摘要：現代鋼鐵工業棒材，是建筑等行業必須的材料，需用量很大，是國民經濟急需的產品。棒材軋機信息化、自動化包括基礎自動化、過程自動化和企業管理自動化，通過各種網絡通信連成一體，為企業高產、高效、優質、低耗及低成本提供了保證和先決條件。

　　關鍵詞：軋鋼,棒材,自動化

　　前言

　　隨著市場對棒材要求的提高，棒材軋鋼廠在設備上、新技術使用上也有不少的進展，如直接影響產品彎曲度及包裝的冷床上卸鋼及下卸鋼設備、為了生產超級鋼(強度提高40%以上)設置了控軋(在精軋人口裝設控軋裝置)及控冷(在精軋出口裝設控冷裝置)設備，這些都對自動化提出更苛刻的要求(如冷床的精確同步、準確的上卸鋼及平移交接的下卸鋼，精確的控軋控冷控制等)。

　　一、基礎自動化的主要功能

　　(1)加熱爐PLC。

　　執行各段爐溫、空氣流量、煤氣流量、空燃比的串級控制及交叉限幅;爐膛壓力控制;助燃空氣壓力控制;助燃空氣及煤氣溫度檢測;預熱器溫度越限報警及控制;汽化冷卻控制;加熱爐邏輯連鎖等順序控制;鋼坯稱重及長度檢測;鋼坯冷熱上料控制;步進梁或推鋼機控制;出料控制;爐區風、水、氣、電等計量與監控。

　　(2)主軋線PLC

　　1)執行粗軋機區邏輯連鎖等順序控制;軋件頭部速度沖擊補償;微張力控制;軋機級聯控制;

　　2)中軋機區邏輯連鎖等順序控制;軋件頭部速度沖擊補償;微張力控制;軋機級聯控制;活套控制;

　　3)精軋機區邏輯連鎖等順序控制;軋件頭部速度沖擊補償;活套控制;軋機級聯控制;

　　4)冷床區邏輯連鎖等順序控制;冷床控制等;

　　5)軋線設備的啟動/停止、正反點動及爬行、試小樣以及緊急停車控制、單/聯調的無擾動切換等。

　　(3)控軋控冷PLC。在精軋機組后設置穿水冷卻裝置，軋件經穿水冷卻裝置后提高鋼材的綜合機械性能，在不增加微合金元素情況下，使II級鋼筋達到m級鋼筋水平，同時可減少二次氧化鐵皮的生成量，提高成材率。PLC按棒材實際溫度和目標溫度差，并按數學模型控制冷卻水流量，然后按出口溫度進行自適應修正。

　　(4)潤滑站、液壓站、飛剪等PLC均為機電一體化設備

　　二、過程自動化的主要功能

　　(1)軋件跟蹤與軋制節奏控制。軋件自咬人第一架粗軋機一直跟蹤到冷床。利用熱金屬探測器、電流傳感器、電機碼盤等作為跟蹤信號源，除按有關位置信號源發出控制信號外，還在CRT上顯示模擬紅鋼前進畫面。例如利用在相應地點(粗軋機出人口、中軋機出人口、精軋機出入口、到達飛剪時、到達冷床時)設置的熱金屬探測器檢測出軋件頭部位置，到達軋機時，從咬鋼沖擊，電機電流值突變取信號，當到達各飛剪時，從飛剪電機碼盤上取位置信號，到達活套位置時，活套輥推出動作作為信號源等。

　　(2)監控。包括開機畫面陣L線各區段啟動條件圖形顯示)，軋線各區段過程變量圖形及趨勢曲線顯示，接受MES來的計劃和進行軋制計劃管理以及軋制程序選擇，軋制表的建立、存貯和修改，軋制規程參數的自適應，工程參數的預設定(包括軋輥等技術參數輸人)及修改，系統故障診斷，各種故障信息的顯示、存貯及打印，生產報表的存貯及打印，打捆機工作監視，有關電力傳動的顯示(如兩路進線高壓柜的有功電度表模擬輸出信號進人PLC模擬口、18架軋機及9臺整流變壓器溫度巡檢儀的超溫報警開關量信號進人PLC、高壓真空開關合/分閘(接點)信號進人PLC等顯示)。

　　主要畫面有：主菜單和子菜單，軋機速度設定畫面，軋輥輥徑設定畫面，軋制程序畫面，軋線組態和機架控制選擇，軋制狀態顯示畫面及PLC故障的報警畫面，液壓系統閥狀態顯示畫面，控軋控冷畫面，幫助畫面等。

　　(3)數學模型運算。包括加熱爐優化設定模型、待軋模型、控軋控冷模型等。

　　加熱爐優化設定模型主要是以工藝理論為基礎的物理模型，如新日鐵模型(武鋼1700mm熱連軋引進)，它按剩余在爐時間、現在鋼坯溫度、規格和要求出爐溫度等參數，用熱傳導、熱輻射和熱交換等理論計算鋼坯在爐內行進中各點加熱所需的熱量及其相應各加熱段、均熱段所需設定溫度，并由實測鋼坯溫度進行模型自適應;其他還有使用現代控制理論(如離散狀態空間模型方法對鋼坯升溫進行計算)和智能控制理論來建模，但現場成功使用不多。在國內以工藝理論為基礎的物理模型及使用現代控制理論都在研究，其中如Q-P模型已在多個加熱爐實際應用。

　　控軋控冷模型目前都是離線按鋼種、規格、工藝要求計算所需的冷卻水流量，然后按出口溫度、檢驗數值、生產經驗進行修正，最后形成表格存儲在過程機中，在使用時調出應用。

　　(4)數據通信。主要是與基礎自動化、制造執行系統等通信

　　三、自動化主要控制系統

　　1、動態速降補償控制

　　電機系統在突加額定負載時的動態速降約在5%左右，恢復時間約在。0.5s之間。上述過渡過程將在機架咬鋼時影響機架間設定正確的速度關系，使機架間產生軋件堆積。動態速降補償系統于咬鋼之前在正常的軋機設定速度上迭加一速度增量，咬鋼后將上述增量撤銷，從而達到減小或消除動態速降影響的目的。另一方面，一定量的動態速降有助于機架間的活套形成，初始套量的大小在一定程度上可通過改變動態速降補償值進行控制。動態速降補償量一般不大于軋機額定速度的5000。

　　2、級聯速度控制

　　采用級聯調速是為了使控制系統或操作人員能夠調整軋線某一對相鄰機架的速度關系，而不影響軋線其他機架間已有的速度關系。以成品機架(末機架)作為基準機架，保持其速度不變，并作為基準速度設定，其前面各機架速度按金屬秒流量相等的原理，自動按比例設定;在軋制過程中來自活套閉環控制的調節量、手動干預量，依次按逆軋制方向對其前面機架速度作增減，從而實現級聯控制。

　　3、軋線速度設定自適應

　　機架間自動調節系統(活套)產生的速度修正信號反映設定的機架間速度關系(延伸率)的誤差，速度設定自適應系統根據穩定軋制時這一誤差的大小修正對應機架的延伸率，這一修正后的延伸率將使下一根鋼到來時，機架間的速度配合關系處于最佳狀態。

　　為了把操作員的經驗溶人自動化系統中，操作員可利用操作臺上的各機架的手動調節微調旋鈕對各機架進行手動調節，調好機架間的級聯關系，經取而代之后，系統將存儲此時的各機架速度，作為該規格軋件的級聯速度設定。

　　4、級聯阻斷控制

　　在連軋生產中，節奏很快，上一根鋼尾還在連軋機組中時，下一根鋼頭已進人粗軋機，為使上一根鋼的級聯調速不影響下一根鋼，在鋼尾從第一架軋機離開時，就對第一架軋機速度實行級聯阻斷控制，即下游軋機速度聯調不對第一架軋機起作用，以此類推到下游軋機。當軋件頭部穿過機架并連接下一機架時對應自動調節級聯關系重新接通。

　　5、活套自動控制

　　軋機上的活套是用來檢測和調整相鄰機架間的速度關系從而實現無張力軋制的一種手段，適合于軋件截面較小的場合。

　　6、信號聯鎖控制

　　(1)與軋機潤滑油壓力、流量系統的聯鎖。每臺軋機都有潤滑油電接點壓力表、油流信號器分別給PLC系統發油壓和油流信號，當壓力和流量兩信號中任意一個或全部顯示為“過低”狀態時，經0.5s的延時后，如仍處于“過低”狀態時，除向報警系統發出信號外，按如下方式進行控制。

　　(2)與電機溫度信號的聯鎖。每個主傳動電機都有3個溫度接點信號用于指示電機主極溫度、繞組溫度及滾動軸承溫度;當溫度接點指示過高時，向操作臺發出報警信號，當前軋制的鋼軋完后停車。

　　(3)與電機風機溫度、壓差開關的聯鎖。每個電機都帶有一個冷卻風機。當風機出風溫度開關報溫度“過高”信號或風機壓差開關報“過低”信號時，向操作臺發出報警信號，當前軋制的鋼軋完后停車。

　　四、發展趨勢

　　新工藝、新設備促進自動化的進展。例如為了提高棒材的品種、性能與獲得高附加值的產品，棒材生產近來也采用控軋控冷技術;為生產多種規格的棒材，往往需要“甩軋機，換成替換輥道”等，要求更多的新系統、新數學模型。