自動化控制系統(tǒng)在熱處理NCC系統(tǒng)的應(yīng)用

石榮鵬,曹 磊,高文輝

（山東萊鋼集團(tuán)自動化部，山東萊蕪，271104）

0 引言

萊鋼寬厚板?；幚砭€包括?；癄t和?；鋮s控制系統(tǒng)（即NCC系統(tǒng)），設(shè)計年產(chǎn)量為21.6萬噸，主要產(chǎn)品為船板鋼、容器鋼、橋梁鋼、鍋爐鋼、低合金高強(qiáng)度鋼建筑結(jié)構(gòu)用鋼板、造船及海上平臺用鋼板等，該系統(tǒng)成熟可靠，產(chǎn)品質(zhì)量好。?；鋮s控制系統(tǒng)（NCC）將從熱處理爐運(yùn)出、處于奧氏體狀態(tài)的板材進(jìn)行噴淋冷卻，從而控制鋼板的相變組織和提高鋼板的力學(xué)性能，是成品過程的關(guān)鍵步驟。其技術(shù)規(guī)格為：鋼板開冷溫度：850℃～950℃，鋼板終冷溫度：500℃～700℃。該系統(tǒng)采用穩(wěn)定性較高的西門子S7-400PLC及PROFIBUS 現(xiàn)場總線技術(shù)，擁有較高的自動化水平，保障了產(chǎn)品質(zhì)量。以下將對萊鋼NCC控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 NCC系統(tǒng)工藝說明

NCC由高位水箱、24組控冷集管、24組集管控制閥組、5組側(cè)噴閥組、前后氣吹掃、3臺高溫計、1臺熱金屬檢測儀及輥道等設(shè)備組成，冷卻區(qū)域分為快冷區(qū)、主冷區(qū)和精冷區(qū)，當(dāng)鋼板在輥道上順次行經(jīng)3個冷卻區(qū)域時，控制系統(tǒng)將根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)依次開啟集管，對鋼板進(jìn)行噴淋冷卻，使之迅速達(dá)到目標(biāo)溫度。

2 自動控制系統(tǒng)

2.1 控制系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)配置

包括中央S7-400PLC和位于現(xiàn)場的2臺I/O ET200M遠(yuǎn)程站，三者之間通過PROFIBUS-DP連接，系統(tǒng)通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)，連接兩臺操作員站和一臺工程師站，上位機(jī)監(jiān)控均采用西門子WinCC V6.2，工程師站配備西門子step7 V5.4編程軟件。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖：

2.2 系統(tǒng)功能

保證鋼板的位置跟蹤系統(tǒng)的準(zhǔn)確性

能夠按照工藝開啟上下兩組集管，保證冷卻效果，并具有工藝自學(xué)習(xí)功能

傳遞NCC前面熱處理爐PLC和后面冷床PLC的通訊數(shù)據(jù)，起到數(shù)據(jù)橋梁的作用

2.3 NCC鋼板信息跟蹤和控制

鋼板信息的準(zhǔn)確跟蹤是NCC噴淋冷卻的前提，如果鋼板無法準(zhǔn)確定位，各個冷卻區(qū)就無法按照工藝曲線來開啟集管。NCC輥道分為CB輥道組、CT輥道組、NCC本體輥道組，待冷卻鋼板通過連續(xù)式輥道通過NCC的各個區(qū)域，HMI鋼板信息將與實(shí)際同步。輥道和變頻器一對一控制，采用的是西門子變頻器。鋼板信息的位置跟蹤和控制通過以下手段實(shí)現(xiàn)：

1）手動模式下，NCC本體PLC享有控制優(yōu)先權(quán)，在某些條件下如果接收到其他PLC發(fā)出手動控制請求，此時畫面會提示“手動控制請求”，相應(yīng)可以在畫面選擇“手動操作允許”，將控制權(quán)限的轉(zhuǎn)換信息通知PLC，此時NCC將通過工業(yè)以太網(wǎng)接收自其他PLC的輥道控制命令。手動速度由ET200-M(1)操作臺的手柄來給出。

2）自動模式下，熱處理爐發(fā)出出鋼請求時，NCC、CB、CT輥道自動啟動，3秒后判斷出鋼啟動條件是否具備,具備條件后出鋼，NCC啟動跟蹤程序，控制鋼板輸送。在頭部輸送距離超過30米，進(jìn)入CT輥道后，向冷床發(fā)出送鋼請求，冷床允許則進(jìn)鋼，不允許進(jìn)鋼，NCC控制CT輥道把鋼板停放在CT輥道上等待，超過1分鐘仍不允許進(jìn)鋼，NCC控制CT輥道進(jìn)行擺動，防止輥道過熱。此過程發(fā)送請求一直保持直到冷床允許進(jìn)鋼，NCC控制CT輥道送鋼到冷床。

3）對于從常化爐出的鋼板，NCC的輥道跟蹤系統(tǒng)可以容納2塊鋼板的跟蹤信息。但第一塊出鋼后，到CT輥道冷床允許進(jìn)鋼，期間不允許第二塊鋼板出鋼，按照30米輥道以20米每分鐘輸送計算，最快鋼板間隔為1.5分鐘。

4）PLC還具備“模擬出鋼”功能，其功能依賴于操作臺按鈕實(shí)現(xiàn)，這樣可以模擬出鋼時輥道及CMD冷檢的工作狀態(tài)，便于及早發(fā)現(xiàn)問題，保證出鋼的順利進(jìn)行。

2.4 集管流量標(biāo)定

每根集管上安裝有快切閥、調(diào)節(jié)閥和流量計，快切閥和調(diào)節(jié)閥有手動和自動兩種控制模式，集管水流的情況通過流量計指示。

已經(jīng)成熟的冷卻工藝預(yù)先儲存在工程師站的SQL Server數(shù)據(jù)庫中，在HMI的“半自動-查表”模式下，系統(tǒng)會根據(jù)鋼板的PDI數(shù)據(jù)自動查詢半自動冷卻策略中已經(jīng)儲存的冷卻規(guī)程，不需人工設(shè)定。

板型、設(shè)備等現(xiàn)場生產(chǎn)情況很難保證不會出現(xiàn)變化，為此設(shè)計了新冷卻模型的生成方法，并在HMI上提供接口，當(dāng)需要生產(chǎn)新冷卻模式時，工藝人員可以通過安裝在管道上的調(diào)節(jié)閥自主調(diào)節(jié)集管冷卻水的實(shí)際流量，然后將合適的流量設(shè)定值通過HMI輸入到SQL Server數(shù)據(jù)庫中。

標(biāo)定原理為：采集五組流量以及對應(yīng)的開口度數(shù)據(jù)，采用數(shù)學(xué)回歸的方法，計算流量曲線，回歸四個常數(shù)A0、A1、A2、A3，利用函數(shù)f(x)=A0+A1X+A2X2+A3X3，輸入流量X計算開口度f(x)。

2.5 自學(xué)習(xí)模型

當(dāng)鋼板通過高溫計NCC T2時，NCC L2以4s為周期地檢測鋼板返紅溫度；根據(jù)該段鋼板的實(shí)際開啟模式、實(shí)際返紅溫度、以及實(shí)際輥道速度、實(shí)際水溫（水量和水比固化）學(xué)習(xí)溫度模型系數(shù)，即冷卻水對流換熱修正系數(shù)和目標(biāo)溫度偏差修正值，以用于下一塊鋼板的設(shè)定計算。

2.6 數(shù)據(jù)橋梁和樞紐

NCC PLC通過TCP/IP與熱處理爐和冷床PLC進(jìn)行通訊，由熱處理PLC與L2進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所需冷卻的鋼板信息都是通過L2下發(fā)的。臺架、冷床共用NCC輥道，NCC PLC還要根據(jù)來自冷床、臺架、熱處理爐的信息來協(xié)調(diào)3者之間的聯(lián)動。

3 結(jié)語

NCC系統(tǒng)作為?；癄t的重要冷卻設(shè)備，其可靠穩(wěn)定的調(diào)節(jié)閥、流量計、高溫計等儀表的應(yīng)用使設(shè)備能夠完成各種冷卻任務(wù)，并可以自主開發(fā)新的冷卻模型。NCC自動控制系統(tǒng)采用了科學(xué)合理的數(shù)學(xué)模型和先進(jìn)的控制策略，性能穩(wěn)定可靠，控制精度高。