連鑄連軋加熱爐爐門控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

劉斌

摘 要：連鑄連軋工藝以一種連續(xù)、無間斷的組合式鑄軋工藝生產(chǎn)熱軋帶鋼。這種工藝類型的能耗和相關(guān)成本比傳統(tǒng)的單塊中間坯的不連續(xù)軋制工藝降低了45%之多，并且CO2排放大幅度減少。生產(chǎn)線長度最短僅為180米，布局遠比傳統(tǒng)熱連軋設(shè)備緊湊得多。投資成本和運行成本與單塊中間坯的不連續(xù)熱軋產(chǎn)線相比大幅度降低。許多鋼種都能夠采用這種連續(xù)鑄軋工藝生產(chǎn)出高質(zhì)量的超薄產(chǎn)品。開發(fā)和發(fā)展熱軋板帶無頭軋制技術(shù)，在進一步提高板帶成材率、尺寸形狀精度與薄規(guī)格超薄規(guī)格比例、實現(xiàn)部分“以熱代冷”、降低輥耗等方面取得了顯著成績。該項技術(shù)是鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的又一次飛躍，代表了當(dāng)今世界熱軋帶鋼的前沿技術(shù)。

關(guān)鍵詞：連鑄連軋;超薄產(chǎn)品;無頭軋制;以熱代冷

0 概述

該控制系統(tǒng)依托于一套西門子S7 1500 PLC，程序編寫使用SCL語言，上位機系統(tǒng)使用Intouch 10.1，結(jié)合現(xiàn)場檢測元件、軋制工藝和設(shè)備性能開發(fā)。系統(tǒng)控制功能適用于連鑄連鑄的單塊軋制板坯軋制半無頭軋制板坯軋制、全無頭軋制板坯軋制三種模式，操作人員可以在HMI界面進行干預(yù)操作，靈活地進行爐輥速度的控制。

為了確保單連鑄機連鑄連軋的生產(chǎn)線加熱爐的板坯位置的精準控制，實現(xiàn)爐內(nèi)板坯溫度的準確控制，減少燃燒能耗的損失，根據(jù)現(xiàn)場檢測傳感器及板坯數(shù)據(jù)處理，具備單塊軋制板坯跟蹤、半無頭軋制板坯跟蹤、全無頭軋制板坯跟蹤等功能。結(jié)合1580連鑄連軋薄板項目的實際作業(yè)情況開發(fā)并應(yīng)用了加熱爐爐輥分段控制軟件。

1 硬件及上位機設(shè)計

1.1 可編程邏輯控制器

采用一套西門子S7 1500標(biāo)準型PLC。憑借快速的響應(yīng)時間、集成的CPU顯示面板以及響應(yīng)的調(diào)試和診斷機制，SIMATIC S7 1500的CPU極大地提升了生產(chǎn)效率，降低了成產(chǎn)生本。PLC與現(xiàn)場IO使用PROFINET標(biāo)準總線，完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術(shù)[1]。

1.2 上位機系統(tǒng)

上位機硬件選擇戴爾OptiPlex7070 MFF微型PC機，預(yù)裝64位Windows 10專業(yè)版系統(tǒng)，使用Wonderware系列產(chǎn)品Intouch 10.1界面開發(fā)軟件，具備易用的開發(fā)環(huán)境和廣泛的功能。整個HMI監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計采用樹型結(jié)構(gòu)，由監(jiān)控主畫面及相應(yīng)功能子畫面組成。在監(jiān)控主畫面下端設(shè)有控制功能鍵，按動功能鍵可以依次進入相應(yīng)子畫面，執(zhí)行所需的功能。在每一個子畫面中可通過，上一頁、下一頁功能鍵在同一功能組中進行畫面切換，在任一子畫面都可以通過主畫面功能鍵退回到監(jiān)控主畫面。系統(tǒng)自動采集相關(guān)數(shù)據(jù)，將板坯數(shù)據(jù)、板坯位置跟蹤、變頻器狀態(tài)等一些重要生產(chǎn)工藝參數(shù)顯示在主畫面上，便于操作人員的觀察。監(jiān)控主畫面上還有生產(chǎn)過程的動態(tài)畫面顯示，在動態(tài)畫面上以各種形式模擬出主要控制設(shè)備的運行情況，例如光電傳感器的檢測、輥道電機的動作、旋轉(zhuǎn)電機的運行停止等，直觀、生動的反映出現(xiàn)場的過程，方便操作人員對生產(chǎn)情況、設(shè)備工況的了解[3]。

2 過程控制

主界面用于顯示爐內(nèi)板坯跟蹤、當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)、板坯數(shù)據(jù)、關(guān)鍵傳感器信息和常用操作按鈕。并且包括入口擺剪、兩架粗軋機、2#擺剪和精軋入口的狀態(tài)顯示。界面如圖1所示。

加熱爐系統(tǒng)由兩座加熱爐組成，1#爐連接連鑄機和粗軋機，2#爐連接粗軋機和精軋機?，F(xiàn)場加熱爐系統(tǒng)主界面為加熱爐跟蹤概覽界面，操作工平時主要使用該畫面，方便同時查看1#爐和2#爐的爐內(nèi)板坯跟蹤狀態(tài)。

1#爐共包含49根爐輥，分為固定段和擺動段兩部分，固定段有25根爐輥，在擺動段有24根爐輥，其中1#輥和49#輥分別在入口爐門前和出口爐門后。每根爐輥有一臺電機驅(qū)動，每兩臺電機由一個變頻器控制。

1#爐分ABCD四段控制，其中固定段為AB段，擺動段為CD段。板坯進入爐內(nèi)，固定段爐輥均為A速轉(zhuǎn)動，跟隨連鑄機速度;1#擺剪剪切后，加熱爐收到擺剪剪切完成信號，啟動加速，此時A速為扒縫速度;扒縫結(jié)束板坯尾部進入爐內(nèi)后，板坯位置爐輥為B速運行，板坯前爐輥切回A速跟隨連鑄機速度，等待下一板坯進入;板坯尾部經(jīng)過傳送點后，啟動傳送速度，直到將板坯送入擺動段，爐輥一次切回A速;當(dāng)擺動段存在板坯尾部時，分為C速和D速，坯頭到出爐位置時，C速跟隨粗軋機，保證粗軋軋制。

2#爐共包含128根爐輥，編號從16#到144#，其中16#輥和144#輥分別在入口爐門前和出口爐門后。每根爐輥由一臺電機驅(qū)動，每兩臺電機由一個變頻器控制。

2#爐分EF兩段控制。板坯進入爐內(nèi)，爐輥均為E速轉(zhuǎn)動，跟隨粗軋機出口速度;2#擺剪剪切后，加熱爐收到擺剪剪切完成信號，啟動加速，此時E速為扒縫速度;扒縫結(jié)束板坯尾部進入爐內(nèi)后，板坯位置爐輥為F速運行，跟隨粗軋出口速度，等待下一板坯進入;板坯尾部經(jīng)過傳送點后，啟動傳送速度，直到將板坯送到出爐位置時，E速跟隨精軋機，保證精軋軋制。

3結(jié)語

薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝具有效率高、可生產(chǎn)超薄熱軋帶鋼等諸多優(yōu)勢。鋼坯的均熱和補熱一般采用輥底式加熱爐，將連鑄機和熱軋機組聯(lián)為一體，省去了板坯吊運、板坯裝料、并減少了和板坯再加熱有關(guān)的能耗。加熱爐處理不同種類、寬度和長度的板坯，可以裝入連鑄速度為2.0～6.0m/min的坯料，配合6.0～30.0m/min的軋制速度。整個系統(tǒng)長期正常地運行[2]。

本系統(tǒng)提出了一種連鑄連軋加熱爐爐輥分段控制，用于單連鑄機連鑄連軋的生產(chǎn)線。結(jié)合連鑄機和粗軋機的功能控制，入口與連鑄機速度保持一致，出口與軋機速度保持一致，爐內(nèi)爐輥速度根據(jù)板坯位置和長度進行動態(tài)調(diào)節(jié)，在滿足板坯溫度基礎(chǔ)上，保證快節(jié)奏生產(chǎn)軋制。

參考文獻

[1] 孫平.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2] 毛新平.薄板坯連鑄連軋微合金化技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

[3] 牛培峰.過程控制系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.