轧钢生产过程中自动化控制技术的应用研究

2021-11-19樊利智杨海西曹喜军齐进刚王少博

中国金属通报 2021年21期

樊利智，杨海西，曹喜军，齐进刚，王少博

（敬业钢铁有限公司，河北石家庄 050000）

热轧钢是轧钢生产最为常见的技术，同样该技术也是智能化轧钢生产管控的关键。我国科学技术高速发展的背景下，智能化、自动化轧钢生产模式越来越普及，自动化控制技术的研发为轧钢自动化和智能化生产创造便利条件。自动化控制技术纳入到整个轧钢生产中可实现远程智能化管控，对于优化轧钢生产流程，提高钢材产品质量具有重要意义。

1 轧制自动化智能控制技术分析

AI是自动化智能控制技术的基础。轧钢自动化智能生产中也需要将AI技术作为基础应用其中。AI技术可以定位逻辑并确定操作技术。此外，AI技术可控制较为复杂的协议，实现对整个网络的全面管控。如今我国轧钢生产中已经纳入了人工智能管控技术，AI控制系统可凭借先天性逻辑控制功能操控轧钢生产较为复杂的内容，极大提高了轧钢生产的可靠性和安全性[1，2]。

2 冷轧钢板形自动控制技术

2.1 主要调节内容

一是张力调节。张力轧制是冷轧生产显著特点。ATC控制冷轧机组时会受到多种因素影响，导致张力值产生较大波动。张力值产生波动的主要原因分别是原料板形存在误差、出口测厚仪测量出现偏差以及出口厚度不均等。冷轧生产中张力要保持恒定，这样轧制状态才能更加稳定。较大的张力可提高轧制的稳定性，此时生产出来的板形较好。但是张力如果超出限值则容易导致断带、退火粘结、薄料卸卷难度增大。张力较小则会跑偏。因此张力值的调节需要结合材质、规格等情况来定。不一样的板形张力调节方式也不一样，中浪张力要适当减小，两边浪张力可适当增加，起到降低轧制力、减小边部延伸的作用；二是速度调节。轧制速度在摩擦系数的作用下会影响轧制力，进而降低轧制过程稳定性。轧制过程速度较低时，摩擦系数增大，轧制力较大，张力波动，降低轧制过程的稳定性。轧制速度不断增加，摩擦系数降低，轧制力减小，张力值不会产生较大波动，此时轧制过程更加稳定。实际轧制生产中可借助MASTER机对轧制速度进行科学计算，确保整个轧制过程的稳定性；三是修正弯锟值。现阶段控制板型最基本的方法就是液压弯锟法。此种方法可将轧锟凸度改变，增强板形调节能力；四是锟形控制。轧制生产中锟形控制方法如下，乳化液流量、喷射压力以及分段喷射冷却控制，轧制机轧制速度控制，轧制不同状态下各架轧制机压下率调整等[3，4]。

2.2 自动控制方式的运用

轧制机运行中采用自动控制方式可确保轧制过程的连续性，对于板型改善效果较明显。轧制机自动化控制主要具有以下优点，一是在自动化控制方式下实现动态变规格功能，VAX机预设定计算功能可满足自动化控制方式下动态变规格的需求，不需要工作人员手动干预。在不停车的情况下就需要连续轧制不同规格的带钢，停机次数减少，减轻了轧制机对停机的自适应影响，且各个机架张力较为稳定，过渡时减少了断带情况的出现；二是增加了弯锟值设定，VAX机可在平直度模型下计算出弯锟值，结合计算结果可为带钢板型调整提供预先参考值，确保了带钢板形平直度；三是板形仪可控制带钢平直度。板形仪的纳入极大降低了板形缺陷情况的发生几率，设备维护水平明显提高，且板形仪控制能力得到最大程度地体现。

3 热轧钢板形自动控制技术

3.1 技术组成

热轧钢板的形成要求控制者紧随系统工作，测量出电磁信号。结合电磁信号测量结果展开运算，明确实际偏差数值。测量所得数据可在系统中显示出来，方便技术人员查看测量数据，技术人员根据测量结果可规划后续轧制内容。HMI控制设备、PLC、远程I/O是热轧钢板形自动控制技术主要构成内容。其中传动工艺参数设置、仪表控制等是热轧钢板形自动控制技术的关键，系统中的数据信息可在传感器的辅助下向控制端传递。操作者可维护操作生产线，并借助HMI技术调整生产线。

3.2 技术工作原理

分析热轧钢板形自动控制技术的工作原理主要在于板型测量方面。磁弹力传感器是板型测量锟的主要构成部分，该传感器可以在90度转角内直径为50mm的圆环中安装。轧钢生产期间，测量锟可以促使计算机运算末端工作，运作起来的计算机可进行分析运算，计算出钢材生产应力偏差值。这个偏差值会显示给技术人员，技术人员根据数值可调整轧制过程，热轧钢板控制流程较为复杂，该环节可用到的自动化调节手段也较多，比如CVC板可自动化调节，出口端热控制也可实现自动化。此外，自动化控制技术在弯锟调节环节较为常见，具有较高的调节效率。弯锟时借助自动化控制技术可有效管理二次板型缺陷分量，得出数据偏差值。在出口热度保障中自动化技术可控制断面问题，出口区采用二类波浪或者复合波浪，生产过程中会喷射出一定的乳液，乳液可起到控制热量的作用，避免工作热量过大。

4 轧钢电气自动化技术

4.1 形成控制体系

轧钢电气自动化技术实际上就是在加工生产的过程中，对轧钢生产过程进行系统化的生产调控，借助电气自动化技术加强对轧钢生产各个环节的管理。轧钢电子自动化生产形成一个完整的控制体系可促使各个环节紧密联系，加快各个环节深化改革的速度，尤其是轧钢生产的关键环节，对其进行自动化、智能化以及规模化调整可推动我国钢铁行业的进一步发展。在对轧钢生产高精度管控的过程中可逐步建立自动化控制体系。控制系统可实现多口冷却控制，极大减少板形缺陷的几率。同时自动化控制体系可对轧钢生产的各个环节展开应力计算，结合轧制基本流量加强管理，将热量控制在合适范围，这对于提高轧钢生产节能化水平具有重要意义。

4.2 输入输出集中监控

在输入、输出集成监控的作用下可实现对轧钢生产的动态化管理。轧钢生产集成控制的输出、输入端管控可与端口设备相连接。输入、输出集中监控的基础是控制室。工作人员可用电缆将控制室和端口设备连接在一起，由此实现PACS模式的动态化转换。轧钢生产电气自动化控制系统可对电气设备内部进行有效管理。配合DCS监控可提高电气设备维护的便捷性，但是该监控系统难以确保DCS主机准确性。轧钢生产过程中应用自动化控制技术发展前景非常广阔，输入、输出集中监控系统的研发也是轧钢生产领域科研人员重点研究的问题[5，6]。

4.3 远程智能

远程智能控制系统也是轧钢生产过程中应用的关键电气自动化技术。远程智能控制系统可在专门输入框内管理重点信息，完成收集信息和管控信息的任务。远程智能控制系统功能的实现离不开数据集成柜、控制器以及轧钢生产所需各种设备。远程智能控制系统的输出模式安装工作量相对较少，安装所需电缆和电线也不多，因此该控制系统应用时不会耗费较多成本，这使得该系统在轧钢自动化生产中得到广泛应用。远程智能控制系统的应用可明显提高轧钢生产中分析处理数据的能力以及电气设备的检查能力。

5 过程控制系统及基础自动化功能

轧钢生产中可以借助自动化控制系统中的逻辑判断功能控制整个生产过程。轧钢实际生产中，控制系统内会输入大量的生产逻辑数据，借助数据通讯技术向基础自动化系统中传输有关的控制信息，实现对轧钢基础生产流程的控制。基础自动化系统与过程控制系统有机结合的前提是提高数据传输的速度，并确保CPU的处理速度较高。数据传输速度和CPU处理速度越高，基础自动化系统与过程控制系统二者的结合越紧密。现阶段我国多数轧钢生产过程中采用网络化通信传输模式发挥自动化控制系统的功能，自动化控制系统、以太网及过程控制系统相互协调，可显著提高数据传输速度。轧钢实际生产中控制系统会发出相应信号，控制中枢接收控制系统发出的信息后下达相关的控制指令，由此实现对轧钢生产的自动化控制。轧钢生产的基础自动化系统可实现手动模式和自动模式两者的高度统一，如果基础自动化系统处在手动控制模式中，则过程控制系统产生控制信息。基础自动化系统中的控制模式出现变化，系统则会将上一级控制信息自动转换，实现自动模式和手动模式无缝式衔接[7，8]。

6 注意事项

为了提高轧钢自动化生产水平，自动化控制技术科研人员需要仔细研究与自动化控制系统相关的数学模式。轧钢实际生产中很多问题都与数学计算有关，包括张力计算、摩擦力计算等。此外，轧制机动态特性活套支撑响应特性等问题也都需要参考相应的计算结果分析。轧钢生产过程中张力并不是一成不变的，自动化调整的张力可满足轧钢生产需求。对于正式投入生产的新轧钢厂，实际生产参与很多没有达到预期标准参数，因此轧钢实际生产中需要经过反复的实践，不断优化并调整参数，直到实际参数与预期标准参数尽可能接近，实现对整个控制模型的优化配置。轧钢生产过程中要反复展开模拟计算，实际生产中难免会出现偏差，针对这些偏差需要在反复模拟计算和多次实践之后才能有效控制。因此需要工作人员不断完善和优化理论模型，以便早日达到预期标准参数设定要求。轧钢生产中还需要不断完善并优化检测仪表和变换系统。现阶段我国轧钢行业发展速度较快，各种类型的新型钢材不断涌现，用户对轧钢生产要求也越来越高。为了满足用户对轧钢生产的高要求就需要及时更新原有的检测仪表和变换系统，以此提高轧钢生产自动化技术水平。此外，轧钢生产自动化技术研发人员还需要进一步升级并优化计算机控制系统，意识到计算机控制系统在轧钢自动化生产中占据的地位，在计算机控制系统性能提升的基础上进一步提高轧钢生产自动化水平[9，10]。