宣钢二棒生产线出钢节奏优化设计

张亚迎

摘 要：主要介绍了宣钢二棒生产线出钢节奏现状及其优化设计、实施效果。

关键词：轧钢；PLC；钢坯；轧机

中图分类号：TG333 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.134

1 出钢节奏现状

“轧钢”是钢材生产中的最后一个环节，即将加热炉预热后的不同规格的钢坯，依次经过在一条直线上放置的十数架或者数十架数量不等、由交直流励磁电机拖动的连轧轧机，轧制成为不同规格的成品钢材。这一生产过程属于金属压力加工。从首架轧机开始到末架轧机结束，连轧中的钢坯每经过一架轧机，钢坯都会被轧机的2组轧辊压缩一定大小的尺寸，且每经过一架轧机后，根据体积秒流量相等的原理，经过轧制，直径缩小后的钢坯的行进速度要比轧制前快。因此，经过连轧轧机轧制的钢坯的行进速度是不断被加快的，且在经过产线最末端的成品轧机后，速度会达到最大。

在原有的轧钢工艺中，从加热炉出炉后的相邻两根钢坯之间总会保持数秒的时间间隔，用以保证活套、飞剪正常动作所依据的自动化热金属检测器信号能够识别出相邻两钢。现代轧钢工艺采用的是无张力轧制，在每两架轧机间都有一座能够起落的活套装置。在活套扫描器识别到有钢经过后，会做出起套动作，将钢向上顶起，形成一个拱形，目的是防止轧机间经常出现的堆钢事故。而在活套扫描器的有钢信号消失之后又会做出落套动作，落到低位，等待下一次识别到有钢信号时再执行起套动作。如果在无钢的情况下没有落到低位，就会导致后面行进中的钢撞到升起的活套辊上造成堆钢。同理，位于轧线中后端、用于切头切尾和切倍尺的飞剪也依靠各自的热金属检测器信号的正常识别来做出剪切动作。因此，如果缩短出炉后的相邻两根钢坯之间的时间间隔，将其头尾相连轧制，就会使得热金属检测器一直检测到有钢而无法正常识别出前后两根钢坯，飞剪与活套的动作会异常，进而造成堆钢事故。这数秒不等的时间间隔在一定程度上影响了生产节奏，也造成了轧机电机空载时的能源消耗。

2 项目优化设计

优化设计的切入点为：使钢坯在咬入首架轧机之前，首尾相连进入产线轧制；必须设计出一种分钢方法，使得相邻两钢在轧制到关键设备（飞剪与活套）之前分隔开一定的距离，以保证飞剪正常剪切、活套正常落套。因此，这种分钢方法即是本设计的关键技术点。

本设计所述关键技术点是由以下方案实现的，步骤如下：①对于首尾相连的两根钢坯，当后一根钢坯进入轧机的时候必须能够得到识别。在现有的自动化控制逻辑中，物料识别是依靠轧机在咬入钢坯的一瞬间，电流快速升高，超过了“设定门槛值”进而发出含钢信号，这个含钢信号就是钢坯咬入轧机的识别标志，后续的级联调速以及各种工艺控制都用到这个信号。目前，由于钢坯之间首尾相连，轧机含钢信号会持续不间断，因此，不能正常识别是前钢咬入还是后钢咬入。因此，在首架轧机前，在距离首架轧机轧辊中心线1个整段钢坯长度的位置放置1个热金属检测器，用来检测钢尾消失的时间，这个时间就是本段钢坯恰好咬入首架轧机的时间，即用放置的这个热检所监测到的钢尾信号来替代咬入轧机时的含钢信号。②在解决了含钢识别的难点之后，就要解决“分钢”技术难点。本设计考虑到轧钢工艺中级联调速的特点——调整下游机架的速率会跟进影响到上游机架，使得上游所有机架的速率跟着被调整。为了不影响生产工艺的改变，消除因调控某架轧机的速率而导致的级联调速受到影响，本设计便将分钢点设定为最上游的架次，即在首架轧机处实现分钢。

我们在400-PLC中编写了相应程序，实现的分钢原理为：对于首尾相连的前后两钢，当识别到后钢坯头部恰好咬入首架轧机时，程序中会立刻发给首架轧机的交流主电机一个速降命令（斜坡函数）。此时，首架轧机开始速降，依靠下游机架不断加快的轧制速率来保证合理的分钢距离。本设计在与s7-400 plc相对应的wincc主控画面上写入了人为可调的“低速持续时间”和“低速比例设定”参数设定块。通过操作人员设定这2个参数，就可以控制首架轧机速降比例和持续时间。通过经验尝试，最恰当的参数设定便可以满足前后钢在经过这个分钢点之后能保证合理的跟钢间距，从而保证后续关键设备的正常动作（倍尺剪正常切倍尺、切头切尾剪正常切头尾、活套正常落套）。

3 项目实施效果

通过以上设计，实现了钢坯以首尾相连的方式咬入首架轧机，并在咬入首架的同时，以首架轧机作为分钢点实现分钢，使得经过首架轧机之后的钢坯随着轧制速率的不断加快而拉开越来越长的间距，满足后续关键设备正常运转的要求，达到了缩短钢坯轧制间隔时间的目的。

本文提出了一种头顶尾出钢的缩时设计，通过可编程逻辑控制器PLC控制本过程。我们在距离首架轧机轧辊中心1个整段钢坯长度的位置增设了1架热金属检测器，其所采集的输入信号通过硬线连接到plc输入模板，并预留其输入地址为I0.0。对于正在通过1（首架轧机轧制中心）的整段钢坯，我们把检测到此段钢坯消失的信号就作为本段钢坯恰好咬入首架轧机轧辊的含钢信号。一旦识别到钢坯咬入，程序中会立刻发给首架轧机的交流主电机一个速降命令（斜坡函数），此命令发送至西门子变频器，由变频器控制首架轧机速降。待低速持续时间计满后，低速给定撤销，进入下一识别周期，不断循环往复，达到缩时、节能的目的。

4 结束语

通过实施精品棒材生产线粗轧轧件头顶尾程序创新改造项目，增强了设备的运行能力，满足了生产需求，提高了轧线作业率要求。

参考文献

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[3]席英杰，刘文丽.简述西门子S7-300/400的通讯功能及工业应用[J].自动化与仪表，2007（01）.

〔编辑：张思楠〕