基于电气自动化技术的冷轧轧钢生产线自动控制研究

江知航

（邯郸钢铁集团有限责任公司，河北 邯郸 056015）

引言

冷轧轧钢生产线是钢铁企业的重要设备之一，其生产效率和产品质量直接影响着企业的竞争力。随着科技的不断进步和工业自动化的不断发展，电气自动化技术在冷轧轧钢生产线中的应用也越来越广泛。电气自动化技术可以实现生产线的自动化控制、数据采集和处理、智能判断和控制等功能，提高生产线的生产效率和产品质量，降低生产成本，提高企业的经济效益和市场竞争力。本文主要探讨电气自动化技术在冷轧轧钢生产线中的应用。首先介绍冷轧轧钢生产线的工艺流程和主要设备，分析传统生产线存在的问题。接着详细阐述电气自动化技术在冷轧轧钢生产线中的应用，包括PLC 自动控制、人机界面、自动化检测系统、智能控制算法等方面。最后结合某冷轧轧钢生产线的实际案例，展示电气自动化技术的应用效果。

一、冷轧轧钢生产线的工艺流程和主要设备

冷轧轧钢生产线是将热轧钢板或钢带经过一系列工艺处理后，使其达到一定的表面质量和尺寸精度要求的过程。冷轧轧钢生产线的工艺流程一般包括开卷、清洗、预热、轧制、淬火、平整、切割、包装等环节。其中，轧制是整个生产线的核心环节，决定了产品的尺寸精度和表面质量。常用的轧制方式包括单机轧制和多机联轧。冷轧轧钢生产线的主要设备包括开卷机、切边机、冷卷机、淬火机、平整机、切割机、卷取机等。其中，冷卷机是冷轧轧钢生产线的核心设备，它通过一系列的轧辊对热轧钢板或钢带进行冷轧变形，使其达到一定的尺寸精度和表面质量要求。传统的冷轧轧钢生产线存在一些问题：首先，由于生产线的工艺流程比较复杂，需要经过多个环节的加工，操作人员容易疲劳和失误，导致产品尺寸精度和表面质量不能保证；其次，生产线的设备比较繁杂，需要不断地进行调试和维护，造成生产成本的增加；此外，生产线的生产效率受到操作人员的水平和经验的限制，不能实现全自动化生产。

二、电气自动化技术在冷轧轧钢生产线中的应用

为了解决传统冷轧轧钢生产线存在的问题，电气自动化技术被引入到冷轧轧钢生产线中。电气自动化技术可以实现生产线的自动化控制、数据采集和处理、智能判断和控制等功能，提高生产线的生产效率和产品质量，降低生产成本，提高企业的经济效益和市场竞争力。

（一）PLC自动控制

PLC （Programmable Logic Controller） 是一种专门用于工业控制的可编程逻辑控制器，在冷轧轧钢生产线的自动化控制中被广泛应用。以下是PLC在冷轧轧钢生产线中的一些应用实例：(1)轧辊间距和压力控制。在冷卷机的控制中，PLC 控制系统可以根据轧制的厚度和宽度要求，自动调整轧辊的间距和压力，实现产品尺寸和表面质量的精度控制。传感器采集轧制厚度和宽度信号，PLC 根据工艺要求自动控制轧辊间距和压力，使得产品尺寸和表面质量达到要求。（2）温度控制。在炉前加热炉的控制中，PLC 控制系统可以自动控制炉内温度，使得炉内温度达到设定值，保证钢材均匀加热。PLC 可以根据传感器采集到的炉内温度信号，自动调节燃料流量、风量等参数，实现温度的自动控制。（3）速度控制。在生产线上，PLC 控制系统可以自动调节生产线的速度，根据生产工艺的要求自动控制轧机的转速，保证生产线的稳定运行。PLC 可以根据传感器采集到的产品尺寸、表面质量等信号，自动调节轧机的转速，使得产品达到工艺要求。（4）故障诊断和报警。在生产线发生故障时，PLC 可以自动诊断故障类型，并发出报警信号，提醒操作人员进行维修。总之，PLC 是冷轧轧钢生产线自动化控制的重要组成部分，具有可靠性高、程序灵活、易于维护等特点。通过PLC 自动控制系统，可以实现对生产线的自动化控制和监测，提高生产线的效率和产品质量，降低生产成本。

（二）人机界面

人机界面作为电气自动化技术的重要组成部分，主要由显示器、键盘和鼠标等组成。在冷轧轧钢生产线中，人机界面的功能主要体现在以下几个方面：（1）实时监控生产线的运行状态，包括设备的运转情况、工艺参数等，帮助操作人员全面了解生产线的状态，及时发现问题。（2）人机界面可以用于控制生产线的各项参数，例如轧机的转速、轧辊的间距和压力等，根据生产工艺要求进行调整，保证产品的尺寸和表面质量的精度。（3）当生产线发生故障时，人机界面会自动显示故障信息，并提供相应的故障排除方法。操作人员可以根据显示的故障信息，快速找出故障原因，并进行相应的维修。（4）人机界面还可以记录生产线的操作日志，包括生产线的工作状态、工艺参数、故障信息等，便于后期进行数据分析和生产线的改进优化。在冷轧轧钢生产线中，人机界面的应用广泛，不仅可以提高生产效率和产品质量，还可以减少故障发生率和维修时间。

（三）自动化检测系统

自动化检测系统是生产线质量控制的重要手段，其主要功能是实现对产品的自动检测和控制，通过检测产品的尺寸、表面质量、硬度、拉伸性能等指标，保证产品质量符合要求。在冷轧轧钢生产线中，自动化检测系统采用多种技术，例如红外线测温、高速摄像、机器视觉、超声波检测等技术，对产品进行在线检测。如果发现产品不合格，自动化检测系统会自动报警并停机，防止次品的生产。自动化检测系统的应用可以提高产品质量、提高生产效率和降低成本。在生产线上，自动化检测系统应用广泛。

（四）智能控制算法

智能控制算法是电气自动化技术的核心，它可以实现对生产线的智能控制和优化。智能控制算法包括模糊控制、神经网络控制、遗传算法等技术，可以对生产线的控制系统进行建模和仿真，以实现对生产线的智能优化。在冷轧轧钢生产线中，智能控制算法可以实现对生产线的智能控制和优化，例如，在冷卷机的控制中，智能控制算法可以通过对轧制产品的尺寸和表面质量进行智能优化，使产品的尺寸和表面质量达到最佳状态，提高产品质量和生产效率。

三、实际案例分析

为了更好地展示电气自动化技术在冷轧轧钢生产线中的应用效果，本文结合某冷轧轧钢生产线的实际案例进行分析。该冷轧轧钢生产线采用PLC 自动控制系统，人机界面采用触摸屏设备，自动化检测系统采用机器视觉技术，智能控制算法采用遗传算法和模糊控制技术。该生产线可以实现对产品尺寸和表面质量的自动控制和优化，可以自动检测和剔除次品，提高了产品质量和生产效率，降低了生产成本。具体来说，该生产线采用PLC 自动控制系统实现对生产线的自动控制和监测，可以根据工艺要求自动调整生产线的工作状态，保证了产品的尺寸精度和表面质量的稳定。人机界面可以实现实时监控生产线的运行状态、控制生产线的工作参数、诊断生产线的故障等功能，方便操作人员进行调整和控制。自动化检测系统可以对产品的尺寸、表面质量、硬度、拉伸性能等指标进行在线检测，如果发现产品不合格，可以自动报警并停机，防止次品的生产。智能控制算法可以实现对生产线的智能优化，使产品的尺寸和表面质量达到最佳状态，提高产品质量和生产效率。该生产线的应用效果非常显著：首先，产品的尺寸精度和表面质量得到了显著提升，产品合格率达到了99%以上；其次，生产效率得到了大幅提升，生产线的产量提高了30%以上；最后，生产成本得到了有效控制，降低了10%以上。

结论

本文探讨了电气自动化技术在冷轧轧钢生产线中的应用，包括PLC 自动控制、人机界面、自动化检测系统、智能控制算法等方面。通过分析实际案例表明，电气自动化技术可以提高生产线的生产效率和产品质量，降低生产成本，提高企业的竞争力。因此，应用电气自动化技术是冷轧轧钢生产线实现自动化生产、提高产品质量和生产效率的有效途径，可以帮助企业实现可持续发展。