淺談自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)在帶鋼酸洗處理中的應(yīng)用

蔡 猛

（河鋼邯鋼冷軋廠，河北 邯鄲 056000）

酸洗工序是冷軋帶鋼生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，其作用是清除帶鋼表面的氧化鐵皮，防止氧化鐵皮在后續(xù)軋制工序中軋入帶鋼基體，引起帶鋼產(chǎn)品的各種質(zhì)量缺陷。傳統(tǒng)的酸洗操作中，由于人為因素較多，酸洗工藝各項(xiàng)參數(shù)控制準(zhǔn)確性并不高，容易出現(xiàn)欠酸洗和過(guò)酸洗等問(wèn)題，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

隨著工業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)已在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，其中冷軋酸洗生產(chǎn)線就是其應(yīng)用的重要方面。自動(dòng)化儀表控制技術(shù)的應(yīng)用使酸洗過(guò)程中的酸液溫度、濃度、漂洗水等相關(guān)參數(shù)的控制全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、無(wú)人化，使酸洗工藝得到了嚴(yán)格的控制，有效保證了酸洗質(zhì)量。

邯鋼酸洗連軋生產(chǎn)線自動(dòng)化儀表系統(tǒng)采用西門(mén)子電氣自動(dòng)化設(shè)備，設(shè)備系統(tǒng)以高速微處理器為基礎(chǔ)，用于工藝控制和順序控制，能夠在多計(jì)算機(jī)模式下運(yùn)行。全線的基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的不同被分為幾個(gè)獨(dú)立的自動(dòng)化單元，通過(guò)連接到相關(guān)的電氣外圍設(shè)備（遠(yuǎn)程I/O）用于測(cè)量和執(zhí)行，其中酸洗部分的儀表功能控制是通過(guò)酸洗線的過(guò)程PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)的。酸洗段自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件組成包括：PLC控制核心、存儲(chǔ)器模件、I/O接口、現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)總線、測(cè)量裝置、遠(yuǎn)程I/O、電源模件等，電源采用24V低壓供電。酸洗段自動(dòng)控制PLC采用SIMATIC S7-400，允許監(jiān)視計(jì)算以及開(kāi)環(huán)、閉環(huán)等各種模塊的運(yùn)行；通過(guò)各種傳感器和相應(yīng)的I/O接口實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度、流量、電導(dǎo)率、PH值等各工藝參數(shù)的監(jiān)視和控制。站與站之間采用工業(yè)以太網(wǎng)連接，與DCS系統(tǒng)之間以串級(jí)通訊方式相連接，生產(chǎn)線各種工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可在線反饋至操作站DCS系統(tǒng)畫(huà)面，包括酸洗段總貌畫(huà)面、歷史曲線畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面、操作畫(huà)面等皆可在DCS系統(tǒng)畫(huà)面上顯示。

自動(dòng)化儀表運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量裝置會(huì)將采集的工藝參數(shù)信息傳輸至PLC，PLC會(huì)根據(jù)內(nèi)置的程序結(jié)合反饋信號(hào)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)完成閥門(mén)開(kāi)閉、溫度調(diào)節(jié)等操作，以保持酸洗工藝的穩(wěn)定。人員在監(jiān)控室內(nèi)即可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和各種工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程的調(diào)節(jié)操作。

酸洗是利用酸溶液去除鋼鐵表面上的氧化皮和銹蝕物的一種清潔金屬表面的化學(xué)方法，將帶鋼置于酸液環(huán)境中，通過(guò)酸液與鐵氧化物的還原反應(yīng)，達(dá)到清除鋼鐵表面鐵氧化物的目的。冷軋酸洗中通常以鹽酸為酸洗劑。酸洗生產(chǎn)中對(duì)于酸液濃度、溫度、酸洗時(shí)間等工藝參數(shù)都有嚴(yán)格的要求，如果某項(xiàng)參數(shù)控制出現(xiàn)偏差，則容易導(dǎo)致過(guò)酸洗或是欠酸洗問(wèn)題的發(fā)生，最終影響板帶質(zhì)量。

常溫下，用20%～80%（體積）的鹽酸溶液對(duì)鋼鐵進(jìn)行酸洗，不易發(fā)生過(guò)腐蝕和氫脆現(xiàn)象。酸洗段自動(dòng)化儀表主要是對(duì)酸洗環(huán)節(jié)影響酸洗質(zhì)量的酸液濃度、溫度、酸洗時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，保持參數(shù)控制的標(biāo)準(zhǔn)和穩(wěn)定。酸洗段儀表主要控制回路包括：鹽酸濃度控制、鹽酸溫度控制、漂洗水導(dǎo)電率控制等。其中，酸液濃度和溫度是影響酸液活性和酸洗速度的最主要因素，酸液溫度的提高有助于反應(yīng)的進(jìn)行，通過(guò)合理調(diào)整酸液濃度和溫度參數(shù)可使酸液達(dá)到最佳活性狀態(tài)和最為理想的酸洗效果。

1 酸液溫度控制

酸洗槽內(nèi)的鹽酸溫度必須保持在一定范圍內(nèi)，如果溫度偏低則酸液活性較低，不利于反應(yīng)進(jìn)行；溫度過(guò)高的話，雖然酸洗時(shí)間縮短，但酸液消耗較大。自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用使酸液溫度控制更加精確，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)熱交換器中蒸汽流量的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)酸液溫度的控制。

溫度控制系統(tǒng)采用串級(jí)PID控制方式，由現(xiàn)場(chǎng)的溫度傳感器將溫度信號(hào)傳輸至系統(tǒng)，由處理器根據(jù)回流溫度偏差，通過(guò)主溫度控制器計(jì)算出副溫度控制器的設(shè)定值，然后由副控制器完成溫度控制；同時(shí)在控溫過(guò)程中根據(jù)酸液溫度選擇長(zhǎng)循環(huán)或是短循環(huán)控制模式。

2 酸液密度控制

密度控制的目的是通過(guò)排出酸洗廢液和補(bǔ)充新酸液來(lái)使酸液中的氫離子濃度維持在一定范圍內(nèi)，避免酸洗時(shí)因酸液中鐵離子和其它雜質(zhì)物含量超標(biāo)而影響酸洗效果。

酸洗廢液和新酸液分別放置在兩個(gè)酸儲(chǔ)液罐中，并由管路相連通，通過(guò)控制管路閥門(mén)的開(kāi)閉來(lái)完成酸液的排出和補(bǔ)充。該控制方式同樣為串級(jí)PID控制，在設(shè)定酸液濃度標(biāo)準(zhǔn)值之后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)酸液濃度的差值來(lái)控制各流量調(diào)節(jié)器來(lái)完成對(duì)酸液濃度的控制。

3 漂洗水控制

帶鋼在酸洗之后表面必然會(huì)殘留有一些酸液，如不及時(shí)清除則會(huì)對(duì)鋼材表面產(chǎn)生腐蝕作用。因此，在酸洗之后必須要再次漂洗，以清除帶鋼表面殘留酸液。為了將殘留酸液清除干凈，需對(duì)漂洗水溫度、電導(dǎo)率等參數(shù)進(jìn)行控制。漂洗水控制分為三個(gè)方面：一是液位連鎖，在漂洗液位槽內(nèi)設(shè)置液位計(jì)，同時(shí)將液位以電信號(hào)方式傳輸至系統(tǒng)，當(dāng)槽內(nèi)液位低于設(shè)定值時(shí)，漂洗水泵停泵，噴淋頭停止噴水；二是電導(dǎo)率控制，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置超限報(bào)警后，PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)會(huì)通過(guò)開(kāi)閉閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)漂洗槽的冷凝水流量，從而維持漂洗水比較理想的導(dǎo)電率；三是漂洗水溫度控制，同樣采用PID控制，通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽流量的調(diào)節(jié)，繼而控制漂洗水溫度。

綜上所述，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用使酸洗工藝參數(shù)調(diào)節(jié)更加精確，有效提高了酸洗質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了酸洗生產(chǎn)的自動(dòng)、集約和高效。