冷轧带钢表面清洗自适应闭环控制的研究与开发

葛 祥，贾 建，王浩晴，张 坤

(马钢（合肥）板材有限责任公司，安徽合肥 230011)

引言

为防止炉辊结瘤，冷轧产品在退火、涂镀等工序前需人工通过控制刷洗电流、电解电流系数、电导率等参数对带钢表面进行清洗，并间歇性停机测量带钢清洗后的反射率以验证清洗效果，再对工艺参数修正。为实现带钢表面清洗的自动闭环控制，减少人工干预，提高机组生产节奏，在清洗段出入口各增加一台反射率测量装置，实现根据清洗段入口带钢表面监测的反射率值对刷洗电流、电解电流系数、电导率等工艺参数进行自动匹配。清洗段出口带钢反射率测量装置用于验证清洗效果，并对工艺参数进行及时修正。

1 清洗设备的简介

目前清洗工艺常采用化学清洗、物理清洗、电解清洗、热水漂洗及边部吹扫烘干等方式相结合，如图1所示。通过各设备工艺参数的相互配合以达到带钢表面彻底清洗的目的。

图1 清洗设备布置图

1.1 刷洗

刷洗设备主要由支撑辊、刷辊、升降机、驱动组成，如图2 所示。刷辊和带钢表面的接触压力可以通过一台恒速齿轮马达驱动的螺旋升降机来调整，并在升降机调整范围内增加一套双向旋转极限开关以保护调整电机的同时反馈刷辊刷毛的磨损程度。操作人员在操作画面（以下简称HMI 画面）上输入刷辊电流设定值来优化清洗效果。

图2 下置式刷辊

1.2 电解清洗

电解清洗装置由整流器及电极板及电解液构成，其工作原理如图3所示，利用电解过程中产生的氢、氧气体清理带钢表面微细沟槽和凹穴中残留的油和灰尘。主线PLC 根据带钢宽度及机组速度计算出电流设定值发送给电解整流器，电解整流器向电解槽内提供直流电。操作人员在HMI 上输入电解电流系数来优化清洗效果。

图3 电解清洗的工作原理

2 清洗控制的优化

在原设计的基础上进行功能优化，通过新增两台反射率测量装置及PLC 控制系统的开发，实现了带钢表面清洗自适应控制。并针对生产期间刷洗电流精度不够、电解槽发生爆鸣及带钢边部残留水渍等问题，进行了改造与优化。

2.1 反射率测量装置

新增两台反射率测量装置，分别安装于挖边剪和干燥风箱后，反射率测量装置由成像系统、机械装置、运算处理系统等组成。成像系统是模块的核心，由工业相机和反射光源组成。机械装置由检测桥架、调整机构以及相机保护箱等组成，主要起到支撑、防护、稳定和调整作用。运算处理单元由专用图像处理板卡组成，实现对反射率数值进行处理。

2.2 PLC控制系统开发

为实现带钢清洗工艺的自动闭环控制，针对新增的两台反射率测量装置的数据处理，自主开发并完善了PLC 控制程序，如图4 所示。反射率测量装置通过Profibus-DP 网络将在线反射率监测值传送给主线PLC，主线PLC 再将1#反射率测量装置监测值进行层级划分，根据不同层级的反射率值自行对刷洗电流、电解电流系数、碱液浓度等工艺参数值进行设定。主线PLC 再根据2#反射率测量装置反馈值判断清洗效果，当2#反射率值高于94%时，刷洗电流、电解电流系数、碱液浓度等工艺参数不予调整；当2#反射率值低于94%且超过2 s 时，主线PLC将对刷洗电流、电解电流系数、碱液浓度等工艺参数进行相应校正，以优化清洗效果；当2#反射率值低于80%且超过3 s 时，清洗段HMI 画面报警设备停机，随后进入人工干预模式，以保证清洗效果。鉴于对调整设备的保护并结合实际清洗效果，通过多次实践摸索，将反射率测量值划分为15 个层级，将2#反射率装置校正幅度设定为5%。

图4 PLC程序编写与设计（局部图）

2.3 刷洗电流精度优化

出于对调整电机的保护，在PLC 程序内设置了刷洗电流1A的调整“死区间”，导致刷洗电流精度不够，影响清洗质量。通过在HMI 画面上增加调整按钮，操作人员根据刷洗电流实际值与设定值之间偏差值，按HM画面上“＋”、“－”来微调刷洗电流值。

2.4 电解槽爆鸣优化

当电解整流器输出值超过额定值75%以上时，排氢风机原设计由于风量小，无法及时排出电解时产生的H2和O2，导致电解槽内产生间断性异响，因此将排氢风机由恒速电机改成变频控制并对其进行扩容。此外电极板原设计为不锈钢材质，耐电流能力有限，易烧红异响，因此将其更换为铜质板后，彻底解决了电解槽爆鸣问题。

2.5 边部残留水渍

边部吹扫装置原设计为喷嘴位置固定不可移动，无法实现根据带钢规格的变化自动寻边吹扫，导致带钢边部带出的残油、残碱进入炉区，影响带钢质量。因此通过对边部吹扫装置增设喷嘴连接蜗杆、驱动电机及带钢边部检测光栅，编写PLC 控制程序并优化HMI 画面，实现了边部吹扫装置的实时调整功能。

3 清洗效果

通过对清洗设备的功能优化，在不断地完善清洗自适应控制数据模型后，最终实现了清洗的自动闭环控制。通过对2019 年度清洗设备功能优化前后不同钢种反射率值的数据记录对比来看,带钢清洗效果改善显著，如表1所示。

表1 2019年度功能优化前后带钢清洗前后反射率对比表

4 结语

国内冷轧清洗机组普遍采用的是人工控制刷洗电流、电解电流系数、碱液浓度等工艺参数以达到清洗效果，马钢（合肥）板材公司就提高连退机组带钢表面清洗质量而自主开发的这套清洗自动闭环控制系统，并对清洗工艺进行了一系列优化，在解决了带钢表面清洗控制难的同时也保障了清洗质量的稳定性。随着后期PLC 控制系统的不断完善，带钢清洗效果将得到进一步提高。