型計(jì)算的觸發(fā)信號(hào)、入口段速度超限信號(hào)（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(jī)的實(shí)際速度、3個(gè)活套豐度實(shí)際值與圓盤剪寬度等實(shí)際信號(hào)，計(jì)算并設(shè)定3個(gè)活套的豐度、酸洗入口、酸洗工藝段、剪邊段以及軋機(jī)速度等，使得生產(chǎn)線盡量以恒定速度工作，保證生產(chǎn)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(shè)計(jì)入口活套的長(zhǎng)度時(shí)，必須考慮使之滿足，在焊接下一個(gè)帶鋼時(shí)，帶鋼在活套的運(yùn)行時(shí)間足夠滿足焊接要求，而不需要酸洗段減速。但實(shí)際上，活套的設(shè)計(jì)并不能滿足所有帶鋼的要求。因此，在進(jìn)行酸洗段的速度優(yōu)化計(jì)算時(shí)，需要考慮帶鋼長(zhǎng)度較短時(shí)造成的時(shí)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(xiàn)停頓。當(dāng)焊接結(jié)束時(shí)計(jì)算該速度限制，在過程速度控制計(jì)算中使用，并立即應(yīng)用到酸洗速度上。

酸洗入口速度按如下原則優(yōu)化：當(dāng)帶鋼跑完時(shí)，入口活套正好被充滿。因?yàn)榭紤]到輥表面的磨損和設(shè)備維護(hù)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(chǔ)自動(dòng)化控制。

為了在入口活套充套時(shí)對(duì)設(shè)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(duì)入口活套進(jìn)行充套時(shí)是以最大入口速度進(jìn)行的。在優(yōu)化模式下，充套速度由以下原則確定：當(dāng)帶鋼焊接完成時(shí)，入口活套正好達(dá)到設(shè)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(gè)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(nèi)。如果入口活套在低套量，酸洗速度將設(shè)定到和入口速度相當(dāng)。如果出口活套套量在上限，酸洗速度將設(shè)定到和剪邊段速度相當(dāng)。為保持活套小車始終在限制范圍內(nèi)，酸洗段將及時(shí)減速，并且，酸洗速度不會(huì)讓活套小車完全停止。

當(dāng)帶鋼長(zhǎng)度較短時(shí)，會(huì)發(fā)生以最大入口速度充套也無法充滿活套的情況。需要根據(jù)帶鋼長(zhǎng)度和期望換卷時(shí)間計(jì)算酸洗速度限制。期望換卷時(shí)間是根據(jù)多次測(cè)量入口換卷時(shí)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(shí)又保證不會(huì)因入口活套被放空而造成酸洗段停車。

酸洗速度根據(jù)進(jìn)出酸洗段的帶鋼進(jìn)行預(yù)選擇。一般來說工廠總是試圖讓酸洗線以最大速度運(yùn)行，但同時(shí)還要考慮，當(dāng)焊縫經(jīng)過酸洗槽時(shí)，需要減速。當(dāng)軋機(jī)換輥時(shí)，酸洗段必須減速，在換輥過程中，酸洗段速度被設(shè)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(shè)置剪邊段速度和酸洗速度相當(dāng)。如果出口2號(hào)活套套量在上限，剪邊段速度將和軋機(jī)入口速度相同。

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

為避免出口二號(hào)活套太滿，需要對(duì)剪邊段減速到軋機(jī)入口速度。同時(shí)，活套小車需要及時(shí)剎車使之在活套豐度設(shè)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(jì)算方法。

為了及時(shí)剎車，最大剪邊速度：

式中，Vtdm為軋機(jī)入口速度；Vbesaeum為剪邊段速度；lslw為活套小車運(yùn)行距離；lsp為活套豐度設(shè)定值；tbr為剎車時(shí)間；tsl為活套小車運(yùn)行時(shí)間；lslbr為活套小車剎車距離；a為剪邊段加速或延遲。

當(dāng)活套處于極限情況時(shí)，應(yīng)按照下面的原則進(jìn)行速度控制：

當(dāng)入口活套空時(shí)，限制酸洗速度到入口速度；當(dāng)1號(hào)出口活套滿時(shí)，限制酸洗速度到剪邊速度；當(dāng)2號(hào)出口活套空時(shí)，限制剪邊速度到酸洗速度；當(dāng)2號(hào)出口活套滿時(shí)，限制剪邊速度到軋機(jī)入口速度。

3.4 軋機(jī)入口速度與活套控制

軋機(jī)速度的特點(diǎn)如圖2所示［3］。

軋機(jī)的入口速度計(jì)算如下式所示：

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

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

為了避免出口1號(hào)活套或出口2號(hào)活套被放空，應(yīng)該防止軋機(jī)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(hào)活套+出口2號(hào)活套）才能夠保證軋機(jī)以最高速度運(yùn)行。如果活套空了，軋機(jī)就必須以酸洗段的速度運(yùn)行。軋機(jī)的平均速度是根據(jù)活套的套量和酸洗段的速度特征計(jì)算出來的。軋機(jī)速度的限制由焊縫和缺陷所造成的延遲確定。如果軋機(jī)以優(yōu)化的速度操作，出口1號(hào)活套和出口2號(hào)活套的套量和總是50%，這樣在軋機(jī)剪切帶鋼時(shí)，可以有足夠的余量來穩(wěn)定操作酸洗線，使之不會(huì)有任何減速。實(shí)際上，軋機(jī)的速度只能由操作工設(shè)定，軋機(jī)的自動(dòng)加減速太危險(xiǎn)，因此，系統(tǒng)中只有指導(dǎo)速度，沒有直接的速度控制。

4 結(jié)論

（1）鞍鋼莆田酸軋機(jī)組速度與活套控制技術(shù)的使用,既提高了酸洗冷連軋生產(chǎn)線的工作效率,又減少了酸洗段和軋機(jī)的停機(jī)時(shí)間。

（2）使酸軋連續(xù)軋制的生產(chǎn)節(jié)奏更加合理,速度控制更加平穩(wěn)，板形質(zhì)量得到了顯著改善。

［1］ GFinstermann等.酸洗-冷軋機(jī)組聯(lián)合生產(chǎn)線的產(chǎn)量?jī)?yōu)化［J］.鞍鋼技術(shù)，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(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用［J］.鞍鋼技術(shù)，2012（5）:17-20.

［3］ 張銳華，任濤.酸洗—軋機(jī)聯(lián)合機(jī)組速度分析［J］.重型機(jī)械,2008（1）:40-43.