自動化控制技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)過程中的應用分析

呂慧超

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動化分公司，山東 濟南 271104）

1 研究背景及意義

現(xiàn)階段，軋鋼行業(yè)正處于綠色低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，為了有效降低軋鋼生產(chǎn)中的能耗和污染，必須加強對各種先進工藝技術(shù)的創(chuàng)新應用。同時，由于現(xiàn)階段受鋼鐵行業(yè)供給側(cè)改革及“雙碳”政策的影響，為軋鋼行業(yè)創(chuàng)造了良好的發(fā)展環(huán)境，在此背景下，軋鋼企業(yè)更需要通過技術(shù)創(chuàng)新來降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和效益。此外，軋鋼具有生產(chǎn)工序多、車間設(shè)備復雜數(shù)量多、勞動強度大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣、危險程度高等特點，為了滿足安全生產(chǎn)的要求，在現(xiàn)階段也必須積極展開技術(shù)創(chuàng)新，通過技術(shù)創(chuàng)新改進來實現(xiàn)對設(shè)備設(shè)施以及整個生產(chǎn)工藝流程的精確控制和監(jiān)測，及時識別和排查軋鋼生產(chǎn)中存在的問題和隱患，提升軋鋼生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和安全性，保證生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。要想實現(xiàn)上述目標，自動化控制技術(shù)發(fā)揮了極其重要的作用，作為軋鋼企業(yè)需要結(jié)合具體生產(chǎn)過程合理進行自動化控制技術(shù)的應用和改造，進一步加快軋鋼生產(chǎn)過程的智能化自動化進程，在提高企業(yè)綜合競爭力的同時實現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的目標。

2 軋鋼生產(chǎn)過程中常用的自動化控制技術(shù)

2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為當下智能化自動化控制技術(shù)中最為常用的一種，其主要是模擬人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對相關(guān)信息的提取識別和分析，進而實現(xiàn)對工藝生產(chǎn)過程的自動化控制。將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于軋鋼自動化控制過程中能夠更好地實現(xiàn)對相關(guān)信息參數(shù)的處理存儲和記憶，及時調(diào)整整個軋鋼生產(chǎn)過程，保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。其具體應用體現(xiàn)在下述4 點：一是模型建立與優(yōu)化。通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠構(gòu)建基于軋鋼生產(chǎn)的模型，并通過自學習分析軋鋼生產(chǎn)中的各種經(jīng)驗數(shù)據(jù)，不斷對模型進行優(yōu)化，從而提升軋鋼生產(chǎn)工藝的合理性和科學性[1]。二是過程辨識。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還可以用于識別軋鋼生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵因素，以及這些因素之間的相互關(guān)系，以此為基礎(chǔ)，進一步優(yōu)化生產(chǎn)過程。三是過程控制和自適應調(diào)整。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于具有自學習的功能，在軋鋼生產(chǎn)過程中，結(jié)合所采集到的信息和經(jīng)驗自動調(diào)整生產(chǎn)工藝和參數(shù)，減少各種人為因素的影響，提高生產(chǎn)效率。四是在線監(jiān)測和預測。借助傳感器等設(shè)備，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以更好地實現(xiàn)對各生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及設(shè)備設(shè)施運行情況的掌握，并識別判斷軋鋼產(chǎn)品質(zhì)量，預測軋鋼生產(chǎn)過程中相關(guān)參數(shù)的變化，進而采取有針對性的調(diào)整控制措施，確保生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提高。

2.2 PLC 技術(shù)

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）作為當下工業(yè)生產(chǎn)中最常用的自動化控制技術(shù)，具有非常高的性價比，能夠完成對各種編程元件的融合，即使對于各種復雜控制過程也具備良好的控制效果。PLC 技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)自動化控制中的應用主要體現(xiàn)在以下3 點：一是生產(chǎn)線的自動化控制。通過PLC 控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)線的主操作室、主電氣室操作站、在線操作和監(jiān)控功能等的自動化控制，構(gòu)建在線設(shè)備操作監(jiān)控體系。例如，對軋制工藝參數(shù)輸入和更改、設(shè)備故障報警和存儲、提示和打印、工藝參數(shù)預設(shè)和更改等。二是設(shè)備的傳動控制。在軋鋼生產(chǎn)中會應用到大量傳動設(shè)備，比如西門子6RA70 直流調(diào)速器、6SE70 變頻調(diào)速器等，以PLC 技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠更好地完成對閘機整理速度等參數(shù)的實時精準控制，保障生產(chǎn)質(zhì)量[2]。三是軋鋼生產(chǎn)過程的動態(tài)監(jiān)測和診斷。利用PLC 能夠?qū)崿F(xiàn)對軋鋼生產(chǎn)中設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)、材料性質(zhì)等各方面信息數(shù)據(jù)的采集分析和處理，對設(shè)備故障、工藝問題、產(chǎn)品質(zhì)量等進行動態(tài)掌控，及時找出生產(chǎn)過程中存在的故障和工藝問題，為生產(chǎn)控制調(diào)整和工藝改進提供參考依據(jù)。同時，PLC還能夠記錄設(shè)備的維護歷史，提供設(shè)備管理報告，提高軋鋼生產(chǎn)線的維護管理水平。

3 自動化控制技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)過程中的具體應用

3.1 自動化控制技術(shù)在軋鋼設(shè)備監(jiān)控中的應用

軋鋼設(shè)備自動化控制系統(tǒng)是軋鋼生產(chǎn)的重要組成部分。通過自動化控制技術(shù)，可以實現(xiàn)軋鋼設(shè)備的自動化運行和故障診斷，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。自動化控制技術(shù)在軋鋼設(shè)備監(jiān)控中的應用主要包括以下4 個方面：一是通過使用各種傳感器和檢測裝置，對軋鋼設(shè)備的各項參數(shù)進行實時監(jiān)測和反饋控制，如溫度、壓力、速度、振動等。二是通過使用人工智能、自動化控制等技術(shù)能夠?qū)堜撛O(shè)備的故障進行診斷和預測，及時發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)備故障，延長設(shè)備使用壽命。三是通過使用PLC、分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）等，對軋鋼設(shè)備的運行進行自動化控制，實現(xiàn)設(shè)備的自動化運行和故障自診斷。四是通過使用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對軋鋼設(shè)備的運行數(shù)據(jù)進行處理和分析，提取有用信息，為設(shè)備維護和優(yōu)化提供參考。

3.2 自動化控制技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)參數(shù)控制中的應用

自動化控制技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)中可以控制多種參數(shù)，如溫度、壓力、速度等。通過自動化控制技術(shù)，可以實時監(jiān)測和調(diào)節(jié)這些參數(shù)，以確保軋鋼生產(chǎn)的穩(wěn)定和高效（見圖1）。

圖1 軋鋼生產(chǎn)中參數(shù)自動化控制的示意圖

具體來說，自動化控制技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)參數(shù)控制中的應用包括以下4 個方面：一是溫度控制。溫度作為軋鋼生產(chǎn)中最為重要的控制參數(shù)，如果溫度控制存在問題，會嚴重影響鋼材的性能和質(zhì)量。通過自動化控制技術(shù)，可以實時監(jiān)測和控制加熱爐、軋鋼機等設(shè)備的溫度，使鋼材的溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)。二是壓力控制。軋鋼在成型過程中有著嚴格的壓力控制要求，只有將壓力控制在既定范圍內(nèi)，才能夠確保鋼材被軋制成相應的形狀和尺寸。在自動化控制技術(shù)的幫助下，就可以對軋鋼機的壓力進行精準控制，提高軋制的精度和效率[3]。三是速度控制。整個軋鋼生產(chǎn)過程各工序環(huán)節(jié)間連接極其緊密，只有確保各設(shè)備設(shè)施都按照既定的運行速度進行生產(chǎn)，才能夠保證生產(chǎn)安全和軋制質(zhì)量。通過傳感器技術(shù)、自動化控制技術(shù)就可以對各工藝環(huán)節(jié)及設(shè)備的電動機調(diào)頻器等進行有效管控，使速度控制在規(guī)定范圍內(nèi)。四是鋼板、棒材的長度控制。每批不同的軋鋼產(chǎn)品都有著相應的長度和尺寸要求，借助自動化控制技術(shù)，既能夠精準控制軋機的操作，又能夠?qū)崟r檢測軋制鋼板、棒材等的長度，當產(chǎn)品長度不符合質(zhì)量要求時，迅速做出調(diào)整并反饋給操控人員，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3.3 自動化控制技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)測中的應用

軋鋼生產(chǎn)質(zhì)量控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。自動化控制技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)質(zhì)量控制中的應用主要體現(xiàn)在下述4 點：一是生產(chǎn)參數(shù)的實時監(jiān)測。通過使用各種傳感器和檢測裝置，對軋鋼生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、速度、振動等參數(shù)進行實時監(jiān)測和反饋控制，及時發(fā)現(xiàn)和解決生產(chǎn)中的質(zhì)量問題。二是質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析處理。通過使用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對軋鋼生產(chǎn)過程中的質(zhì)量數(shù)據(jù)進行處理和分析，提取有用信息，為質(zhì)量評估和改進提供參考。三是產(chǎn)品質(zhì)量評估。借助提前構(gòu)建的質(zhì)量評估模型，自動化控制系統(tǒng)能夠結(jié)合自身所采集到的信息數(shù)據(jù)自動評估產(chǎn)品質(zhì)量，包括產(chǎn)品的厚度、寬度、長度、直線度等，確保產(chǎn)品符合標準要求[4]。四是工藝優(yōu)化控制。以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)所形成的優(yōu)化控制模型，能夠通過自我學習來進一步優(yōu)化控制軋鋼生產(chǎn)中的各項質(zhì)量指標，更加精準地控制溫度壓力等相關(guān)參數(shù)，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3.4 自動化控制技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)安全管理中的應用

軋鋼生產(chǎn)是一個高風險的生產(chǎn)過程，涉及高溫、高壓、高速等多個危險因素，因此安全生產(chǎn)一直是軋鋼生產(chǎn)的重要問題。在以往多通過人工來監(jiān)控軋鋼生產(chǎn)過程，經(jīng)常會出現(xiàn)人為事物所造成的安全事故。而通過自動化控制技術(shù)就可以有效降低人為因素，提高安全管理的時效性、全面性和有效性。首先，可以通過使用各種傳感器和檢測裝置，對軋鋼生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、速度、振動等參數(shù)進行實時監(jiān)測和反饋控制，防止異常情況下的超溫、超壓、超速等危險情況的發(fā)生，從而實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的全過程安全監(jiān)控。其次，安全預警。借助安全預警系統(tǒng)能夠提前分析識別軋鋼生產(chǎn)中的各類隱患風險，并及時給出相應的建議，提升風險的事前排查識別能力。再次，事故的高效應急處理。在軋鋼生產(chǎn)過程發(fā)生事故或者異常時，能夠快速針對異常和事故做出響應，盡可能降低事故影響[5]。最后，生產(chǎn)工藝過程的安全評估。通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠更加全面準確地對整個軋鋼生產(chǎn)過程中的隱患風險展開評估分析，識別潛在的缺陷和不足，并提出相應的改進措施，這樣就可以進一步降低軋鋼生產(chǎn)中的風險發(fā)生率，確保安全生產(chǎn)。

4 提高自動化技術(shù)在軋鋼自動化生產(chǎn)中應用效果的措施和建議

隨著市場變化以及技術(shù)的不斷發(fā)展，軋鋼企業(yè)還需要不斷地創(chuàng)新和優(yōu)化自動化控制技術(shù)，以此來滿足不斷變化的需求和要求。具體可以圍繞以下4 點：一是優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)。針對當前自動化系統(tǒng)的架構(gòu)進行優(yōu)化，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時結(jié)合實際生產(chǎn)情況，合理設(shè)計自動化控制算法和參數(shù)，提高系統(tǒng)響應速度和精度。二是加快軋鋼生產(chǎn)的數(shù)字化智能化進程，重視對5G 技術(shù)、無線傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等的應用，構(gòu)建智能化的軋鋼生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，進一步完善和優(yōu)化實時監(jiān)測和故障預警功能。三是加強設(shè)備集成與聯(lián)動，實現(xiàn)設(shè)備之間的協(xié)同作業(yè)。例如，可以采用先進的過程控制系統(tǒng)和模型預測控制算法，提高設(shè)備的協(xié)同效率和穩(wěn)定性。四是加強人才培養(yǎng)和團隊建設(shè)。工作團隊和專業(yè)人才是支撐軋鋼自動化發(fā)展的關(guān)鍵所在，在現(xiàn)階段軋鋼企業(yè)需要結(jié)合自身現(xiàn)狀，建立相對應的團隊合作機制，并加強對工作人員的培養(yǎng)，以此來提高軋鋼企業(yè)的自動化技術(shù)應用和創(chuàng)新能力。

5 結(jié)束語

自動化控制技術(shù)的合理應用，能夠全方位促進軋鋼生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的提升，提高軋鋼企業(yè)經(jīng)濟效益，并且還有助于降低生產(chǎn)過程中的能耗污染，加快軋鋼企業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型。因此，作為軋鋼企業(yè)需要充分認識到自動化控制技術(shù)的重要性，積極進行技術(shù)創(chuàng)新和改造，不斷提高軋鋼生產(chǎn)過程的自動化和智能化程度。