冷轧酸洗机组自动化控制系统研究

曾国昌 韦日祯

（柳钢冷轧板带厂自动化室，广西 柳州545002）

0 引言

酸洗机组自动化控制系统可使用标准的四级控制：3级为生产执行控制级，2级为过程自动化控制级，1级为基础自动化级，0级为现场级。系统包括数字传动、传感器仪表等，还包括一套单独的HMI系统，以便生产人员使用。基础自动化级主要的控制功能为入口段控制、带钢跟踪控制、带钢张力控制、带钢速度控制、工艺段及出口段控制，下面主要对基础自动化级的控制功能进行研究。

1 入口段控制

设定值，为空套位置、设定套量位置、最大套量位置提供预设定值。当酸洗入口段因为焊接停车时，入口活套向工艺段输送带钢，当入口活套套量比设定位置小时，启动入口段爬行速度，然后按一次运行按钮，不按保持按钮，则入口段开始提速，此时入口段的运行速度为工艺段速度＋加速度值，当入口活套达到设定套量位置时，速度与工艺段速度同步。如果工艺段停车，那么当入口活套达到设定套量位置时，入口段会自动减速到爬行速度，操作工必须手动停止入口段运行，或者等到入口活套达到最大套量位置的时候，入口段自动停车。如果入口活套达到空套位置，工艺段自动停车。

（1）钢卷运输。从NO．1和NO．2钢卷小车开始到入口活套的顺序控制。

（2）酸洗入口的顺序控制。包括带头自动到穿带导板、钢卷从预开卷位到开卷机、带头自动剪切、带头自动穿带到等待位、带头从等待位自动穿带到焊机、带尾自动剪切、带尾自动甩尾到焊机、带钢焊接、焊缝冲月牙。

（3）入口活套控制。根据入口、出口速度和加速度提供预

2 带钢跟踪控制

（1）活套控制。监视活套位置，不在活套控制操作方式下的机组速度也需要进行活套位置控制。活套位置控制有带钢定位功能，根据入口、出口带钢速度和加速度进行计算，实际活套位置应除以带钢股数（入口活套为4股）。根据入口、出口速度和加速度提供预设定值。

（2）焊缝跟踪。跟踪焊缝到月牙剪位置，跟踪焊缝到圆盘剪位置，跟踪焊缝到轧机入口。

（3）钢卷跟踪。如带钢厚度、宽度、钢卷号、延伸率等数据的处理。

3 带钢张力控制

（1）额定或操作张力控制。在入口段应设定足够的带钢张力以保证带钢绷紧及顺利运送。张力预设定值通过HMI传送给开卷机传动系统。在工艺段带钢张力必须保证带钢正常运行，拉矫机的张力和弯曲辊、矫直辊的压入深度值必须根据带钢横断面、材质及板型，在过程计算机中由单独的数据表格或通过HMI由操作工来设定。其他张力值仅取决于带钢横断面和材质，其设定值将由过程计算机或通过HMI设定，设定输出将结合带钢跟踪系统去控制张力辊和活套传动系统。

（2）穿带张力控制。在带钢进入和穿出过程中，一般以较小的张力操作，大约是额定张力的30%，使用此张力值的目的是保证带钢基本绷紧。带钢进入张力值可手动输入或自动输入。

（3）临时停车张力控制。临时停车张力是当机组临时停车时由控制系统延时后自动给定的。其张力值与带钢进入张力值一样，大约是额定张力的30%。临时停车张力必须根据带钢张力自动功能投入，并且传动系统在稳定状态下执行，实际带钢张力可能会大于临时停车张力设定值。

4 带钢速度控制

（1）酸洗入口段的速度设定。在带钢未完成焊接前，机组未联动启车时有两个速度被设定控制：一是NO．1纠偏辊压辊、NO．1张力辊及压辊为一个速度选择，二是开卷机和处理器为一个速度选择（即穿带速度，最大为60 m／min）。两个速度选择可以有不同的带钢速度同时运行。当带钢焊接完成，机组联机启动后，只能有同一个带钢速度运行，入口段正常运行速度是以NO．1张力辊速度为基准。

（2）酸洗工艺段的速度设定。传动转向辊、拉矫机及NO．4纠偏辊压辊为同一速度设定。在正常运行时工艺段速度是以拉矫机的NO．3张力辊速度为基准，同时也是整个酸洗机组的速度基准。

（3）酸洗出口段的速度设定。圆盘剪段的碎边剪、NO．4张力辊为同一速度基准。在正常运行时出口段速度是以NO．4张力辊速度为基准。

5 工艺段及出口段控制

（1）拉矫机控制。拉矫机的张力是通过拉矫机前后张力辊，即NO．2和NO．3张力辊之间的速度差来产生的，其中，NO．3张力辊关联主传动电机的主令速度。拉矫机有3种操作方式，而实际延伸率的测量和显示与操作方式无关。1）延伸率功能不投入方式。在这种操作方式下，延伸率传动的速度与变形程度一起进行预设定（设为0）。2）张力方式。在这种操作方式下，延伸率传动的实际力矩将恒定。这意味着所得到的实际力矩将为设定力矩的锁定值，以张力传动方式实现负荷平衡控制来保持相应的规定力矩。在焊缝通过的情况下，给延伸率设定值增加一个附加值，用以消除拉矫机中带钢的张力波动。3）延伸率功能投入方式。在这种操作方式下，延伸率传动的速度应根据所要求的延伸率来预设定，以张力传动方式实现负荷平衡控制来保持相应的规定力矩。

（2）圆盘剪段控制。碎边剪速度设定比机组速度稍大，即包括一个基本设定值加上偏移量，目的是使碎边剪有微量的牵引速度。

（3）NO．1和NO．2出口活套控制。带钢主令速度控制程序具有如下功能：1）监视活套位置。不在活套控制操作方式下的机组速度也需进行活套位置监控。2）控制活套位置。为圆盘剪段提供预设定速度和加速度值，为空套位置、设定套量位置、最大套量位置提供预设定值。NO．1出口活套功能是当圆盘剪段因为插入／更换刀刃或月牙剪冲月牙停车时，积累从工艺段引入的带钢。当工艺段的速度比圆盘剪段的速度更大时，当活套到达设定套量位置，工艺段速度将自动减到爬行速度，这时，操作工可停止工艺段或让工艺段速度与圆盘剪段一致。如NO．1出口活套到达最大套量位置，工艺段将自动停车。NO．2出口活套的功能是保存积累的带钢，当圆盘剪段由于插入／更换刀刃或月牙剪冲月牙停车时，NO．2出口活套能给轧机输送足够的带钢。当NO．2出口活套的套量比设定位置更少时，先启动爬行速度，然后仅按一次运行按钮，不按保持按钮，则圆盘剪段开始提速，此时圆盘剪段的运行速度为轧机入口速度＋加速度值，当NO．2出口活套到达设定套量位置时，速度将自动减少到与轧机入口速度同步。如果轧机停车，当NO．2出口活套到达设定套量位置时，圆盘剪段自动减速到爬行速度，此时圆盘剪操作工须手动停车，或等到NO．2出口活套达到最大套量位置时圆盘剪段自动停车。3）设置NO．1和NO．2出口活套的目的是吸收轧机因减速和停车而产生的带钢剩余套量。过程控制系统提供酸洗工艺段速度、轧机入口速度、圆盘剪段最大速度及活套内带钢张力的设定值，且监视活套位置，以保证活套不会达到极限位置，必须以这样的方式控制活套速度，以允许轧机减速或停车，不影响工艺段的正常速度运行。通常两个活套作为一个装置来操作，即位置差等于0。过程控制系统设定酸洗机组和连轧机组的速度，考虑两个活套的充满状态以及任何计划停机等。

6 结语

本文所介绍的自动化控制系统在柳钢冷轧1 550 mm酸洗机组中应用以来，在入口段带钢的自动定位，带钢的张力、速度控制，活套的位置控制中，性能稳定，完全符合操作要求，并达到了生产工艺要求和指标。实践证明，该控制系统的设计是非常成功的。

［1］张景进．板带冷轧生产［M］．北京：冶金工业出版社，2006

［2］华建新，王贞祥．全连续式冷连轧机过程控制［M］．北京：冶金工业出版社，2000

［3］杨宗毅．实用轧钢技术手册［M］．北京：冶金工业出版社，1995