酸洗冷连轧工艺过程速度与活套控制

王奎越,宋君,金耀辉,刘宝权,吴萌,李志锋，柴明亮

（鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山 114009）

在冷连轧生产线中，速度与活套控制系统的作用是使酸洗段和轧机以恒定速度工作，以使生产率最大化并保证产品质量。在控制过程中，实时收集生产线处理段各段速度、活套丰度、开卷机上正在生产钢卷的剩余长度、焊缝的位置等数据，根据这些数据，实时计算生产线各段的最优化速度设定值和活套最大、最小套量，再将计算结果发送给基础自动化PLC。速度与活套控制的原则是：使产量达到最大的同时使能源消耗以及设备磨损达到最小，尽量保持酸洗速度恒定与轧机不停机，尽量使轧机只在换辊时停机，同时不能让入口活套太空、三号活套太满［1］。本文以鞍钢莆田冷轧生产线酸轧机组为例，对其中的速度与活套控制系统加以介绍。

1 控制过程数据处理

1.1 过程数据调整

速度控制和活套控制系统可分别对以下参数进行调整：

（1）速度控制调整酸洗入口段的速度、酸洗工艺段速度和剪边段速度，各段实际速度不能超过这些速度。轧机速度是由轧机设定值计算程序决定的。速度控制程序运行时，为保证生产线不停止生产，至少要下发一个最小速度值（爬行速度）。

（2）活套控制调整1号活套、2号活套和3号活套的丰度设定值。

1.2 过程数据接收

过程数据如何调整、何时调整是通过循环接收以下测量值来实现的：

所有的活套丰度、全部生产线，从入口开卷机到轧机出口的速度、焊缝到判定点的距离（焊缝到拉矫机、上一条带钢的焊缝经过拉矫机的长度、焊缝到圆盘剪的距离、上一条带钢的焊缝经过圆盘剪的距离、焊缝到轧机前张力辊的距离、上一条带钢的焊缝经过轧机前张力辊的长度）、酸洗线带钢在开卷机上剩余的长度与圆盘剪的实际宽度等。并且，在计算速度相关与活套丰度相关调整量的时候，还需要接收基础自动化的信号，包括，换辊预选择信号、焊缝离轧机150 m信号、焊缝在轧机前信号、带钢在卷取机卷取轴上缠绕3圈信号、新带钢进入酸洗线信号、带钢离开酸洗线信号、出口1号活套与出口2号活套套量超限（上溢、下溢）信号、在HMI上修改速度参数后的触发信号报文、在HMI上修改换辊时间数据后的触发信号、入口钢卷换卷时间开始和时间结束报文（该报文影响酸洗段速度）、1号开卷机或2号开卷机上带钢焊接完成信号、拉矫机模型计算的触发信号、入口段速度超限信号（低于最低速度或超过最高速度）等等。

2 速度与活套控制功能

图1所示为速度与活套控制的主要功能。

从图1中可见，通过采集酸洗入口、酸洗工艺段、剪边段、以及轧机的实际速度、3个活套丰度实际值与圆盘剪宽度等实际信号，计算并设定3个活套的丰度、酸洗入口、酸洗工艺段、剪边段以及轧机速度等，使得生产线尽量以恒定速度工作，保证生产率的最大化［2］。

3 速度与活套控制方法

3.1 酸洗入口速度与活套控制

在设计入口活套的长度时，必须考虑使之满足，在焊接下一个带钢时，带钢在活套的运行时间足够满足焊接要求，而不需要酸洗段减速。但实际上，活套的设计并不能满足所有带钢的要求。因此，在进行酸洗段的速度优化计算时，需要考虑带钢长度较短时造成的时间延迟。

过程速度控制可以利用入口活套的充套策略限制带钢的速度，使酸洗段不致出现停顿。当焊接结束时计算该速度限制，在过程速度控制计算中使用，并立即应用到酸洗速度上。

酸洗入口速度按如下原则优化：当带钢跑完时，入口活套正好被充满。因为考虑到辊表面的磨损和设备维护的要求，酸洗入口段并不总需要最大速度。入口活套的上限由基础自动化控制。

为了在入口活套充套时对设备压力最小，操作人员能够选择速度控制策略。普通模式下，在对入口活套进行充套时是以最大入口速度进行的。在优化模式下，充套速度由以下原则确定：当带钢焊接完成时，入口活套正好达到设定的丰度。

3.2 酸洗段速度与活套控制

酸洗速度综合了多个速度因素，并选择其中的最低速度。

酸洗速度必须使活套保持在限制内。如果入口活套在低套量，酸洗速度将设定到和入口速度相当。如果出口活套套量在上限，酸洗速度将设定到和剪边段速度相当。为保持活套小车始终在限制范围内，酸洗段将及时减速，并且，酸洗速度不会让活套小车完全停止。

当带钢长度较短时，会发生以最大入口速度充套也无法充满活套的情况。需要根据带钢长度和期望换卷时间计算酸洗速度限制。期望换卷时间是根据多次测量入口换卷时间，取平均值确定。酸洗段将减速以保证入口活套能被充满，同时又保证不会因入口活套被放空而造成酸洗段停车。

酸洗速度根据进出酸洗段的带钢进行预选择。一般来说工厂总是试图让酸洗线以最大速度运行，但同时还要考虑，当焊缝经过酸洗槽时，需要减速。当轧机换辊时，酸洗段必须减速，在换辊过程中，酸洗段速度被设置到最低，以保证在换辊过程中，酸洗段不停车。

3.3 剪边段速度与活套控制

剪边速度被活套套量所限制。如果出口活套的套量在低限，需要设置剪边段速度和酸洗速度相当。如果出口2号活套套量在上限，剪边段速度将和轧机入口速度相同。

在所有情况下，剪边段速度将及时减速以使活套小车运行在限定范围内。此外，剪边段速度将确保活套小车不会完全停车，但是保持运行在限定范围内。

为避免出口二号活套太满，需要对剪边段减速到轧机入口速度。同时，活套小车需要及时刹车使之在活套丰度设定值处停车。如下给出活套小车的控制方程以及最大剪边速度的计算方法。

为了及时刹车，最大剪边速度：

式中，Vtdm为轧机入口速度；Vbesaeum为剪边段速度；lslw为活套小车运行距离；lsp为活套丰度设定值；tbr为刹车时间；tsl为活套小车运行时间；lslbr为活套小车刹车距离；a为剪边段加速或延迟。

当活套处于极限情况时，应按照下面的原则进行速度控制：

当入口活套空时，限制酸洗速度到入口速度；当1号出口活套满时，限制酸洗速度到剪边速度；当2号出口活套空时，限制剪边速度到酸洗速度；当2号出口活套满时，限制剪边速度到轧机入口速度。

3.4 轧机入口速度与活套控制

轧机速度的特点如图2所示［3］。

轧机的入口速度计算如下式所示：

式中，a为轧机的加速或延迟；tg为带钢总时间；tsn为以缺陷位置速度通过的时间；tsnb为由普通速度到焊缝经过轧机速度的加速或减速时间；tsng为焊缝经过的全部时间，它等于焊缝前的减速开始到焊缝后的加速完成时间；tfe为缺陷位置速度运行时间；tfeb为由普通速度到缺陷经过轧机速度的加速或减速时间；tfeg为全部缺陷经过时间=缺陷位置之前减速开始时间到缺陷位置之后的加速完成时间；Vtdm为轧机入口速度；为轧机入口速度平均值；Vsn为焊缝过轧机速度；为缺陷过轧机速度；lg为带钢长度；为任务相对轧机入口的部分长度（焊缝到卷取轴的长度）。

如果出口2号活套的套量低于某个限度，轧机速度将由操作工减低到和剪边段速度相同。当出口2号活套套量超过限定值+一个Delta值，轧机速度将提速。通过这种方法，出口2号活套能够避免进入快停段。

为了避免出口1号活套或出口2号活套被放空，应该防止轧机平均速度高于酸洗速度。必须要有足够的余量在活套中（出口1号活套+出口2号活套）才能够保证轧机以最高速度运行。如果活套空了，轧机就必须以酸洗段的速度运行。轧机的平均速度是根据活套的套量和酸洗段的速度特征计算出来的。轧机速度的限制由焊缝和缺陷所造成的延迟确定。如果轧机以优化的速度操作，出口1号活套和出口2号活套的套量和总是50%，这样在轧机剪切带钢时，可以有足够的余量来稳定操作酸洗线，使之不会有任何减速。实际上，轧机的速度只能由操作工设定，轧机的自动加减速太危险，因此，系统中只有指导速度，没有直接的速度控制。

4 结论

（1）鞍钢莆田酸轧机组速度与活套控制技术的使用,既提高了酸洗冷连轧生产线的工作效率,又减少了酸洗段和轧机的停机时间。

（2）使酸轧连续轧制的生产节奏更加合理,速度控制更加平稳，板形质量得到了显著改善。

［1］ GFinstermann等.酸洗-冷轧机组联合生产线的产量优化［J］.鞍钢技术，2005（3）： 60-63.

［2］ 王奎越，宋君，王军生，等.鞍钢莆田1450 mm酸洗过程控制系统的开发应用［J］.鞍钢技术，2012（5）:17-20.

［3］ 张锐华，任涛.酸洗—轧机联合机组速度分析［J］.重型机械,2008（1）:40-43.