镀锌高强钢工业生产控制优化研究

张才华，宋志超，杜天宇，赵晓萌

（河北钢铁集团邯钢公司技术中心，河北 邯郸 056015）

近年来，随着钢铁企业和轧制技术的进步，汽车行业对汽车轻量化方面的追求越来越重视，并且为响应国家智能制造2025战略[1-5]，高强钢产品愈发具有广阔的市场需求，且是企业主要的利润点之一。但随着产能的逐渐增加及汽车板的开发上量，镀锌产线设备精度和工艺控制凸显出一些问题，为了配合做好集团产线的智能制造工作，现场技术人员相互协调、积极沟通，通过优化设备控制程序、开发过程实时控制监控与产品自动判级系统等，使产线更加智能化。

1 镀锌高强钢生产中存在的问题

目前，镀锌高强钢生产中存在的问题有：镀锌线工艺过程控制实时监控与部分设备的智能化程度不足；退火曲线不完善，炉内温度控制不标准，造成产品性能波动较大；带钢张力参数不合理，导致炉内跑偏等事故发生；质量关键设备控制模型和参数设计缺陷及模型老化与当前要求不适，原表检设备缺陷检出率不足60%，部分规格系统检测伪缺陷率达到50%，存在漏检现象，且不能进行带钢的自动判级；带钢入锌锅温度和其波动的范围只能凭借人工经验控制，缺乏相对应的理论支撑和在线监控。

2 控制优化及提升措施

针对生产中现存问题，以镀锌线操作室为单元，在每个操作室开发或增加了在线实时语音监控系统；其次对主要关键工艺质量设备的控制模型以及设备进行优化创新，对活套、张力控制及物料追踪系统进行模块化优化创新，并对表检系统进行优化及改造，同时开发在线锌锅热平衡监控系统软件，实现计算模块对锌锅热平衡及最佳带钢入锌锅温度的计算，最终达到对锌锅状态实时监控的目的。

2.1 优化入口设备报警提示功能

在入口段操作画面上添加套筒模式，选择报警功能。通过在程序中编写控制块，控制逻辑为当新上至开卷机钢卷的当前套筒模式为“WITHOUT”时，操作画面上弹出红色提示框，同时入口操作室主操作台蜂鸣器发出蜂鸣声，提醒操作人员对套筒模式进行检查，如与现场实际不符可及时纠正，确保套筒模式选择的正确性，如图1所示。

图1 入口报警提示界面

在入口及工艺操作室主操作台上添加入口活套低位蜂鸣报警功能。在程序中编写报警功能块，控制逻辑为当入口活套套量低于40%，且入口段速度低于30 m/min时，触发该报警点输出，此时入口及工艺操作室主操作台蜂鸣器发出响声，提醒操作人员入口活套套量已处于低位，需实施相应措施以尽量避免停车事故。

2.2 优化工艺段控制

通过开发镀锌线张力控制系统，当带钢厚度≥0.7 mm时，炉区带钢的张力分布情况为均热张力保持与加热段一致。当0.5 mm＜带钢厚度＜0.7 mm时，炉区带钢张力分布情况为均热张力保持与加热段一致，快冷张力保持与过时效段一致。当带钢厚度≤0.5 mm时，炉区带钢张力分布情况为均热张力保持与加热段一致，快冷张力保持与均热段一致。优化加速度补偿值，使惯量补偿计算数值得到优化，稳定张力控制，实现带钢稳定生产。其次优化物料追踪模型，修改SCL物料跟踪程序，重新编译生成Step7可以识别的语句表模式，更新物料跟踪MTR相关程序，提升物料追踪准确率。同时在保证原有工艺参数正常使用的条件下，针对客户的特殊要求增加钢种分组，以实现不同的工艺控置方案，从而解决特定客户特殊要求。

2.3 优化出口段实时监控与智能控制

优化涂油系统控制，将涂油机上下表面实际涂油量显示在出口区域设备主画面上，可方便操作工能实时观察涂油机上下表面涂油情况。通过优化编写涂油语音报警逻辑程序，在后台加入闪烁报警功能，使得操作工能够第一时间方便快捷地发现在线卷涂油是否存在错误，进而能快速采取措施，以减少涂油问题卷的发生。涂油发生错误时，涂油显示边框开始以红绿闪烁形式进行报警，如图2所示。

图2 涂油报警提示

其次优化出口卷曲功能，设计功能所需控制逻辑流程图，增加必要的联锁条件，开发卷取准备一键打开功能。在卷取器子画面中新增一键打开功能按钮，操作工在需要打开情况下只需鼠标左击即可实现该功能，如图3所示。

图3 卷曲一键优化界面

2.4 优化质检系统

2.4.1 文本模型建立

首先建立一级与二级系统之间的联系，通过KEPServerEx软件将表检系统需要的信息发送到二级系统；将产线光整模式、拉矫模式、钝化模式、锌层控制等信息通过KEPServerEx软件转化发送到二级系统备用。其次，文本设定需要对通讯的数据名称、类型及数值进行建立编写；将建立的文本信息导入OPCGateForm软件，通过OPCGateForm软件进行信号转换、传输，再通过参数设置将这些信息直接传送到表检系统，用于系统的优化和改造。

2.4.2 表检系统材料组分类细化

根据生产的实际情况和客户对产品的要求，细化表检系统材料组分类。针对不同的钢种，根据工艺控制的差异选择对应的材料组进行自学习，以完成表检系统材料组分类。

首先，细化表检系统对不同产品的辨识问题，根据产品不同的工艺控制对其进行编码。定义S为光整，T为拉矫，P为钝化，+表示投用，-表示不投用，Z1表示薄锌层，Z2表示厚锌层。如S-T-P+Z1表示光整拉矫不钝化薄锌层控制。根据各种工艺控制组合制定不同的代码，一共生成了16个代码，“钢种型号+代码”成为表示每一个钢卷的唯一标识。将该标识发送到表检系统中，表检系统会自动将其分配到对应的材料组分类中进行检测、分析，确保数据的准确性。

其次，根据重点客户对产品的要求，对其进行定制化服务，建立特殊钢种的专属材料组分类，修正其灵敏度和适配度，确保及时发现缺陷，减少质量问题的产生，减少直供户质量异议。并针对产线实际的缺陷情况，开展大量的检测缺陷与实物对比的实验，逐步优化缺陷分类器，对于难以区分的缺陷通过制定专家规则继续优化，直到分类效果最佳。

同时，完善带钢表面质量等级自动判定系统。结合在线质量判定系统，制定镀锌板表检系统自动判级的规则，按照锌锅缺陷类、翘皮及夹杂类、辊印划伤类、瓢曲及孔洞四大类的严重程度，按四个等级进行分类，通过对缺陷的图像、种类、数量和位置等信息进行有效的统计和存储，结合第三方软件的应用，对四大类缺陷长度、宽度以及面积的划分，将缺陷按照严重程度分为L1、L2、L3、L4四个等级。L1为基本可以忽略的缺陷；L2为客户可以接受的缺陷，需要进一步关注；L3为该缺陷用户无法接受；L4为严格禁止的缺陷，可能会损坏客户的设备。需要注意的是瓢曲和孔洞类缺陷只要出现就会被判为L4。具体分类如图4、图5及下页图6—图10所示。

图4 锌灰缺陷分级

图5 锌渣缺陷分级

图6 翘皮缺陷分级

图10 瓢曲及孔洞缺陷分级

2.5 应用在线锌锅热平衡监控系统

图7 夹杂缺陷分级

图8 辊印缺陷分级

图9 划伤缺陷分析

软件通过OPC服务器连接到一级以太网，通过以太网获取产线PLC系统数据，并对关键参数进行实时监控；同时对锌锅热平衡常规参数进行设定，如温度、系数等；然后通过相关参数计算锌锅热的热收入和热支出，同时计算热量偏差，由热量偏差计算带钢入锌锅温度矫正值，软件设计流程及构成如图11所示。

图11 软件设计流程及构成

系统登录后，点击“锌锅热平衡监控系统.exe”文件进入系统，如图12所示。在线锌锅热平衡监控系统主界面包含产线信息、锌锅环境参数与常数、计算信息、关键参数监控、历史查询、时间及通信状态七部分。

图12 软件主界面

3 应用效果

通过一系列的技术改进和优化措施，避免了不必要的停车事故，优化了生产操作,保障了生产线的稳定运行,实现了产线关键工艺参数的实时监控与报警。此外，提高了产品过程质量判定的全面性和精确性，缺陷检出率由之前不足60%提高到了85%，伪缺陷率由之前的50%降低到了14%；为企业带来了非常可观的经济效益，也为打开高强钢产品市场销路提供了保证。