冷軋酸洗機組自動化控制系統(tǒng)淺談

陳 旭

（北京首鋼股份有限公司，河北 遷安 064404）

最近幾年隨著國內(nèi)外對于冷軋鋼材需求的加大，我們國家的鋼鐵生產(chǎn)廠家也開始將冷軋鋼材納入生產(chǎn)范疇。冷軋酸洗機組作為鋼鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵機械設(shè)備，具有很高的技術(shù)含量，然而隨著自動化控制系統(tǒng)的不斷普及，與冷軋酸洗機組相匹配的自動化控制系統(tǒng)也應(yīng)該進行優(yōu)化升級，如此一來不僅能保證冷軋酸洗機組的性能，而且也有利于提高生產(chǎn)效率，減掉有關(guān)操作人員的任務(wù)量，確保生產(chǎn)生活有序進行。因此，對冷軋酸洗機組配套的自動化系統(tǒng)展開深層次的研究顯得尤其重要。

1 冷軋酸洗機組概述

1.1 冷軋酸洗機組類型

就目前而言，鋼材生產(chǎn)制造企業(yè)應(yīng)用的冷軋酸洗機組有以下3種形式：①連續(xù)臥式酸洗機組，②連軋酸洗機組，③半連續(xù)式酸洗機組[1]。從運行投入上來看，淺槽式機組需要的投入是相對比較少的，并且維修起來也比較簡單。

1.2 冷軋酸洗機組的重要作用

由于冷軋鋼帶的原材料未熱軋帶卷，而對熱軋帶卷進行冷軋前必須要去除表面的氧化鐵成分，因此，在生產(chǎn)制作過程中還應(yīng)適當(dāng)給予酸洗處理操作。進行此道工序不僅僅能夠?qū)т摬牧贤獗淼难趸F具有很好的除去效果，而且還能致使帶鋼表層光潔如新，對于產(chǎn)品質(zhì)量提升具有很好的保障作用，在行業(yè)內(nèi)通常將此處理過程叫做除磷。冷軋酸洗機組是實現(xiàn)酸洗處理不可或缺的重要設(shè)備。

1.3 冷軋酸洗機組的除磷方法

常見的除磷方法有兩種，一種是利用機械設(shè)備進行除磷，而另外一種是利用化學(xué)制劑實現(xiàn)除磷。在實際除磷過程中，化學(xué)除磷法是最主要的除磷方法。其中化學(xué)除磷法又分為硫酸酸洗方法與鹽酸酸洗的方法。這兩種酸洗方法本身都有各自的利弊，但是基于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段鹽酸酸洗技術(shù)更加完善，被廣泛應(yīng)用到很多領(lǐng)域。

1.4 自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

冷軋酸洗機組具備的自動化控制系統(tǒng)主要由零級系統(tǒng)、基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及HIMI系統(tǒng)共同組成。其中零級系統(tǒng)主要由傳動系統(tǒng)以及儀表檢測系統(tǒng)構(gòu)成；過程控制系統(tǒng)的組成主要包括一套相對獨立的HIMI 系統(tǒng)。HIMI系統(tǒng)包含HIMI服務(wù)器與客戶機。自動化系統(tǒng)所應(yīng)用的控制等級為4級，其中涵蓋了現(xiàn)場控制等級中的0級，基礎(chǔ)自動化控制等級中的1級，過程自動化控制等級中的2級以及生產(chǎn)執(zhí)行控制等級中的3級。目前的冷軋酸洗機組很多都是借助PLC進行控制。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進步，自動化控制系統(tǒng)的功能性與自動化得到了顯著提升。

2 冷軋酸洗機組自動化控制系統(tǒng)分析

2.1 入口段點位技術(shù)控制

2.1.1 鋼卷運輸

對鋼卷小車從NO.1與NO.2處至入口活套的順序進行有效控制。

2.1.2 對酸洗入口的先后順序進行控制

對酸洗進口順序?qū)嵭锌刂疲饕◣ь^主動移動至穿帶導(dǎo)板、鋼帶卷由預(yù)開卷點位至開卷機點位、帶鋼頭自行進行裁剪、帶鋼頭自行穿帶至等候區(qū)、帶鋼頭由等候區(qū)自動穿帶到焊接、帶鋼尾自行進行裁剪、帶鋼尾自行甩尾到焊接、對帶鋼進行焊接、焊縫沖月牙。

2.1.3 對入口活套進行控制

在對入口活套進行控制時，應(yīng)該結(jié)合入口速度、出口速度還有增加速度然后再給出相應(yīng)的預(yù)設(shè)定值，與此同時為空套位置、設(shè)定套量位置、最大套量位置提供相應(yīng)預(yù)設(shè)定值。如果是入口段是由于開展焊接作業(yè)而出現(xiàn)停車，基于此種情況進口活套會主動將帶鋼運輸至工藝段，如果此時的入口活套套量小于設(shè)定位置，那么入口段會開啟的爬行速度，之后再按一下運行按鍵，讓按鍵保持不按狀態(tài)，那么入口段就會開啟加速度操作，此時此刻進口段的實際運作速度應(yīng)為工藝段此時運作速度+加速度值；如果入口活套剛好在設(shè)定套量位置，此時工藝段應(yīng)該與之維持同一速度；如果工藝段是停車狀態(tài)，此時入口活套正處于設(shè)定套量位置，這是入口段會自行降至爬行速度，相應(yīng)操作人員應(yīng)該通過手動干預(yù)的形式終止入口段進程，抑或是當(dāng)進口活套套量滿足最大套量位置的時候，進口段也會自動中斷運行。當(dāng)入口活套處于空套位置時，工藝段會自行停止運行。

2.2 跟蹤控制帶鋼

2.2.1 對活套進行有效控制

對活套位置進行實時監(jiān)測，針對一些脫離活套控制的運行速度也十分有必要實行活套位置控制。此種控制模式能夠?qū)т撨M行定位，結(jié)合帶鋼在進出口時的速度以及增加的速度值進行運算，實際活套位置除過帶鋼股數(shù)。依據(jù)帶鋼的入出口速度還有增加的速度對預(yù)設(shè)定值進行設(shè)定。

2.2.2 跟蹤焊縫

對于已經(jīng)存在的焊縫應(yīng)該追蹤到相應(yīng)的月牙剪以及圓盤位置。

2.3 對帶鋼張力進行有效控制

對酸洗機組中的帶鋼張力進行控制時主要應(yīng)該從以下3方面的張力進行控制：額定張力、穿帶張力以及臨時停車張力?？刂茙т摰念~定張力是為了保證帶鋼在實際運輸中擁有更好的安全性與可靠性，預(yù)設(shè)定的張力值會在HIMI系統(tǒng)的幫助下傳遞給開卷機中的傳動系統(tǒng)里。臨時停車張力從字面上理解就是當(dāng)機組出現(xiàn)臨時停車情況而產(chǎn)生的張力，之所以會出現(xiàn)這一癥狀主要是因控制系統(tǒng)產(chǎn)生延遲后系統(tǒng)傳輸出來的停車信號造成的，此時張力值預(yù)計會達到額定張力值的30%左右。穿帶張力通常也會控制在額定張力的30%左右[3]。

2.3.1 控制額定張力或操作張力

應(yīng)該對入口端的帶鋼張力進行充分設(shè)定以此來確保帶鋼一直處于緊繃狀態(tài)便于實現(xiàn)順利運輸。帶鋼在工藝段的張力應(yīng)該能確保其實現(xiàn)正常運行，拉矯機張力與彎曲輥、矯直輥的壓入深度值應(yīng)當(dāng)結(jié)合帶鋼橫截面、材料性質(zhì)以及材料形狀，借助過程計算機單獨創(chuàng)建的數(shù)據(jù)表格或者借助HIMI系統(tǒng)經(jīng)過操作人員手動進行設(shè)置。

2.3.2 控制穿帶張力

當(dāng)帶鋼面對穿入與穿出操作時，此時它的穿帶張力通常都不是很大，大概是額定張力的1/3左右，該張力值能夠促使帶鋼始終處于相對緊繃的狀態(tài)。帶鋼的張力值能夠通過人工手動進行操作或者自主進行輸入。

2.3.3 對臨時停車時的張力進行控制

臨時停車張力出現(xiàn)的原因在于機組因接收到控制系統(tǒng)傳輸出來的延時信號而發(fā)生臨時停車，從而出現(xiàn)了臨時停車張力。這時的張力值等同于帶鋼在酸洗入口段的張力值，大概是30%的額定張力。對臨時停車張力進行設(shè)定時應(yīng)該依據(jù)帶鋼張力的自動功能實現(xiàn)設(shè)定，同時在傳動系統(tǒng)處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)下進行落實，通常帶鋼此時的張力值會略高于臨時停車張力設(shè)定值[4]。

2.4 對帶鋼速度進行良好控制

對酸洗機組中的帶鋼速度進行控制其實質(zhì)是對入口段速度、工藝段速度及其出口速度進行有效控制，在很大程度上控制的科學(xué)性、合理性以及有效性對于企業(yè)在每項作業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量與效率方面具有非常重要的影響。此外，為了保證每項作業(yè)任務(wù)能夠得以順利實現(xiàn)，應(yīng)該在帶鋼進行焊接前對入口速度進行科學(xué)合理、高效設(shè)置。

2.4.1 酸洗入口段的速度設(shè)定

在帶鋼未完成焊接操作前，并且酸洗機組未開始進行聯(lián)動啟車的時候應(yīng)該對如下兩個速度實現(xiàn)設(shè)定控制：首先明確NO.1糾偏輥壓輥，NO.1張力輥與壓輥在速度上是一樣的，其次是確保開卷機、處理器二者的速度相一致，也叫做穿帶速度，最大速度設(shè)定為60m/min。對兩個速度進行選擇時其帶鋼速度可以不同但是能夠?qū)崿F(xiàn)一同運行，當(dāng)帶鋼完成焊接作業(yè)，酸洗機組也實現(xiàn)聯(lián)機啟動后，只允許有同一個帶鋼速度實現(xiàn)運行，設(shè)定入口段的正常運行速度時應(yīng)該將NO.1中張力輥的速度作為參考[5]。

2.4.2 酸洗工藝段的速度設(shè)定

當(dāng)運行正常時，拉矯機NO.3張力輥速度不僅是工藝段速度設(shè)定的參考對象，還是整個機組設(shè)定運行速度的基準。

2.4.3 酸洗出口段的速度設(shè)定

碎邊剪與NO.4張力輥速度設(shè)定使用同一基準。當(dāng)運行正常時，出口段設(shè)定速度標(biāo)準應(yīng)該參考NO.4中的張力輥速度。

2.5 對工藝段速度以及出口段速度進行控制

利用工藝段技術(shù)對圓盤剪進行控制，為了保證碎邊剪兼?zhèn)湮⑷醯臓恳俣龋髨A盤剪速度低于碎盤剪速度。

2.5.1 對拉矯機的運行速度進行控制

由于NO.2與NO.3張力輥間存在一定的速度差，故而形成了拉矯機張力[6]。對拉矯機進行操作的具體方式有如下3種：①延伸率不加入模式。在該操作模式下，不僅要對延伸率在實際傳動時的速度實行設(shè)定而且還應(yīng)該對變形程度給予預(yù)設(shè)定。②張力模式。在這種操作模式下，延伸率具體的力矩有可能會被恒定，簡言之所具備的實際力矩是預(yù)設(shè)定力矩的恒定值，通過張力傳動模式達到控制負荷平衡的目的進而促使規(guī)定力矩得到保證。在焊縫合格的情況下，可以給延伸率現(xiàn)有的設(shè)定值多加一個附加值，以此來確保拉矯機帶鋼張力保持平穩(wěn)的效果。③延伸功能加入方式。處于這種操作模式下，延伸率在傳動過程中的速度應(yīng)該結(jié)合規(guī)定好的延伸率來進行預(yù)設(shè)定，同樣借助張力傳動的形式對負荷平衡進行有效控制以此來確保設(shè)定力矩不受影響。

2.5.2 對圓盤剪段進行合理控制

為了保證碎邊剪存在一定的牽引速度，酸洗機組的運行速度應(yīng)該小于碎邊剪的預(yù)設(shè)定速度，即偏移量與設(shè)定值相加之和。

2.5.3 對NO.1與NO.2出口活套進行合理控制

（1）對活套位置實行監(jiān)視。對不受活套控制操作的部分機組速度執(zhí)行活套位置監(jiān)控。

（2）活套位置控制。NO.1出口活套的主要功能為面臨停車狀況時，積累由工藝段運輸過來的帶鋼。當(dāng)工藝段速度大于圓盤剪段速度時，活套位于設(shè)定套量位置，工藝段速度則會降低到爬行速度。當(dāng)其處于最大套量位置時，工藝段會停止工作。NO.2出口活套的主要功能為保存累計的帶鋼，當(dāng)出現(xiàn)停車時，其出口活套能提供充足的帶鋼。當(dāng)此時的活套小于設(shè)定位置時，先動用爬行速度，之后按動一次運行按鈕，保持按鈕不作任何操作，圓盤剪段便會執(zhí)行提速操作，這時圓盤剪段的運轉(zhuǎn)速度是軋機入口速度與加速度的總值。當(dāng)活套剛好在設(shè)定套量位置時，其速度會下降到軋機入口速度值。一旦軋機發(fā)生停車，該出口活套剛好在設(shè)定套量位置，圓盤剪段速度會低至爬行速度，這是相應(yīng)操作人員應(yīng)該通過手動的方式進行停車，或者該出口活套運行至最大的套量位置時也會停車。

3 結(jié)語

總而言之，為了更好的解決近年來由于冷軋鋼鐵需求量的不斷上漲，而出現(xiàn)的一系列關(guān)于生產(chǎn)質(zhì)量與效率的問題，必須要對酸洗工作進行高度重視。冷軋酸洗機組作為酸洗處理的關(guān)鍵設(shè)備，還需要對其內(nèi)部的自動化控制系統(tǒng)水平進行不斷提高。根據(jù)上述研究發(fā)現(xiàn)，只有保證酸洗機組的所有控制系統(tǒng)都能夠?qū)崿F(xiàn)科學(xué)、合理運行，才能夠保證酸洗工藝發(fā)揮出應(yīng)有的效果，進而為鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)更好的發(fā)展保駕護航。