某鋼廠高線摩根溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)研究

王紅軍，溫傳，趙勁松

（邯鋼大型軋鋼廠，河北 邯鄲 056015）

某鋼廠高線機(jī)組生產(chǎn)線設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力高達(dá)70 萬(wàn)噸/年，主要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、焊條鋼、冷鐓鋼、軸承鋼和彈簧鋼等。該線機(jī)組的主要機(jī)械設(shè)備是由美國(guó)西門子摩根公司提供，由于軋速高，軋件溫升快，生產(chǎn)產(chǎn)品對(duì)產(chǎn)品性能要求高，精確控制軋件溫度，滿足生產(chǎn)和吐絲相變工藝，軋件溫度閉環(huán)控制非常必要。本文研究邯鄲鋼鐵集團(tuán)公司高線機(jī)組摩根溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，對(duì)提升特鋼產(chǎn)品性能質(zhì)量具有十分重要的意義。

1 公司概述

某鋼廠具備年產(chǎn)1400 萬(wàn)噸左右的優(yōu)質(zhì)鋼的綜合生產(chǎn)能力，是國(guó)內(nèi)科技創(chuàng)新型、高質(zhì)量、高效益的優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)鋼基地。其次，公司以黨的十九大精神為指導(dǎo)，貫徹國(guó)家鋼鐵發(fā)展政策，全面構(gòu)建我國(guó)鋼鐵工業(yè)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)，從而推進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

2 高線機(jī)組摩根溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成及其原理

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

摩根區(qū)水冷溫度控制系統(tǒng)為：從西區(qū)能中來(lái)7MPa 中壓濁環(huán)水，主管路與支管上加有溫度和壓力檢測(cè)裝置，高速區(qū)為一個(gè)兩機(jī)架PFM 預(yù)精軋機(jī)組、一個(gè)八機(jī)架NTM 精軋機(jī)組、1 個(gè)四機(jī)架RSM 減定徑機(jī)組和6 個(gè)水箱七段水冷卻控制，NTM精軋機(jī)機(jī)架間在圓軋件通過(guò)的進(jìn)出口，設(shè)有機(jī)架間水冷系統(tǒng)。在每個(gè)機(jī)組前后設(shè)有軋件溫度監(jiān)測(cè)元件，每個(gè)水箱入口管路費(fèi)舍爾快切閥前加裝流量控制系統(tǒng)，在水箱的回水管路上加位置開(kāi)關(guān)閥，以控制水箱內(nèi)水冷壓力。根據(jù)溫度設(shè)定，利用檢測(cè)軋件在不同軋機(jī)組中的溫度，與計(jì)算機(jī)設(shè)定溫度比對(duì)，自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)閥門動(dòng)作來(lái)調(diào)節(jié)冷卻水壓力和流量，實(shí)現(xiàn)軋件溫度的過(guò)程控制。摩根溫控冷卻水系統(tǒng)硬件：采用羅斯蒙特（ROSEMOUNT）8711 系列電磁流量計(jì)，環(huán)境溫度為-34～65℃，公稱內(nèi)徑為150mm,流量范圍是1.8～12m3/s,精確度等級(jí)為0.3 級(jí)。供電電壓為交流220V，輸出為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；摩根溫控系統(tǒng)在設(shè)備保護(hù)方面，不僅可以根據(jù)用戶實(shí)際需求實(shí)現(xiàn)對(duì)核心設(shè)備的檢測(cè)，還提升了設(shè)備的預(yù)知預(yù)控能力。

2.2 冷卻水控制

在該廠摩根高線機(jī)組中，控制產(chǎn)品性能主要方式有兩種，其中包含了控制水箱冷卻水的溫度和控制水箱冷卻水的流量?jī)煞N方式。現(xiàn)場(chǎng)儀表檢測(cè)信號(hào)和控制命令利用各種信號(hào)模板來(lái)控制和采集功能，從而實(shí)現(xiàn)溫度和流量的PLD 控制要求。其次，冷卻水流量和壓力由HML 設(shè)定，利用控制調(diào)節(jié)閥門來(lái)控制水壓和流量，壓力和流量由HML 設(shè)定，主要目的是為了在軋鋼過(guò)程中，流向水箱的冷卻水和軋鋼間隙時(shí)水槽中的回水流量和水壓力相等，減少水系統(tǒng)水錘現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)閥門將冷卻水從一個(gè)調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)向另外一個(gè)調(diào)節(jié)閥時(shí)，保持各調(diào)節(jié)閥狀態(tài)不變，壓力和流量波動(dòng)小，從而穩(wěn)定冷卻水的控制。

2.3 應(yīng)用效果

摩根溫控水冷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠性高，具有雙向數(shù)字通訊能力的智能儀表，它不僅功能穩(wěn)定運(yùn)行，且維護(hù)工作量小，還具備良好的人性化設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)單，故障判斷簡(jiǎn)單，控制模式多元化。圖1 是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖：

圖1 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖

3 摩根加強(qiáng)型溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)受壓力控制影響

某鋼廠在摩根溫度控制系統(tǒng)中軋制過(guò)程中，利用了六段水箱控制系統(tǒng)，每個(gè)區(qū)域的水箱由紅外線檢測(cè)儀、穩(wěn)定法、換向閥、泄壓閥以及流量變送器和壓力變送器組成，當(dāng)水箱前的金屬監(jiān)控儀檢測(cè)到軋件信號(hào)時(shí)，水箱會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，并根據(jù)軋制規(guī)格和軋件溫度，提前精確開(kāi)啟冷卻水水量對(duì)軋件進(jìn)行冷卻。

3.1 軋件達(dá)不到溫降

溫度控制系統(tǒng)在沒(méi)有將全部水泵打開(kāi)的情況下，導(dǎo)致冷卻水壓力不足，從而達(dá)不到溫度降溫低的效果。同時(shí)，壓力變壓器發(fā)生故障問(wèn)題，壓力變送器會(huì)導(dǎo)致泄壓壓力信號(hào)出錯(cuò)，從而無(wú)法控制冷卻流量，水量和壓力都達(dá)不到要求。再者，換向閥出現(xiàn)故障，當(dāng)換向閥出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)引起換向錯(cuò)誤，甚至導(dǎo)致冷卻水量不夠，影響溫降效果。再者，水箱噴嘴以及管路堵塞，水中含有較多的氧化鐵粉和混合物，導(dǎo)致水箱里的噴嘴被雜質(zhì)堵塞。根據(jù)來(lái)水溫度和壓力，結(jié)合軋制的鋼種、規(guī)格及軋制速度，優(yōu)化各段水箱流量和壓力，滿足各段軋件溫度控制要求。

3.2 影響因素分析

摩根溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)在軋機(jī)運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，系統(tǒng)溫度受到較大影響，由于咬鋼、提速、降速的過(guò)程中軋件溫度變化跟不上系統(tǒng)冷卻的波動(dòng)。其次，冷卻回路上氣動(dòng)膜閥門控制壓力的變化，壓力的變化直接影響溫度控制，從而引起流量閥門啟動(dòng)關(guān)閉頻繁，造成壓力波動(dòng)。其次，在高速線材的生產(chǎn)過(guò)程中，由于溫度和壓力波動(dòng)等各種因素，會(huì)造成爐鋼溫度的波動(dòng)，而軋件通過(guò)設(shè)備過(guò)程中，溫度不穩(wěn)定的影響，從而達(dá)不到工藝要求。同時(shí)，由于軋件經(jīng)過(guò)軋機(jī)的過(guò)程中溫度波動(dòng)較大，無(wú)論是過(guò)高還是過(guò)低，都容易出現(xiàn)設(shè)備故障，這樣不僅會(huì)影響生產(chǎn)量，增加設(shè)備維修成本，甚至還會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故。再者，軋件溫度的波動(dòng)，從而導(dǎo)致產(chǎn)品性能和質(zhì)量受到影響。

3.3 存在的問(wèn)題

設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，摩根溫度閉環(huán)系統(tǒng)會(huì)存在著部分的問(wèn)題和故障。首先，軋件達(dá)不到預(yù)期的溫降效果，軋件在通過(guò)設(shè)備水箱階段過(guò)程中，溫降也無(wú)法達(dá)到軋制鋼工藝要求的標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)值；其次，水箱無(wú)法控制冷卻長(zhǎng)度，在軋件經(jīng)過(guò)水箱后，水箱無(wú)法自動(dòng)關(guān)閉；最后，軋件冷卻呈現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象，通過(guò)水箱后的軋件表面呈斑馬紋形狀。為了提升作業(yè)效率，作業(yè)區(qū)會(huì)經(jīng)常縮短出鋼間隔時(shí)間的操作方式，出鋼間斷時(shí)間一旦縮短，鋼還未通過(guò)水箱時(shí)，水箱前的探測(cè)儀長(zhǎng)期檢測(cè)到鋼的信號(hào)，導(dǎo)致水箱處于開(kāi)啟狀態(tài)，以至于無(wú)法及時(shí)關(guān)閉，小規(guī)格時(shí)造成頂事故，大規(guī)格黑頭造成碳化鎢輥輥裂問(wèn)題。

4 摩根溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)有效控制策略

4.1 定期維護(hù)系統(tǒng)

怎樣才能提升摩根溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)的使用性能呢？首先，應(yīng)該定期維護(hù)系統(tǒng)以及檢查系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，如果發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)處理。首先，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和檢查，每天清洗設(shè)備內(nèi)的機(jī)械零件，保持水箱以及導(dǎo)槽的干凈以及疏通，從而保障設(shè)備的溫控效果。此外，定期清洗或更換設(shè)備內(nèi)的過(guò)濾網(wǎng)，防止堵塞，造成壓力假象，確保供水正常。其次，不斷地修改和調(diào)整各水閥系統(tǒng)的PID 控制參數(shù)，其中包含了比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)，這樣能夠有效提升閥門動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間和效率。

4.2 修改程序，完善系統(tǒng)

關(guān)于系統(tǒng)存在水箱不能正常開(kāi)關(guān)的問(wèn)題，對(duì)于冷卻頭尾無(wú)法精確控制長(zhǎng)短、可以進(jìn)行程序操作，進(jìn)而完善系統(tǒng)。首先，應(yīng)該根據(jù)溫度控制系統(tǒng)的跟蹤程序，更改冷卻運(yùn)行參數(shù)系統(tǒng)，修改軋制不同規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)時(shí)、冷卻頭尾的時(shí)間以及冷卻水儲(chǔ)存量。此外，更改溫度控制系統(tǒng)中的換向閥控制程序，在換向閥打開(kāi)或者關(guān)閉的過(guò)程中，根據(jù)水箱的檢測(cè)信號(hào)而定，因此，在水箱換向閥的開(kāi)關(guān)程序中，分別增加一個(gè)延時(shí)程序。在更改程序，完善溫度系統(tǒng)以后不但解決了水箱不能正常開(kāi)關(guān)的情況，還解決了冷卻頭尾不能控制的問(wèn)題。

4.3 摩根溫度系統(tǒng)研究結(jié)論

通過(guò)對(duì)摩根溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理以及故障原因進(jìn)行不斷探究和分析，再通過(guò)一系列的程序修改，真正意義上優(yōu)化了溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，提升了摩根溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)的整體運(yùn)行性能。同時(shí)，軋件冷卻時(shí)間，溫度達(dá)到規(guī)定要求，產(chǎn)品質(zhì)量也達(dá)到了市場(chǎng)需求。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著某鋼廠高線摩根機(jī)組生產(chǎn)開(kāi)發(fā)品種鋼以來(lái)，摩根溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)起到了十分重要的作用。在生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)對(duì)摩根溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)故障的分析，優(yōu)化了溫控閉環(huán)控制系統(tǒng)的軟硬件，從而提升了系統(tǒng)的使用性能，也極大地滿足了生產(chǎn)需要，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。摩根溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)在設(shè)備保護(hù)方面，也起到了重要的作用。所以，研究和優(yōu)化摩根溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，是提高產(chǎn)品性能、提升市場(chǎng)占有率的必要條件。摩根溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，大大提升了產(chǎn)品的質(zhì)量水平，從而促進(jìn)了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。