冷軋高強(qiáng)鋼脫脂處理線控制系統(tǒng)應(yīng)用

翟景峰 ，劉炳剛 ，丁志宇 ，馮明峰 ，張哲 ，劉放 ，周明

（1.鞍鋼集團(tuán)信息產(chǎn)業(yè)有限公司，遼寧 大連 116085；2.鞍鋼股份有限公司冷軋廠，遼寧 鞍山 114021）

冷軋軋制帶鋼表面會(huì)不同程度附著乳化液油膜、鐵粉和灰塵等各類雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在退火過(guò)程被碳化后仍然附著在鋼板表面，易造成罩式退火層間粘結(jié)、連續(xù)退火爐輥結(jié)瘤、鍍鋅涂鍍不均等質(zhì)量缺陷，須通過(guò)脫脂工序?qū)⑵淝宄?，以達(dá)到罩式退火、連續(xù)退火、鍍鋅等下一步生產(chǎn)工序表面潔凈的要求。隨著冷軋高強(qiáng)鋼生產(chǎn)工藝的研究和開(kāi)發(fā)，采用罩式退火工藝可以生產(chǎn)部分高強(qiáng)鋼產(chǎn)品，特別適合小批量、多品種的高強(qiáng)鋼生產(chǎn)。為改善品種結(jié)構(gòu)、提高罩式退火產(chǎn)品質(zhì)量，以及適應(yīng)靈活多變市場(chǎng)，鞍鋼集團(tuán)有限公司于2018年在鞍山本部投產(chǎn)一條高強(qiáng)鋼脫脂處理線，年產(chǎn)60萬(wàn)t，能夠處理寬度范圍800～1 550 mm，厚度范圍0.4～3.2 mm，最大屈服強(qiáng)度1 150 MPa的冷軋?jiān)?。鞍鋼集團(tuán)信息產(chǎn)業(yè)有限公司提邁克公司負(fù)責(zé)其自動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、供貨及調(diào)試工作，本文介紹了控制系統(tǒng)的構(gòu)成，并詳細(xì)描述了帶鋼處理線控制、脫脂工藝控制技術(shù)特點(diǎn)及生產(chǎn)應(yīng)用效果。

1 控制系統(tǒng)構(gòu)成及主要功能

1.1 概述

圖1為冷軋高強(qiáng)脫脂處理線工藝流程，產(chǎn)線采用浸沒(méi)噴淋式堿液預(yù)清洗+堿液刷洗+電解清洗+熱水刷洗+熱水/冷凝水漂洗的脫脂工藝。

圖1 冷軋高強(qiáng)脫脂處理線工藝流程Fig.1 Process Flow for Cold Rolled HSS Degreasing Treatment Line

脫脂處理線控制系統(tǒng)采用主流分級(jí)層次結(jié)構(gòu)，包括L2過(guò)程控制級(jí)、L1基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)、L0現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行級(jí)以及HMI人機(jī)接口和PDA過(guò)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。L2級(jí)主要負(fù)責(zé)數(shù)學(xué)模型、物料跟蹤、PDI初始數(shù)據(jù)輸入、報(bào)表、與L3級(jí)接口等；L1級(jí)主要負(fù)責(zé)機(jī)組主令控制、順序控制、工藝控制；L0級(jí)主要負(fù)責(zé)變頻傳動(dòng)裝置和MCC控制；HMI和PDA系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控、報(bào)警診斷、故障分析等。

整個(gè)控制系統(tǒng)裝備先進(jìn)可靠，支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，通信網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)潔、開(kāi)放，具備可擴(kuò)展性和操作維護(hù)便利性，控制設(shè)備間主要通訊方式見(jiàn)表1。

表1 控制系統(tǒng)主要通訊方式Table 1 Main Communication Mode for Control System

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置見(jiàn)圖2，選用西門子S120變頻器、S7-416CPU、ET200M 遠(yuǎn)程 I/O、Dell PowerEdge服務(wù)器等工業(yè)產(chǎn)品，通過(guò)Ethernet和Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)將上述設(shè)備聯(lián)成一體。L2服務(wù)器采用雙網(wǎng)卡配置，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議與L3級(jí)進(jìn)行通訊。

圖2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置Fig.2 Network Configuration for Control System

考慮到現(xiàn)場(chǎng)總線連接設(shè)備較多、作業(yè)環(huán)境惡劣以及Profibus規(guī)范中硬件設(shè)備數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)通信距離的限制，現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中采用了Profibus RS485中繼器來(lái)拓展網(wǎng)絡(luò)連接，使通信網(wǎng)段和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加靈活，更重要的是提高了現(xiàn)場(chǎng)總線的穩(wěn)定性，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行兩年來(lái)，通信狀態(tài)穩(wěn)定，滿足了系統(tǒng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和確定性要求。

1.2 過(guò)程自動(dòng)化級(jí)L2

過(guò)程自動(dòng)化級(jí)L2由1臺(tái)L2服務(wù)器和2臺(tái)L2客戶機(jī)（與HMI客戶機(jī)共用）組成，其中L2服務(wù)器硬盤具備磁盤陣列冗余功能。過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)建立了生產(chǎn)計(jì)劃L3與基礎(chǔ)自動(dòng)化L1的聯(lián)系，負(fù)責(zé)根據(jù)L3生產(chǎn)計(jì)劃和操作工指令，為L(zhǎng)1計(jì)算生產(chǎn)必須的各種設(shè)定值，例如張力、矯直機(jī)壓下量、電解電流等，并在給L1提供信息的基礎(chǔ)上對(duì)帶鋼進(jìn)行跟蹤，最終將成品卷的生產(chǎn)報(bào)告?zhèn)魉偷絃3計(jì)算機(jī)。其主要功能包括：

（1）接收、顯示、編輯L3生產(chǎn)計(jì)劃鋼卷原始數(shù)據(jù)；

（2）步進(jìn)梁、開(kāi)卷機(jī)、卷取機(jī)等鋼卷占用位的鋼卷數(shù)據(jù)處理；

（3）生產(chǎn)線設(shè)定值的計(jì)算，生產(chǎn)線實(shí)際值數(shù)據(jù)生成；

（4）創(chuàng)建日志與報(bào)表管理；

（5） 與 L3、L1通訊管理。

1.3 基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1

基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1由S7-416CPU、OP操作站I/O、ET遠(yuǎn)程站I/O組成，根據(jù)裝置規(guī)模、控制要求和成熟業(yè)績(jī)，設(shè)置1個(gè)CPU框架，其中包含3個(gè)S7-416CPU的控制器結(jié)構(gòu)，分別完成全線的順序控制、主令控制和工藝控制，跟蹤和急?？刂乒δ芗稍诘谌齻€(gè)CPU中，各CPU負(fù)荷量均在60%以下，這種由入口、中部、出口多框架多重CPU框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化整合為單框架多重CPU控制的方案既節(jié)省了裝配空間，又降低了控制成本。

在程序設(shè)計(jì)優(yōu)化方面，將原L0級(jí)變頻傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)的工藝控制功能，例如張力控制、卷徑計(jì)算、慣性補(bǔ)償、摩擦補(bǔ)償?shù)?，均通過(guò)上移到L1級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，L0級(jí)和L1級(jí)控制界面更加清晰，控制方式更加靈活，縮短了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間；另外，PCS7軟件和傳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)塊可以在一個(gè)程序項(xiàng)目下同時(shí)編制PLC和HMI程序，無(wú)需手動(dòng)導(dǎo)入導(dǎo)出或新建相關(guān)接口變量，在提高編程效率的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)診斷功能的大幅提升，為今后的智能化改造提供了數(shù)據(jù)支撐?；A(chǔ)自動(dòng)化各CPU主要控制功能見(jiàn)表2。另外，生產(chǎn)線上還設(shè)有多套獨(dú)立控制系統(tǒng)，用于單體設(shè)備的控制，獨(dú)立控制系統(tǒng)與生產(chǎn)線基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過(guò)Ethernet或Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，如焊機(jī)、超濾、電解電源、CPC、EPC和檢測(cè)儀表等。

表2 基礎(chǔ)自動(dòng)化各CPU主要控制功能Table 2 Main Control Functions of Basic Automation CPUs

1.4 變頻傳動(dòng)控制

按照脫脂線工藝控制要求，線傳動(dòng)采用交流變頻調(diào)速，分為380 V和690 V兩個(gè)電壓等級(jí)，采用公共直流母線+制動(dòng)單元的控制方案，通過(guò)配置主線路開(kāi)關(guān)、主線路接觸器、熔斷器、整流單元、控制單元、電機(jī)模塊、傳感器模塊、電抗器等電氣元件,完成將固定頻率和電壓的三相進(jìn)線電源轉(zhuǎn)換成可變頻率和電壓的三相交流電輸出，完成電機(jī)的矢量控制功能和閉環(huán)控制功能。

變頻傳動(dòng)設(shè)計(jì)采用核心部件（S120變頻器）引進(jìn)，國(guó)內(nèi)配套組柜的方式進(jìn)行。S120模塊化的設(shè)計(jì)可根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)任務(wù)，對(duì)控制模塊、電源模塊、功率模塊以及接口模塊進(jìn)行合理有效的配置。各模塊之間可以通過(guò)專用Drive-Cliq總線通信，靈活構(gòu)建傳動(dòng)通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)可通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，并進(jìn)行信息交換。該變頻傳動(dòng)控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高、維護(hù)量小、運(yùn)行效率高的特點(diǎn)。

1.5 HMI和PDA系統(tǒng)

HMI系統(tǒng)由1臺(tái)HMI服務(wù)器和5臺(tái)HMI客戶機(jī)組成，由于L1和L2共用HMI客戶機(jī)，操作工在一臺(tái)HMI客戶機(jī)上既可以操作L1，也可以操作L2，按照生產(chǎn)區(qū)域劃分操作權(quán)限，與工藝相關(guān)的每個(gè)操作均需由操作員確認(rèn)。HMI L1畫面主要包括生產(chǎn)總覽（見(jiàn)圖3）、入口操作、工藝操作、出口操作、趨勢(shì)顯示、報(bào)警診斷、參數(shù)顯示、合閘操作等。HMI L2畫面包括生產(chǎn)計(jì)劃、PDI數(shù)據(jù)管理、能源消耗、班組管理、生產(chǎn)報(bào)表等。

圖3 生產(chǎn)總覽HMI畫面Fig.3 Production Overview HMI Screen

PDA系統(tǒng)由1臺(tái)PDA計(jì)算機(jī)、1個(gè)IBA光纖接口板卡和2個(gè)IBA數(shù)據(jù)采集模塊組成，通過(guò)PDA S7request軟件可對(duì)控制系統(tǒng)內(nèi)2 048點(diǎn)的過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，例如帶鋼速度、張力、堿洗槽溫度等，具備記錄、采集、顯示、分析功能。

2 主要控制技術(shù)

2.1 帶鋼速度控制技術(shù)

作為主令控制CPU的核心功能之一，帶鋼速度控制負(fù)責(zé)生產(chǎn)線帶鋼速度設(shè)定和帶鋼定位相關(guān)計(jì)算，其主要的控制模型為帶鋼速度設(shè)定模型和帶鋼定位控制模型（見(jiàn)圖4），通過(guò)將模型計(jì)算的速度設(shè)定值發(fā)送至傳動(dòng)設(shè)備，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)各區(qū)段內(nèi)帶鋼的傳輸。帶鋼速度控制是實(shí)現(xiàn)張力控制、活套控制、負(fù)荷平衡控制等工藝控制的基礎(chǔ)，控制要求在帶鋼恒速及加減速運(yùn)行的全過(guò)程中，各區(qū)段內(nèi)的傳動(dòng)設(shè)備均以工藝要求的線速度以高精度協(xié)同運(yùn)行；在帶頭、帶尾、焊縫需要定位以完成某項(xiàng)功能時(shí)，使帶鋼精確到達(dá)預(yù)定位置；同時(shí)，為了避免加減速時(shí)由于不同設(shè)備的響應(yīng)造成的張力突變，需在加減速度階段的開(kāi)始和結(jié)束處進(jìn)行光滑過(guò)渡，以實(shí)現(xiàn)帶鋼的平穩(wěn)運(yùn)行。

（1） 帶鋼速度設(shè)定模型

上承操作模式選擇，下接電機(jī)速度設(shè)定。操作模式選擇既包含來(lái)自操作臺(tái)的運(yùn)行操作指令，也包含帶鋼跟蹤、帶鋼定位（如圖4）、機(jī)組運(yùn)行條件、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等綜合指令，帶鋼速度設(shè)定模型采用加速度內(nèi)環(huán)-速度外環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，將上述指令與速度和加速度選擇相結(jié)合，產(chǎn)生帶有S曲線效應(yīng)的速度設(shè)定曲線，最終將速度設(shè)定發(fā)送給傳動(dòng)設(shè)備。

圖4 帶鋼速度設(shè)定模型和帶鋼定位控制模型Fig.4 Strip Speed Setup Model and Strip Positioning Control Model

（2） 帶鋼定位控制模型

作為區(qū)段操作模式選擇之一，帶鋼定位控制模型下接帶鋼速度設(shè)定模型，即定位控制過(guò)程是速度控制過(guò)程的向上延伸，也就是說(shuō)定位控制過(guò)程最終是對(duì)加加速度、加速度及速度進(jìn)行持續(xù)調(diào)整的過(guò)程?？傮w上，帶鋼定位控制模型是一個(gè)帶鋼速度設(shè)定模型內(nèi)環(huán)—路徑控制外環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。

脫脂處理線在入口焊接完成后，整條生產(chǎn)線為一個(gè)速度控制區(qū)段，其中2張力輥的2輥為速度主令輥，采用速度控制，為整條生產(chǎn)線的速度基準(zhǔn)，1張力輥的1-2輥和2張力輥的1輥采用負(fù)荷平衡控制，1和2張力輥?zhàn)鳛橐粋€(gè)整體同時(shí)出力，帶動(dòng)整條生產(chǎn)線運(yùn)行；夾送輥、沉沒(méi)輥、刷輥等為帶Droop軟化功能的速度控制，避免電機(jī)過(guò)負(fù)荷和帶鋼表面劃傷；開(kāi)卷機(jī)、3張力輥、4張力輥、卷取機(jī)為張力控制。

機(jī)組點(diǎn)動(dòng)、穿帶速度為30 m/min，聯(lián)動(dòng)最高速度為400 m/min，為了減弱高強(qiáng)帶鋼對(duì)電機(jī)和齒輪箱沖擊，正常加（減）速度略低于普板脫脂線，為0.5 m/s，并設(shè)有升速、保持、減速、穿帶速度、快速停車、緊急停車操作。同時(shí)，為了保證生產(chǎn)節(jié)奏，全線除了上下卷為半自動(dòng)操作（人工確認(rèn)）外，其余操作均為全自動(dòng)運(yùn)行，包括自動(dòng)穿帶甩尾、自動(dòng)焊接挖邊、自動(dòng)剪切、張力自動(dòng)設(shè)定、機(jī)組自動(dòng)減速等。

實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，開(kāi)卷機(jī)-卷取機(jī)成組傳動(dòng)的速度控制精度與單體傳動(dòng)的速度控制精度相同，達(dá)到了±0.1%；區(qū)段帶鋼定位精度達(dá)到了±50 mm，滿足工藝控制的要求。

2.2 帶鋼張力控制技術(shù)

作為主令控制CPU的核心功能之一，帶鋼張力控制負(fù)責(zé)生產(chǎn)線各張力區(qū)張力調(diào)節(jié)變量的計(jì)算，分為基于轉(zhuǎn)矩的張力控制模型（見(jiàn)圖5）和基于速度的張力控制模型（見(jiàn)圖6）。將計(jì)算的轉(zhuǎn)矩或速度調(diào)節(jié)變量發(fā)送給傳動(dòng)設(shè)備，與傳動(dòng)控制一起實(shí)現(xiàn)帶鋼張力控制。穩(wěn)定的張力控制具有防止帶鋼跑偏、緩解帶鋼振動(dòng)以及改善帶鋼板形的作用。

圖5 基于轉(zhuǎn)矩的張力控制模型Fig.5 Strip Tension Control Model Based on Torque

圖6 基于速度的張力控制模型Fig.6 Strip Tension Control Model Based on Speed

（1）基于轉(zhuǎn)矩的張力控制模型

由張力斜坡發(fā)生器、張力濾波器、張力控制器、附加速度設(shè)定等環(huán)節(jié)組成。附加速度設(shè)定功能使速度設(shè)定總是大于或總是小于帶鋼實(shí)際線速度，從而使速度控制器始終處于飽和輸出狀態(tài)，傳動(dòng)控制輸出轉(zhuǎn)矩被限定在限幅值上，限幅值為經(jīng)過(guò)慣性補(bǔ)償和摩擦補(bǔ)償后的張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定。典型應(yīng)用場(chǎng)合包括開(kāi)卷機(jī)、卷取機(jī)、張力輥等。

（2）基于速度的張力控制模型

該模型控制環(huán)節(jié)與基于轉(zhuǎn)矩的張力控制模型基本相同，不同之處在于控制方式，當(dāng)采用基于速度的張力控制模型時(shí)，速度控制器始終處于未飽和狀態(tài)，時(shí)時(shí)根據(jù)張力控制器的輸出動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；而作為本張力區(qū)與臨近張力區(qū)的張力設(shè)定之差的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)變量，則在附加慣性轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩后，直接疊加到速度控制器之后，預(yù)控帶鋼張力，以提高在張力轉(zhuǎn)換時(shí)的響應(yīng)特性。與基于轉(zhuǎn)矩的張力控制的張力調(diào)節(jié)模式相比，基于速度的張力控制模型具有消除臨近張力區(qū)張力波動(dòng)影響效率更高、張力轉(zhuǎn)換響應(yīng)更好的特點(diǎn)?？蓱?yīng)用在張力控制精度要求高的場(chǎng)合，例如活套、立式爐。

按照?qǐng)D1的脫脂處理線的工藝流程，整條生產(chǎn)線分為入口段、工藝段和出口段3個(gè)張力區(qū)，開(kāi)卷機(jī)采用基于轉(zhuǎn)矩的張力控制，負(fù)責(zé)開(kāi)卷機(jī)至1張力輥（入口段）的張力穩(wěn)定；3和4張力輥?zhàn)鳛橐粋€(gè)整體，采用基于速度的張力控制，負(fù)責(zé)工藝段的張力穩(wěn)定；卷取機(jī)采用基于轉(zhuǎn)矩的張力控制，負(fù)責(zé)4張力輥至卷取機(jī)（出口段）的張力穩(wěn)定。考慮到產(chǎn)線可同時(shí)生產(chǎn)高強(qiáng)、非高強(qiáng)產(chǎn)品的需要，引入張力控制器補(bǔ)償系數(shù)，系數(shù)大小隨帶鋼屈服強(qiáng)度的增加而增加，分段線性，以提高張力控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

結(jié)合鞍鋼冷軋1、2脫脂處理線（分別于2004和2007年引進(jìn)日本新日鐵技術(shù)）的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)硬質(zhì)帶鋼時(shí)，偶爾出現(xiàn)脫脂槽沉沒(méi)輥劃傷帶鋼缺陷，原因?yàn)槌翛](méi)輥與帶鋼未緊密接觸，造成輥面局部磨損，繼而污染帶鋼，而高強(qiáng)脫脂線處理的帶鋼屈服強(qiáng)度更高，出現(xiàn)帶鋼表面劃傷的概率更大。為了保證本高強(qiáng)脫脂線在各區(qū)段的張力穩(wěn)定且運(yùn)行可靠，分別在工藝段前后，各設(shè)置了2組張力輥和1臺(tái)張力計(jì)，1和2張力輥負(fù)責(zé)機(jī)組速度主令控制，3和4張力輥負(fù)責(zé)工藝段張力控制，雖然張力反饋取自工藝段出口張力計(jì)，但是由于工藝段入口張力計(jì)監(jiān)視功能的投入，使得可以實(shí)時(shí)監(jiān)控工藝段全段的張力情況，及時(shí)調(diào)整、修正張力設(shè)定，從而保證了張力控制的穩(wěn)定。

實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)穩(wěn)態(tài)張力控制精度達(dá)到±1.0%，工藝段穩(wěn)態(tài)張力控制精度達(dá)到±1.0%，生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)均已達(dá)到保證值，有效避免了帶鋼與電極搭接，保證了脫脂清洗的效果。

2.3 脫脂工藝控制技術(shù)

作為工藝控制CPU核心功能，脫脂工藝段操作HMI畫面如圖7所示，工藝段由帶鋼直接通過(guò)的在線工作槽、離線工作的循環(huán)系統(tǒng)和工藝段輔助系統(tǒng)組成。工作槽通過(guò)堿液預(yù)清洗、堿液刷洗、電解清洗、熱水刷洗、熱水/冷凝水漂洗等手段對(duì)帶鋼上下表面進(jìn)行清洗；循環(huán)系統(tǒng)則持續(xù)為工作槽提供滿足要求的清洗液（堿液或熱水）；工藝段輔助系統(tǒng)包括烘干機(jī)、廢氣排出系統(tǒng)、堿液配置系統(tǒng)等。帶鋼脫脂工藝控制負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)上述工藝控制過(guò)程。

圖7 脫脂工藝段操作HMI畫面Fig.7 Operation HMI Screen for Degreasing Process Section

（1）循環(huán)系統(tǒng)控制

循環(huán)泵通過(guò)熱交換機(jī)將堿液傳遞到清洗頂部或再循環(huán)回到循環(huán)箱。循環(huán)系統(tǒng)主要包括液位控制、壓力控制、電導(dǎo)率控制和溫度控制。液位控制和壓力控制用于泵的許可運(yùn)行和泵的保護(hù)；電導(dǎo)率控制用于堿液濃度監(jiān)控，通過(guò)手動(dòng)排放和自動(dòng)添加，將堿液的濃度控制在最佳清洗范圍內(nèi)；溫度控制通過(guò)調(diào)節(jié)熱交換器調(diào)節(jié)閥，控制堿液溫度。滿足工藝要求的堿液將加速皂化反應(yīng)和乳化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)脫脂。

（2） 刷洗控制

由固定在刷洗機(jī)架體上的4組刷輥交替刷洗帶鋼上下表面，刷輥旋轉(zhuǎn)速度恒定，刷子的旋轉(zhuǎn)方向與帶鋼移動(dòng)方向相反，通過(guò)刷輥傳動(dòng)的電流反應(yīng)刷輥與帶鋼間的接觸壓力，隨著刷輥的磨損，帶鋼上的接觸壓力和刷輥電流會(huì)逐漸減小。為保證機(jī)械清洗效果，刷輥將根據(jù)HMI或L2的設(shè)定的電流負(fù)荷連續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)千斤頂，同時(shí)為保證刷輥控制系統(tǒng)穩(wěn)定，取一定時(shí)間的傳動(dòng)電流平均值作為電流反饋。刷洗控制與堿液逆向噴射結(jié)合，有效清洗帶鋼表面油脂硬殼，實(shí)現(xiàn)機(jī)械脫脂。

（3）電解清洗控制

通過(guò)電極的極化作用清洗帶鋼表面，由于清洗效果取決于單位面積的電流和作用時(shí)間，所以電極板的電流設(shè)定值是一個(gè)與帶鋼速度和帶鋼寬度成正比例的函數(shù)。當(dāng)速度為爬行速度時(shí)電流密度恒定；當(dāng)速度大于爬行速度時(shí)，電流密度成比例變化；當(dāng)停車時(shí)，切斷整流器，避免帶鋼長(zhǎng)時(shí)間電解發(fā)熱而灼傷?；瘜W(xué)脫脂和機(jī)械脫脂只能清除鋼板表面上的油污，藏在凹坑里的污染物只能通過(guò)電解脫脂才能徹底清除。

高密度電流清洗曾經(jīng)是電解清洗的主流，鞍鋼冷軋1、2脫脂處理線也采用此技術(shù)（兩對(duì)鎳電極，電流密度為150 A/m），但隨著產(chǎn)量的提高，高密度電流清洗的缺點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn)，電極板消耗過(guò)快會(huì)增加成本，當(dāng)電解槽內(nèi)反應(yīng)劇烈、電極板間距較小時(shí)，如果帶鋼板形較差，易出現(xiàn)帶鋼表面灼傷缺陷，高強(qiáng)帶鋼的板形控制難度大等。為此，本高強(qiáng)脫脂線采用低密度電流清洗，電流密度為25 A/m。同時(shí)，為保證清洗效果，安裝4對(duì)電極板，并配有4個(gè)電解整流柜，運(yùn)行成本優(yōu)勢(shì)明顯，清洗效果更好。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，浸沒(méi)噴淋式堿液預(yù)清洗+堿液刷洗+電解清洗+熱水刷洗+熱水/冷凝水漂洗的脫脂工藝流程能夠有效清除帶鋼雜質(zhì)，罩式退火帶鋼表面質(zhì)量顯著提高，脫脂后帶鋼表面反射率均達(dá)到90%以上。

2.4 帶鋼跟蹤控制技術(shù)

作為工藝段控制CPU核心功能，帶鋼跟蹤控制負(fù)責(zé)生產(chǎn)線鋼卷跟蹤和焊縫跟蹤，是整條生產(chǎn)線的靈魂，L2下達(dá)的控制參數(shù)由跟蹤系統(tǒng)分解到各個(gè)部分，在最適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)完成正確的設(shè)定，使整條線的生產(chǎn)能夠達(dá)到工藝的要求。帶鋼跟蹤控制主要包括鋼卷跟蹤和焊縫跟蹤。

（1） 鋼卷跟蹤

鋼卷跟蹤是生產(chǎn)線對(duì)產(chǎn)品身份的跟蹤，產(chǎn)品身份包含產(chǎn)品的物理規(guī)格、化學(xué)特性以及控制要求。在生產(chǎn)線入口區(qū)域，跟蹤系統(tǒng)通過(guò)控制系統(tǒng)測(cè)量鋼卷外徑和寬度，完成鋼卷核對(duì)，檢查鋼卷是否為生產(chǎn)計(jì)劃制定的鋼卷，對(duì)于核對(duì)有問(wèn)題的鋼卷，控制系統(tǒng)拒絕鋼卷上到開(kāi)卷機(jī)，并提出警告；在生產(chǎn)線出口，根據(jù)用戶需要或生產(chǎn)需要，對(duì)處理的鋼卷要分成不同規(guī)格的成品鋼卷，跟蹤系統(tǒng)需要對(duì)由母卷產(chǎn)生的不同子卷進(jìn)行跟蹤，再根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃的分卷要求，控制尾部設(shè)備停車切卷；脫脂處理線鋼卷跟蹤設(shè)備包括入口步進(jìn)梁、入口上卷小車、卷取機(jī)、出口卸卷小車、出口步進(jìn)梁等，共計(jì)10個(gè)位置。

（2） 焊縫跟蹤

焊縫跟蹤可以完成不同帶鋼在生產(chǎn)線上交接，從而在處理段采取不同的處理策略。由于焊縫位置特殊，針對(duì)焊縫的到達(dá)，設(shè)備要采取不同的避讓措施。生產(chǎn)線一般以張力輥劃分跟蹤區(qū)，每個(gè)跟蹤區(qū)又劃分若干不同長(zhǎng)度跟蹤子區(qū)，跟蹤子區(qū)一般以設(shè)備的交接處或一些檢測(cè)開(kāi)關(guān)位置來(lái)劃分，從而滿足工藝對(duì)焊縫跟蹤的要求。對(duì)于長(zhǎng)距離的跟蹤，特別是在進(jìn)入關(guān)鍵設(shè)備前需要知道焊縫準(zhǔn)確位置，將焊縫檢測(cè)儀的值修正到該位置，保證焊縫跟蹤的準(zhǔn)確。脫脂處理線焊縫跟蹤分為1個(gè)跟蹤區(qū)，19個(gè)子跟蹤區(qū)。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，跟蹤系統(tǒng)計(jì)算的位置與實(shí)際位置的差值在50 m內(nèi)不大于±50 mm，相關(guān)的工藝設(shè)備均按照鋼卷跟蹤設(shè)定值動(dòng)作，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

3 應(yīng)用情況

該控制系統(tǒng)在鞍鋼冷軋高強(qiáng)鋼脫脂處理線已投產(chǎn)近兩年，控制系統(tǒng)穩(wěn)定、帶鋼定位精確、張力控制平穩(wěn)，保證了生產(chǎn)線的連續(xù)高效生產(chǎn)；操作畫面簡(jiǎn)潔、故障診斷豐富、報(bào)表數(shù)據(jù)完整，有助于帶鋼缺陷溯源和故障點(diǎn)的快速定位?？刂葡到y(tǒng)主要性能保證值見(jiàn)表3，相關(guān)處理線技術(shù)已成功應(yīng)用于酸洗、退火、鍍鋅、重卷等鞍鋼冷軋?zhí)幚砭€工程。

表3 控制系統(tǒng)主要性能保證值Table 3 Main Performance Guarantee Values for Control System

4 結(jié)論

鞍鋼冷軋高強(qiáng)鋼脫脂處理線能夠處理最大屈服強(qiáng)度為1 150 MPa的冷軋?jiān)?，高?qiáng)原料對(duì)工藝設(shè)備、機(jī)電設(shè)備和控制系統(tǒng)都提出了更高的要求。本文從工程項(xiàng)目角度，提出了若干帶鋼處理線控制系統(tǒng)的改進(jìn)方案和適應(yīng)冷軋高強(qiáng)鋼脫脂線生產(chǎn)的控制方法，對(duì)冷軋類似產(chǎn)線的電控設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義，具體如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)配置：對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備較多、作業(yè)環(huán)境惡劣工況，采用Profibus RS485中繼器來(lái)拓展網(wǎng)絡(luò)連接，使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加靈活，且提高了現(xiàn)場(chǎng)總線的穩(wěn)定性。

（2）基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1：采用單框架多重CPU控制方案，傳動(dòng)工藝控制功能均上移至基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1，應(yīng)用PCS7軟件和標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)塊，能夠提高編程效率，降本增效。

（3）帶鋼速度控制：高強(qiáng)鋼和非高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)，可以采用不同的加（減）速度，其中高強(qiáng)鋼的略低，以減弱高強(qiáng)鋼帶對(duì)電機(jī)和齒輪箱的沖擊，從而提高其使用壽命。

（4）帶鋼張力控制：引入張力控制器補(bǔ)償系數(shù)，系數(shù)大小隨帶鋼屈服強(qiáng)度的增加而增加，分段線性提高了張力控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能；另外，工藝段前后均需設(shè)置張力計(jì)，1臺(tái)張力計(jì)用于張力控制，另一臺(tái)用于張力監(jiān)視，減少帶鋼表面劃傷缺陷。

（5）脫脂工藝控制：采用低密度電解電流清洗，電解槽內(nèi)反應(yīng)減弱，電極板間距增大，減少了帶鋼表面電極灼燒缺陷，且降低了電極板的消耗。