轧钢生产过程中自动化控制技术的应用研究王金宝

轧钢生产过程中自动化控制技术的应用研究王金宝

王金宝

（河钢集团承钢公司自动化中心河北承德067002）

摘要：随着改革开放的不断实行，我国的自动化技术发展迅速。冷轧钢是在常温下对钢板进行进一步轧薄直到目标厚度的钢材加工工艺，它具有比热轧钢更高的精度，并且能使钢材具有更高的美观度，在机械加工的性能方面也高于热轧钢技术。轧钢的目的和其它的压力加工相同，都是为了将材料加工成需要的形状，同时也能有效改善钢材的内部质量。

关键词：轧钢生产；自动化控制技术；应用

引言

自上世纪末开始，自动化就成为很多工业项目发展的潮流，对于轧钢行业来说也是如此。随着科技的进步，自动控制技术也在不断提升，人们的关注点已经从对自动控制技术本身转到自动控制的成果上来。此外，科技的不断进步也给自动控制技术提出了更高的要求。下面就以冷轧厂为例，分析轧钢生产自动化控制技术的应用。

1自动化控制技术的概念

1.1概述

近年来，随着社会生产的不断发展，人们对钢材的生产量需求越来越大，传统的钢材生产技术已经无法满足现代化的钢材需求。引入自动化控制技术后，对轧钢的生产效率能够起到很大提升，而自动化控制技术的完善也是近年来逐渐形成的。连轧机拥有很高的生产效率，并且容易控制，因此能够为钢铁企业带来明显的经济效益。

1.2设计系统

设计系统总共包括六个方面：基本数据库，主要功能为数据收集、储存和运算；报告系统，向相关部门报告设备当前的运转情况；指标系统，为服务器终端的提供相关的指标和计算结果；信息查询；分析，提供模型库建立和修正的相关信息；预算，将数据限制在警戒值之内，数据一旦超限就立即发出警报。

2轧钢生产现状

我国是生产制造大国，钢铁工业占有重要比重。随着钢铁工业规模的扩大，能源消耗量日益增多，据不完全数据显示，钢铁行业的能源消耗量大约占到了世界能源消耗总量的13%，而轧钢生产程序中的能源消耗却占到了我国钢铁行业总能源消耗能量的15%—20%[1]。随着各行各业规模的扩大，钢铁品种的类型逐渐增多，总需求量也不断攀升，而与此同时，轧钢程序也日趋复杂。相关研究表明，我国钢铁冷轧工序与热轧工序的能量消耗都要明显高于国外的轧钢工艺钢铁消耗量。与国外先进技术相比，我国的轧钢工艺、管理技术与相关设备等还较为落后。当前我国在钢铁生产中，轧钢设备是主要的耗能设备，其能量消耗在整个轧钢系统中占到了70%左右，由此可以看出，我国轧钢生产还蕴含着较大的节能潜力。

3冷轧钢板形自动控制技术

3.1组成

板形测量辊以及信号处理设备；板形控制的计算机硬件设备；调节板形的相关设备机构，主要有CVC板型控制、工作辊中间辊弯辊以及出口多区冷却控制；显示器，显示钢应力的分布以及板形的曲线。

3.2工作原理

板形测量辊通常有30多个宽度在50多毫米左右的圆环组成，每个圆环内安装了数个互为90°的磁弹力传感器。在轧制的过程中，测量辊和带钢一起运行，而测量辊会将带钢在运行各段因带钢运行作用而发出的电磁信号测量出来，收集到的电磁信号经过测算之后能够得到各段钢材所受到的应力以及相应的偏差值，所有测得的数值全部都会通过显示器显示出来，供技术人员实时查看并计算。主计算机根据主操作台或者其它计算机提供的技术标准计算出板形设定值，然后对比板形设定值和带钢的实际值进行比较，最终得到偏差值。

3.3调节手段

3.3.1CVC辊板型控制

将上、下轧辊辊身磨削成相同的S形CVC曲线，上、下辊的位置倒置180度，当曲线的初始相位为零时，形成等距的S形平行辊缝，通过中间辊窜动机构，使上、下CVC轧辊相对同步窜动，就可在辊缝处产生连续变化的正、负凸度轮廓，从而适应工艺对轧辊在不同条件下，能迅速、连续、任意改变辊缝凸度的要求。

3.3.2弯辊调节

弯辊在调节钢板时效率很高、速度很快，并且动作简单干脆，不会出现滞后的情况，因此弯辊调节钢板是首要步骤，当二次板形的缺陷分量经过弯辊调节之后被控制在了最低40%、最高80%的范围之内时，就可以对钢板进行单独的弯曲调节，如果低于40%或高于80%，则需要运用CVC系统和弯辊一同对二次板形的相关缺陷进行调整。

3.3.3出口多区冷却控制

此技术主要是为了将板形缺陷中存在的其它断面问题完全消除，最典型的如复合波浪或两肋波浪，因此应在板形轧制的入口处放置一个被分成9段的喷射乳液，对工作辊的热度进行分段测量和控制。此控制系统会根据不同测量段的带钢应力的三次、四次分量进行计算，计算过程需要借助标准的数学模型，将相关数据带入后进行测算，最终算出所有段的乳液设定值，然后和轧制所必需的基本流量进行叠加，将其作为输出量，从而有效控制此段的工作辊热凸度。

4轧制自动化智能控制技术

我国引入电气自动化技术来提高轧钢工艺的精度以及成品的质量时间较早，在漫长的发展历程之中，电气自动化技术已经深入到钢铁生产企业的每一个角落，大到成套机械设备的控制，小到电器元件的使用，都能看到电气自动化技术的身影。我国目前的自动化控制系统最新的发展是对AI（人工智能）在轧钢过程中的自动化控制应用。轧钢自动化控制的AI系统包括精准合理的逻辑顺序、顶级的操作技术、复杂而协调的控制传输网络以及精确的控制能力等多方面的优点，并且AI自动化控制系统已经被应用到了分析正负差、操作圆形产品的制作以及预测性能等方面，从生产制作到打包装箱，整个过程都可以实现AI的全自动控制，操作人员不需要具体执行操作命令，而只需要提前输入相关指令，并在生产过程中实时监督系统的工作情况即可，极大地减轻了操作人员的负担，使得自动化控制程序变得更加科学。

5PLC系统在轧钢生产线自动控制中的应用效果分析

从PLC系统工作的原理分析，主要是经过发挥PLC自动变频设备的数字通信链路作用，然后所有系统通过组态PLC的I/O协议，采用这一通信链路，进行自动化控制数据的传输和接收。因此，在整个应用过程中，PLC的自动变频系统只是被作为一个装有I/O数据链路协议的框架模块，工业生产的系统只需要通过应用这个数据通信模块框架，就可以进行远程数据的控制与管理。按照程序数据的读写、分析、重组、输出等程序命令，对工业生产相关设备展开运行监测，而且通过后台自动化操控，所有轧钢生产流水线中的运行情况都可以清晰地展示在系统显示器中，为在线监听人员提供实时、动态、全方位的监测数据。如果系统在轧钢生产运行过程中，一旦出现突发的运行故障，PLC自动化控制系统就会发出相应的预警指令，及时将故障信息发送至信息中心数据端口，技术操作人员就可以采用远程传输协议展开应急方案的制定和实施.

结语

大量的生产实践已经证明，轧钢生产中CVC的轧辊凸度连续控制以及板形自动控制系统的引入使用，能进一步提高轧钢平直度，提高轧钢的精度。科技的发展推动着轧钢自动化技术的快速进步，而轧钢生产自动化控制技术的实施对于提高钢材成品的质量以及提高钢铁企业的产量方面都具有重要的积极作用。

参考文献：

[1]胡振文.自动化控制技术在轧钢生产中的应用[J].科技风，2013，（17）：114.

[2]龙志刚.轧钢电气自动化控制系统改造技术探讨[J].科技创新与应用，2014（12）：82.

[3]林泓健.轧钢厂电气自动化控制系统应用优化分析[J].科技展望，2016（19）：110.

[4]徐翀.自动化仪表在钢铁工业中的应用与发展[J].价值工程，2014（21）.

[5]牛翠英，席忠.电气自动化技术在钢铁企业中的重要意义分析[J].科技创新与应用，2014（21）.