热轧带钢平整分卷线信息自动化系统

1热轧带钢平整分卷线信息自动化系统司佑智中冶集团北京冶金设备研究设计总院摘要：介绍了热轧宽带钢平整分卷生产线的工艺流程及系统功能，从生产过程的物质流、能量流和信息流一体化的角度，给出了热轧带钢平整分卷生产线信息自动化系统的技术方案，同时对系统各组成部分进行简述。关键词:热轧带钢平整分卷信息自动化延伸率控制InformationandAutomationSystemforHotSkinPassandDividingLineSiYouzhiAbstract:Inthispapertheprocessandsystemfunctionsofhotskinpassanddividinglinearedescribed.Itstechniquesschemeforinformationandautomationsystemarepresentedfromthepointofviewintegratedwithmaterial,energyandinformationflowofproducingprocess.Componentpartsofsystemareintroduced.Keywords:hotstripeskinpassanddividinginformationandautomationelongationcontrol1引言热轧宽带平整分卷生产线的建设周期不长，仅投入平整机且实现延伸率控制的时间更短。随着经济的发展，市场对热轧宽带钢产品质量的要求更严格，产品的附加值更高；1.2～6.35mm厚的热轧宽带需平整交货，1.2～12.7mm厚的热轧宽带需定长切分为小卷交货。为此近几年，国内热轧带钢厂均筹建平整分卷线，已知投入生产的多为引进技术。在现代流程工业生产中，作为热轧宽带钢生产流程的精整工序之一，平整分卷生产线及其信息自动化系统不但必须与主轧线建立相同水平的信息交换平台，且有其自身的功能技术特点。本文从生产过程的物质流、能量流和信息流集成的角度，介绍热轧宽带平整分卷线信息与自动化系统的技术方案，供探讨。2生产工艺及系统功能2.1生产工艺流程1）上料、准备及运输。把钢卷从原料库取出、经入口段准备好，运送到开卷机处。2）上卷。把对中后的钢卷装到开卷机卷筒上。3）穿带。带钢头由开头器经入口夹送辊矫直机、入出口侧导、平整机、横剪、出口夹张辊、送到卷取机卷筒的钳口，并卷绕2圈。24）升速准备。相关设备恢复到设定状态和位置。5）平整分卷。在穿带和机组升速准备完成之后，机组建张并加速到设定速度，自动平整分卷。6）甩尾。分卷过程中，开卷机上剩余带长小于设定值时，机组自动减速；带钢尾部离开卷取机卷筒时，机组停止运行，进行带尾操作。7）卸卷及运送。机组停止、卷取张力解除后，成品卷卸至钢卷小车、并运送到出口步进梁。8）钢卷运送和称重、打捆、喷印。成品卷在出口步进梁上称重、打捆、喷印，并送至去成品库的吊运位置。具体生产工艺流程参见图1。图1平整分卷线生产工艺流程2.2平整分卷线工艺目的既平整分卷线的主要功能有：改善板形；改善力学性能；改善表面状态；尺寸、表面擦痕、外观检查；调整钢卷单重；调整钢卷内、外径；调整钢卷卷形（塔形、松卷、边曲等）。2.3系统控制功能平整分卷生产线要实现上述工艺目的，应具备以下主要控制功能：1）轧制力控制（AFC）根据热轧带钢平整机理，轧制力控制（AFC）是平整分卷线消除轧辊偏心、调整带钢表面光洁度、改善带钢板形和力学性能比较简单、有效的控制方式；由于在平整过程中，带钢的延伸率与轧制力的特性曲线呈线性，故在平整过程中保持轧制力恒定，则可保持相对稳定的带钢延伸率。32）弯辊控制弯辊控制用于补偿在平整过程中因轧制力变化而引起的辊缝变化，调整和改善板形。3）辊缝控制（APC）辊缝控制（APC）主要用于非平整运行过程，以防止轧辊碰撞。4）延伸率控制（AEC）延伸率是带钢平整工艺中的重要参数。适当的延伸率可以改善热轧带钢的力学性能，一些带钢品种在平整时对延伸率有明确的要求。5）分卷控制在平整过程中，当平整后的带钢接近设定长度时，机组减速并准确停止在设定长度，进行切分；之后重新穿带升速。6）CPC和EPC在平整过程中进行钢卷的中心对中和边部对齐调整。7）机组张力控制在建张升速后，开卷和卷取为恒张力方式运行，使带钢卷紧、抑制塔形；同时使带钢平稳运行，为平整机的轧制力控制和延伸率控制等功能的实现提供基础。8）表面质量监测采用视频或图像方式在线监视（测）带钢的表面、尺寸、擦痕、外观等。9）生产线运行协调控制生产线运行协调控制使上述功能在平整分卷过程中同步协调运行，并完成机组运行中的速度同步以及顺序控制。2.4主要工艺参数带钢宽度：800～2100mm；带钢厚度：1.2～12.7mm；最大卷重：45t；最高线速：400m/min。3系统的组成3.1系统组成原则及要求从适应多品种、小批量、高质量、节能降耗、提高生产率、充分满足用户要求出发，以技术先进、成熟可靠、完整实用为原则组成平整分卷生产线信息与自动化系统；使生产线上的实物（质）流在能量流的驱动下、在信息流的监控下、在完成工艺流程的过程中，实现物流平衡、能量守恒、信息畅通，实现实物、能量耗散最小化，促进多目标优化。3.2系统结构原理机组消耗的能量全部来自10kV高压电源。实物流是原料库来的原料卷经过生产线加工为成品卷，再传送到成品库。4信息流是把采集信息、运行状态和指令信息通过设置的网络传输到服务器（信息与控制中心），经过处理变为运行指令或设置值后再经由网络下达到工艺设备执行机构，进行指挥和监控，并周期性运行。系统结构原理框图参见图2。图2为系统结构原理框图53.3系统功能集成根据图2系统结构，组成3级平整分卷线信息与自动化系统，其计算机控制系统的功能集成见图3。图3系统功能集成框图4系统能量的分配、控制与转换4.1能量的分配由图2所示，根据生产线工艺设备动力机的不同，10kV进线的高压电能由供配电系统分为两路传送。一路以电气传动方式，另一路转换为液能，以流体传动方式向平整分卷线提供动力。其中一路由整流变压器通过交流传动装置为主电动机供电，电动机把电能转换为机械能；另一路l动力变压器通过MCC为辅助电动机和液压泵站机供电，由液压泵站把电能转换为液力传动的机械能。4.2能量的控制与转换在能量的控制与转换中，一是注重转换效率；二是根据工艺要求控制转换的质与量。4.2.1交流电气传动6平整分卷线电气传动采用带矢量控制的交-直-交变频调速装置控制能量及转换，特点为：1）能量转换效率高、单电枢电机容量大、维护量少、占地和投资小，运行可靠性高；2）绿色、无公害、EMC电磁兼容性好，可减小或省去滤波装置和动态无功补偿装置；3）采用直流母线带能量回馈、多电机同步运行，可平衡能量分配、减少整流器容量，节能。主传动交流调速系统单线图参见图4。图4主传动交流调速系统单线图4.2.2液压传动由液压传动的单位体积功率最大、动态响应快、控制精度高等优点，该系统中的AFC，弯辊控制，AEC，CPC，EPC以及精确位置控制等均采用电液伺服(比例)方式控制其能量及转换。其控制原理框图参见图5。图5电液伺服(比例)控制原理框图75工艺设备及过程控制系统5.1基础自动化系统硬件配置示意图见图6。基础自动化主要有3套PLC、HMI人机接口、传感器、T400以及现场总线和工业以太网组成，主要完成图3所示的系统控制功能。图6系统硬件配置示意图5.2故障诊断故障诊断系统通过网络和软件嵌入到PLC系统功能中，通过采集和跟踪主要工艺设备的运行状态，建立相关档案，分析处理采集数据，指导预防和排除故障，保持设备正常运行。5.3过程计算机系统过程计算机系统配置一台数据服务器，一台操作终端，采用TCP/IP协议实现与L1，L2，L3的数据通讯；配置RAID1，实现磁盘镜像加容错备份。由图6配置，实现图3所示功能。6生产信息及数据流向根据现代企业内部运行的各环节密不可分，需系统协调集成的理念：其生产运行过程，实质是对信息的收集、传输、处理（加工）和应用过程。作为热轧宽带钢流程的一个生产工序，平整分卷线须与主轧线建立信息交换平台。一是接受生产指令，二是返回生产实绩，完成图3所示的功能。86.1过程信息交换与数据流向过程控制系统的操作所基于的数据库采用Oracle9i标准版，主要含指令数据(PID)、轧制计划(Schema)、预设定参数(Setpoint)、轧辊记录数据(RollData)和成品数据(Report)。生产过程中的数据流向见图7。图7过程数据流向示意图6.2监控信息流向监控信息主要为测量信息、显示信息和控制调节信息，其信息交换过程见图8。图8信息流向示意图参考文献1戴先中.自动化科学与技术学科的内容、地位与体系.北京：高等教育出版社，20032孙一康.带钢热连轧的模型与控制.北京：冶金工业出版社，20023丁修堃.轧钢过程自动化.北京：冶金工业出版社，19864白振华.平整机延伸率设定的研究.冶金设备.2005（1）5司佑智.基于PLC的IPSEN炉计算机监控系统.电气传动，2002，329