軋鋼生產(chǎn)過程中自動化控制技術(shù)的應(yīng)用研究

樊利智，楊海西，曹喜軍，齊進剛，王少博

（敬業(yè)鋼鐵有限公司，河北 石家莊 050000）

熱軋鋼是軋鋼生產(chǎn)最為常見的技術(shù)，同樣該技術(shù)也是智能化軋鋼生產(chǎn)管控的關(guān)鍵。我國科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，智能化、自動化軋鋼生產(chǎn)模式越來越普及，自動化控制技術(shù)的研發(fā)為軋鋼自動化和智能化生產(chǎn)創(chuàng)造便利條件。自動化控制技術(shù)納入到整個軋鋼生產(chǎn)中可實現(xiàn)遠程智能化管控，對于優(yōu)化軋鋼生產(chǎn)流程，提高鋼材產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

1 軋制自動化智能控制技術(shù)分析

AI是自動化智能控制技術(shù)的基礎(chǔ)。軋鋼自動化智能生產(chǎn)中也需要將AI技術(shù)作為基礎(chǔ)應(yīng)用其中。AI技術(shù)可以定位邏輯并確定操作技術(shù)。此外，AI技術(shù)可控制較為復(fù)雜的協(xié)議，實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)的全面管控。如今我國軋鋼生產(chǎn)中已經(jīng)納入了人工智能管控技術(shù)，AI控制系統(tǒng)可憑借先天性邏輯控制功能操控軋鋼生產(chǎn)較為復(fù)雜的內(nèi)容，極大提高了軋鋼生產(chǎn)的可靠性和安全性[1，2]。

2 冷軋鋼板形自動控制技術(shù)

2.1 主要調(diào)節(jié)內(nèi)容

一是張力調(diào)節(jié)。張力軋制是冷軋生產(chǎn)顯著特點。ATC控制冷軋機組時會受到多種因素影響，導(dǎo)致張力值產(chǎn)生較大波動。張力值產(chǎn)生波動的主要原因分別是原料板形存在誤差、出口測厚儀測量出現(xiàn)偏差以及出口厚度不均等。冷軋生產(chǎn)中張力要保持恒定，這樣軋制狀態(tài)才能更加穩(wěn)定。較大的張力可提高軋制的穩(wěn)定性，此時生產(chǎn)出來的板形較好。但是張力如果超出限值則容易導(dǎo)致斷帶、退火粘結(jié)、薄料卸卷難度增大。張力較小則會跑偏。因此張力值的調(diào)節(jié)需要結(jié)合材質(zhì)、規(guī)格等情況來定。不一樣的板形張力調(diào)節(jié)方式也不一樣，中浪張力要適當(dāng)減小，兩邊浪張力可適當(dāng)增加，起到降低軋制力、減小邊部延伸的作用；二是速度調(diào)節(jié)。軋制速度在摩擦系數(shù)的作用下會影響軋制力，進而降低軋制過程穩(wěn)定性。軋制過程速度較低時，摩擦系數(shù)增大，軋制力較大，張力波動，降低軋制過程的穩(wěn)定性。軋制速度不斷增加，摩擦系數(shù)降低，軋制力減小，張力值不會產(chǎn)生較大波動，此時軋制過程更加穩(wěn)定。實際軋制生產(chǎn)中可借助MASTER機對軋制速度進行科學(xué)計算，確保整個軋制過程的穩(wěn)定性；三是修正彎錕值?，F(xiàn)階段控制板型最基本的方法就是液壓彎錕法。此種方法可將軋錕凸度改變，增強板形調(diào)節(jié)能力；四是錕形控制。軋制生產(chǎn)中錕形控制方法如下，乳化液流量、噴射壓力以及分段噴射冷卻控制，軋制機軋制速度控制，軋制不同狀態(tài)下各架軋制機壓下率調(diào)整等[3，4]。

2.2 自動控制方式的運用

軋制機運行中采用自動控制方式可確保軋制過程的連續(xù)性，對于板型改善效果較明顯。軋制機自動化控制主要具有以下優(yōu)點，一是在自動化控制方式下實現(xiàn)動態(tài)變規(guī)格功能，VAX機預(yù)設(shè)定計算功能可滿足自動化控制方式下動態(tài)變規(guī)格的需求，不需要工作人員手動干預(yù)。在不停車的情況下就需要連續(xù)軋制不同規(guī)格的帶鋼，停機次數(shù)減少，減輕了軋制機對停機的自適應(yīng)影響，且各個機架張力較為穩(wěn)定，過渡時減少了斷帶情況的出現(xiàn)；二是增加了彎錕值設(shè)定，VAX機可在平直度模型下計算出彎錕值，結(jié)合計算結(jié)果可為帶鋼板型調(diào)整提供預(yù)先參考值，確保了帶鋼板形平直度；三是板形儀可控制帶鋼平直度。板形儀的納入極大降低了板形缺陷情況的發(fā)生幾率，設(shè)備維護水平明顯提高，且板形儀控制能力得到最大程度地體現(xiàn)。

3 熱軋鋼板形自動控制技術(shù)

3.1 技術(shù)組成

熱軋鋼板的形成要求控制者緊隨系統(tǒng)工作，測量出電磁信號。結(jié)合電磁信號測量結(jié)果展開運算，明確實際偏差數(shù)值。測量所得數(shù)據(jù)可在系統(tǒng)中顯示出來，方便技術(shù)人員查看測量數(shù)據(jù)，技術(shù)人員根據(jù)測量結(jié)果可規(guī)劃后續(xù)軋制內(nèi)容。HMI控制設(shè)備、PLC、遠程I/O是熱軋鋼板形自動控制技術(shù)主要構(gòu)成內(nèi)容。其中傳動工藝參數(shù)設(shè)置、儀表控制等是熱軋鋼板形自動控制技術(shù)的關(guān)鍵，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息可在傳感器的輔助下向控制端傳遞。操作者可維護操作生產(chǎn)線，并借助HMI技術(shù)調(diào)整生產(chǎn)線。

3.2 技術(shù)工作原理

分析熱軋鋼板形自動控制技術(shù)的工作原理主要在于板型測量方面。磁彈力傳感器是板型測量錕的主要構(gòu)成部分，該傳感器可以在90度轉(zhuǎn)角內(nèi)直徑為50mm的圓環(huán)中安裝。軋鋼生產(chǎn)期間，測量錕可以促使計算機運算末端工作，運作起來的計算機可進行分析運算，計算出鋼材生產(chǎn)應(yīng)力偏差值。這個偏差值會顯示給技術(shù)人員，技術(shù)人員根據(jù)數(shù)值可調(diào)整軋制過程，熱軋鋼板控制流程較為復(fù)雜，該環(huán)節(jié)可用到的自動化調(diào)節(jié)手段也較多，比如CVC板可自動化調(diào)節(jié)，出口端熱控制也可實現(xiàn)自動化。此外，自動化控制技術(shù)在彎錕調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)較為常見，具有較高的調(diào)節(jié)效率。彎錕時借助自動化控制技術(shù)可有效管理二次板型缺陷分量，得出數(shù)據(jù)偏差值。在出口熱度保障中自動化技術(shù)可控制斷面問題，出口區(qū)采用二類波浪或者復(fù)合波浪，生產(chǎn)過程中會噴射出一定的乳液，乳液可起到控制熱量的作用，避免工作熱量過大。

4 軋鋼電氣自動化技術(shù)

4.1 形成控制體系

軋鋼電氣自動化技術(shù)實際上就是在加工生產(chǎn)的過程中，對軋鋼生產(chǎn)過程進行系統(tǒng)化的生產(chǎn)調(diào)控，借助電氣自動化技術(shù)加強對軋鋼生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的管理。軋鋼電子自動化生產(chǎn)形成一個完整的控制體系可促使各個環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，加快各個環(huán)節(jié)深化改革的速度，尤其是軋鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對其進行自動化、智能化以及規(guī)模化調(diào)整可推動我國鋼鐵行業(yè)的進一步發(fā)展。在對軋鋼生產(chǎn)高精度管控的過程中可逐步建立自動化控制體系?？刂葡到y(tǒng)可實現(xiàn)多口冷卻控制，極大減少板形缺陷的幾率。同時自動化控制體系可對軋鋼生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)展開應(yīng)力計算，結(jié)合軋制基本流量加強管理，將熱量控制在合適范圍，這對于提高軋鋼生產(chǎn)節(jié)能化水平具有重要意義。

4.2 輸入輸出集中監(jiān)控

在輸入、輸出集成監(jiān)控的作用下可實現(xiàn)對軋鋼生產(chǎn)的動態(tài)化管理。軋鋼生產(chǎn)集成控制的輸出、輸入端管控可與端口設(shè)備相連接。輸入、輸出集中監(jiān)控的基礎(chǔ)是控制室。工作人員可用電纜將控制室和端口設(shè)備連接在一起，由此實現(xiàn)PACS模式的動態(tài)化轉(zhuǎn)換。軋鋼生產(chǎn)電氣自動化控制系統(tǒng)可對電氣設(shè)備內(nèi)部進行有效管理。配合DCS監(jiān)控可提高電氣設(shè)備維護的便捷性，但是該監(jiān)控系統(tǒng)難以確保DCS主機準(zhǔn)確性。軋鋼生產(chǎn)過程中應(yīng)用自動化控制技術(shù)發(fā)展前景非常廣闊，輸入、輸出集中監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)也是軋鋼生產(chǎn)領(lǐng)域科研人員重點研究的問題[5，6]。

4.3 遠程智能

遠程智能控制系統(tǒng)也是軋鋼生產(chǎn)過程中應(yīng)用的關(guān)鍵電氣自動化技術(shù)。遠程智能控制系統(tǒng)可在專門輸入框內(nèi)管理重點信息，完成收集信息和管控信息的任務(wù)。遠程智能控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)離不開數(shù)據(jù)集成柜、控制器以及軋鋼生產(chǎn)所需各種設(shè)備。遠程智能控制系統(tǒng)的輸出模式安裝工作量相對較少，安裝所需電纜和電線也不多，因此該控制系統(tǒng)應(yīng)用時不會耗費較多成本，這使得該系統(tǒng)在軋鋼自動化生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。遠程智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用可明顯提高軋鋼生產(chǎn)中分析處理數(shù)據(jù)的能力以及電氣設(shè)備的檢查能力。

5 過程控制系統(tǒng)及基礎(chǔ)自動化功能

軋鋼生產(chǎn)中可以借助自動化控制系統(tǒng)中的邏輯判斷功能控制整個生產(chǎn)過程。軋鋼實際生產(chǎn)中，控制系統(tǒng)內(nèi)會輸入大量的生產(chǎn)邏輯數(shù)據(jù)，借助數(shù)據(jù)通訊技術(shù)向基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)中傳輸有關(guān)的控制信息，實現(xiàn)對軋鋼基礎(chǔ)生產(chǎn)流程的控制?；A(chǔ)自動化系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)有機結(jié)合的前提是提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋⒋_保CPU的處理速度較高。數(shù)據(jù)傳輸速度和CPU處理速度越高，基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)二者的結(jié)合越緊密?，F(xiàn)階段我國多數(shù)軋鋼生產(chǎn)過程中采用網(wǎng)絡(luò)化通信傳輸模式發(fā)揮自動化控制系統(tǒng)的功能，自動化控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)及過程控制系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，可顯著提高數(shù)據(jù)傳輸速度。軋鋼實際生產(chǎn)中控制系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)信號，控制中樞接收控制系統(tǒng)發(fā)出的信息后下達相關(guān)的控制指令，由此實現(xiàn)對軋鋼生產(chǎn)的自動化控制。軋鋼生產(chǎn)的基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)可實現(xiàn)手動模式和自動模式兩者的高度統(tǒng)一，如果基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)處在手動控制模式中，則過程控制系統(tǒng)產(chǎn)生控制信息。基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)中的控制模式出現(xiàn)變化，系統(tǒng)則會將上一級控制信息自動轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)自動模式和手動模式無縫式銜接[7，8]。

6 注意事項

為了提高軋鋼自動化生產(chǎn)水平，自動化控制技術(shù)科研人員需要仔細研究與自動化控制系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)學(xué)模式。軋鋼實際生產(chǎn)中很多問題都與數(shù)學(xué)計算有關(guān)，包括張力計算、摩擦力計算等。此外，軋制機動態(tài)特性活套支撐響應(yīng)特性等問題也都需要參考相應(yīng)的計算結(jié)果分析。軋鋼生產(chǎn)過程中張力并不是一成不變的，自動化調(diào)整的張力可滿足軋鋼生產(chǎn)需求。對于正式投入生產(chǎn)的新軋鋼廠，實際生產(chǎn)參與很多沒有達到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，因此軋鋼實際生產(chǎn)中需要經(jīng)過反復(fù)的實踐，不斷優(yōu)化并調(diào)整參數(shù)，直到實際參數(shù)與預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)盡可能接近，實現(xiàn)對整個控制模型的優(yōu)化配置。軋鋼生產(chǎn)過程中要反復(fù)展開模擬計算，實際生產(chǎn)中難免會出現(xiàn)偏差，針對這些偏差需要在反復(fù)模擬計算和多次實踐之后才能有效控制。因此需要工作人員不斷完善和優(yōu)化理論模型，以便早日達到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)設(shè)定要求。軋鋼生產(chǎn)中還需要不斷完善并優(yōu)化檢測儀表和變換系統(tǒng)?，F(xiàn)階段我國軋鋼行業(yè)發(fā)展速度較快，各種類型的新型鋼材不斷涌現(xiàn)，用戶對軋鋼生產(chǎn)要求也越來越高。為了滿足用戶對軋鋼生產(chǎn)的高要求就需要及時更新原有的檢測儀表和變換系統(tǒng)，以此提高軋鋼生產(chǎn)自動化技術(shù)水平。此外，軋鋼生產(chǎn)自動化技術(shù)研發(fā)人員還需要進一步升級并優(yōu)化計算機控制系統(tǒng)，意識到計算機控制系統(tǒng)在軋鋼自動化生產(chǎn)中占據(jù)的地位，在計算機控制系統(tǒng)性能提升的基礎(chǔ)上進一步提高軋鋼生產(chǎn)自動化水平[9，10]。

7 結(jié)語

綜上所述，自動化控制技術(shù)納入軋鋼生產(chǎn)中可確保整個生產(chǎn)過程的可靠性和安全性。以上就是本文分析的軋鋼生產(chǎn)過程中自動化控制技術(shù)的應(yīng)用情況，希望對該領(lǐng)域的研究有一定幫助，加快我國軋鋼生產(chǎn)自動化、智能化發(fā)展的腳步。