棒材生产线电气传动及自动化控制系统分析

白彦刚

（河钢股份有限公司承德分公司、河北省钒钛工程技术研究中心，河北 承德 067000）

随着我国社会经济的高速发展，电气自动化技术获得了更为广泛的关注。此次技术升级在国内同行业中技术水平较为先进，已在其它棒材生产线得到应用和推广，不仅大幅降低了设备故障率及吨钢能耗，提高了成材率和生产效率，而且能够适应更多品种钢的轧制，具有良好的经济效益与社会效益。同时，在国内同种行业同种设备情况下，提供了技术借鉴，具有广泛的推广前景。

1 棒材生产线生产工艺简介

1.1 棒材生产工艺简介

我国的工业生产范围广、种类多，不同的生产环节中需要用到的生产工艺都是不一样的，例如在生产手法、选材等环节都是不一致的，会因为生产效果不同而有所变化。棒材生产线是众多生产环节中的一部分，就常规的生产工艺而言，棒材生产工艺就相当于是选材的一个环节，这一环节是非常重要的，大多数情况下都会选择连轴坯，材料的选择必须要非常谨慎，要严格按照国家规定的标准以及生产线的实际需要。采购到符合国标的材料之后将连轴坯统一放置到储存库中，再按照工艺流程对坯料进行检验，优质或合格的则置于加热炉中进行加工，如果有质量不合格或重量不达标的，则全部舍弃。进行了第一道加热处理工序之后，再进行第二道剪轧工序，先对热炉中的钢材进行粗轧，再按照要求和尺寸进行精轧，剪切完成之后，进行最后一道工序，即对剪切好的钢材进行称重和打包，再贴上厂家的标签，如此一来钢材就可以拿到市场上进行交易。

1.2 棒材生产线

棒材生产线分为两种方式，一种为横向的轧制，另一种则是纵向上的轧制，通过两种方式相结合的方式，利用轧机对铸造成形的钢材进行有规则的轧制，以形成各种各样的棒材。棒材的生产是先将连轴坯料置于高温的加热炉中高温融化成液体，再将液体倒在不同形状的模具中冷却，整个生产的过程中对温度的要求是非常严格的以往传统的棒材生产方式为了实现钢材的精确剪轧，会在轧制过程中进行连续反复的操作，导致温度控制不到位，棒材的质量受到影响。如今为了减少轧制过程中温度的损失，对棒材的轧制技术进行了优化与创新，大大缩短了轧制时间与流程，一定程度上加强了温度的控制，达到实际生产的需要。目前我国的大部分棒材生产线都是采用多条生产线同时作业的方式，并明确区分粗糙轧制和精确轧制，将不同需求的钢材分配到不同的作业区进行操作，减少作业误差，提高棒材生产效率与棒材的质量。

2 系统的配置以及两级控制系统

2.1 系统的配置

钢材是我国经济发展中必不可少的材料之一，例如房屋修建、工厂生产作业都需要用到钢材，为了保证钢材的数量能够满足建筑与工业生产的需要，提高钢材的生产效率，相关技术人才充分利用现代先进的技术优势，创新了钢材生产线的生产技术，即钢材生产线的自动化控制系统，通过互联网计算机技术以及人工智能，创新出自动化控制系统，在生产流程中辅以人工力量，实现钢材的高质量高产出。要实现生产线的自动化控制，就需要安装相应的基础配置以及二级控制系统，首先是系统的基础配置，包括了PLC以及计算机网络和监控设备，对生产流程中的各个环节进行监测并做出反应，达到自动化控制的效果。对机械设备进行自动化控制，能够减少人工的参与，钢材的生产过程中会产生一些有害人体的物质，减少人工参与，能够保证工人的身体健康。

2.2 二级控制系统

自动化控制系统通过系统的基础配置和二级系统配置，才能够满足生产线的基本需求，实现生产系统的安全性与稳定性。基础配置保证系统的整体能够有序稳定的运转，二级控制系统则在此基础上加深对物料的分析与处理，一般安装的是报表生成系统。在系统运转的过程中，实时监测与记录物料的具体情况，根据大数据分析物料的特质，并生成相应的报表，当需要时可随时查询，保证生产的有效性，减少人工损失，提高生产质量。

3 棒材轧线主要自动化控制模型及功能分析

在棒材生产线实行完全自动化控制之前，要仔细研究与测量自动化控制系统的各方面是否智能，是否能满足棒材轧线的生产需求，前期相关设计人员肯定会大量分析与研究相关资料，最后得出这样的结论。实践是检验真理的唯一标准，轧线自动化控制系统的实行不仅要有大量的文献材料做支撑，还需要用具体的数据做为依据，所以先创建一个模型，将所需功能通过模式实现，并对这些功能做出分析，才能真正运用到生产线中。首先是模拟分析轧钢功能，将PLC接通，在模型上测试轧线上会遇到的所有情况，检验自动化控制下是否依然存在堆钢、拉钢等问题。此外还需要注意的是控制自适应模型中的微张力控制，通过张力模拟检验轧机的综合性能，评估轧线的稳定性。

为了更直观的体现自动化控制系统的功能，制定了活套的自动化控制模型。在测试活套自动控制的有效性时可以合理利用这一模型，检测仿真模型在动态活套套高的变化中能否自动进行判断与反应，通过对模型的利用检测系统的效果，保证轧制的平稳有序运转。轧机在对钢材进行轧制、剪切时都需要严格把握位置的精确性，以免因错位或其他原因导致钢材剪切出现误差，为了更好地实现轧机的准确性，可以在轧机的内部安装实时定位系统，利用先进的GPS定位系统，准确对机线上流动的棒材进行定位，减少操作误差，提高生产质量。

4 棒材生产线控制

4.1 速度级联控制

棒材生产过程中需要注意的因素有很多，其中最为重要的主要包括了温度的控制以及速度的把控，本文主要分析了棒材生产线电气传动及自动化控制系统，可以看到要做好棒材生产线的控制，需要从多个方面入手，以保证棒材的质量。

棒材的产出是经过多道程序加工而成的，为了完成不同断面的棒材，需要多生产的钢材进行多次轧制，每一道轧制工序都直接影响着棒材的质量，所以首要环节就是做好棒材生产线的速度级联控制。轧制过程中采用多台设备同时作业的方式，先调试好第一台设备的速度和间隔时间，其他的设备都以此数据为标准，设置对应的控制基数。轧制环节还可能会遇到其他不确定因素，要要提前做好预防措施，借助活套闭环控制系统或人为的手动干预措施，对上游的机架速度进行调节，实现级联控制。

4.2 活套闭环控制

活套闭环是棒材生产中避免生产安全问题发生的重要措施之一，棒材生产线是一条流程较长的生产线，轧制只是其中一个环节，钢材是需要先经过热炉的加工才能进行剪轧。两个生产环节同时进行就可能会出现信息不对称的问题，当上游机械速度较快时，钢材轧制这一环节就会出现大量钢材堆积、抛钢等局面，影响钢材的正常轧制。为了避免堆钢、拉钢问题的出现，在轧制区专门设置了活套装置，这一装置是以活套的高度为目标，当设备监测到活套的高度大于设定的高度值时，就会对速度级联装置做出反应，适当的降低上游机架的运转速度，如果检测到活套高度较低时，也会自动逐级调整上游机架的速度，保证棒材生产线按照适当的速度平稳运行。

4.3 起落套控制

活套的闭环控制能够实时监测棒材生产线上下游的机架运转速度是否协同配合，如果出现不协调时自动进行控制，保证各环节设备能够协调运行。除此之外，还要做好起落套的控制，为了保证钢材能够满足不同市场的需求，在生产中会设置粗轧和精轧两个轧制区，而活套的起落时间则直接关系着轧钢的质量。设备上设置的活套起落时间是通过精确测量的，最后得出适当的时间，无论是活套起套过早还是过晚，都会造成钢坯没有得到严格轧制的现象。起套太早，坯料还未流转至下个环节的机架中，导致堆钢；起套过晚，加大了拉钢的几率；落套也是一样的，落套过早造成拉钢；落套太晚出现甩钢。

4.4 冲击补偿控制

钢材轧制的环节中，是通过轧机将钢坯进行精轧或粗轧，轧机是非常大型的机器，在轧制这个环节中主传动会产生较大的冲击，并引发速降，这个冲击力的影响巨大，如果没有进行有效控制，会导致生产事故的发生。要实现棒材生产线的自动化控制还需要做好冲击补偿控制，在轧机出现空载时通过速度的补偿量减小速降的冲击，当轧机咬钢后再把补偿量取消，由轧机按照常规的速度进行钢坯轧制，实现轧机全过程的平稳运行，减少堆钢、拉钢事故。

4.5 飞剪控制

为了提高棒材的质量，实现钢材的精准轧制，轧线上都会设置三台飞剪，从钢材进入生产线到出厂都是由这几台飞剪进行相应的剪切，以满足市场上对不同断面钢材的需求。轧线上从开始到结束都会配置3台不同型号的飞剪，包括生产线最前端的粗轧飞剪，主要功能是对刚进入生产线的钢坯进行剪切，剪掉钢坯头部的不规则或多余的部分；在轧线的中部安装的是另一型号的中轧设备，对粗轧之后的钢坯进行轧制，然后安装2号飞剪，对中轧之后的钢材再次剪切多出来的头部或尾部；最后的飞剪则是要求非常精确的，主要是对精轧之后的钢材进行精确修剪，相当于量尺的作用，按照设定的长度宽度进行剪切，剪切完成后钢材就可以准备出厂了。飞剪这一环节是轧线的重点也是轧机的控制难点，主要是因为必须精确控制飞剪的位置以及速度，如果位置出现偏差会严重影响钢材质量，剪切速度也直接关联到下游机架的工作。

4.6 保护联锁

棒材的轧制过程中无论是粗轧、中轧还是精轧，都是一条联通的生产线，使用的设备都是同一套，可能都是由一台主电机进行控制。在这环环相连的轧机运转过程中，为了减少事故对主电机的影响，好应该加强对主电机安全的保护，增加保护联锁，避免轧机在工作的一个环节出现问题而导致整条生产线的设备被损坏。轧机运转中，有两个因素要控制到位，一个是轧机的速度，另一个是轧机的温度，如果温度过高也可能会烧坏设备，所以要做好检测，保护轧机的正常规范生产。

5 结语

随着社会的发展和进步，我国钢材市场的需求量越来越大，作为小型材料的棒材，在我国钢铁生产过程中占据着重要的位置。对于钢材的生产过程来说，自动化生产线能够起到很大的帮助。以往传统的横列式等的落后生产工艺在现阶段钢材生产过程中被逐渐淘汰，取而代之的就是生产线的使用。生产线的使用够极大的满足更多的生产需求，并能够减少生产成本的投入，进而获得更好的钢材。