棒材生產(chǎn)線電氣傳動及自動化控制系統(tǒng)分析

白彥剛

（河鋼股份有限公司承德分公司、河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067000）

隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，電氣自動化技術(shù)獲得了更為廣泛的關(guān)注。此次技術(shù)升級在國內(nèi)同行業(yè)中技術(shù)水平較為先進，已在其它棒材生產(chǎn)線得到應(yīng)用和推廣，不僅大幅降低了設(shè)備故障率及噸鋼能耗，提高了成材率和生產(chǎn)效率，而且能夠適應(yīng)更多品種鋼的軋制，具有良好的經(jīng)濟效益與社會效益。同時，在國內(nèi)同種行業(yè)同種設(shè)備情況下，提供了技術(shù)借鑒，具有廣泛的推廣前景。

1 棒材生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝簡介

1.1 棒材生產(chǎn)工藝簡介

我國的工業(yè)生產(chǎn)范圍廣、種類多，不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中需要用到的生產(chǎn)工藝都是不一樣的，例如在生產(chǎn)手法、選材等環(huán)節(jié)都是不一致的，會因為生產(chǎn)效果不同而有所變化。棒材生產(chǎn)線是眾多生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的一部分，就常規(guī)的生產(chǎn)工藝而言，棒材生產(chǎn)工藝就相當(dāng)于是選材的一個環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)是非常重要的，大多數(shù)情況下都會選擇連軸坯，材料的選擇必須要非常謹(jǐn)慎，要嚴(yán)格按照國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)線的實際需要。采購到符合國標(biāo)的材料之后將連軸坯統(tǒng)一放置到儲存庫中，再按照工藝流程對坯料進行檢驗，優(yōu)質(zhì)或合格的則置于加熱爐中進行加工，如果有質(zhì)量不合格或重量不達標(biāo)的，則全部舍棄。進行了第一道加熱處理工序之后，再進行第二道剪軋工序，先對熱爐中的鋼材進行粗軋，再按照要求和尺寸進行精軋，剪切完成之后，進行最后一道工序，即對剪切好的鋼材進行稱重和打包，再貼上廠家的標(biāo)簽，如此一來鋼材就可以拿到市場上進行交易。

1.2 棒材生產(chǎn)線

棒材生產(chǎn)線分為兩種方式，一種為橫向的軋制，另一種則是縱向上的軋制，通過兩種方式相結(jié)合的方式，利用軋機對鑄造成形的鋼材進行有規(guī)則的軋制，以形成各種各樣的棒材。棒材的生產(chǎn)是先將連軸坯料置于高溫的加熱爐中高溫融化成液體，再將液體倒在不同形狀的模具中冷卻，整個生產(chǎn)的過程中對溫度的要求是非常嚴(yán)格的以往傳統(tǒng)的棒材生產(chǎn)方式為了實現(xiàn)鋼材的精確剪軋，會在軋制過程中進行連續(xù)反復(fù)的操作，導(dǎo)致溫度控制不到位，棒材的質(zhì)量受到影響。如今為了減少軋制過程中溫度的損失，對棒材的軋制技術(shù)進行了優(yōu)化與創(chuàng)新，大大縮短了軋制時間與流程，一定程度上加強了溫度的控制，達到實際生產(chǎn)的需要。目前我國的大部分棒材生產(chǎn)線都是采用多條生產(chǎn)線同時作業(yè)的方式，并明確區(qū)分粗糙軋制和精確軋制，將不同需求的鋼材分配到不同的作業(yè)區(qū)進行操作，減少作業(yè)誤差，提高棒材生產(chǎn)效率與棒材的質(zhì)量。

2 系統(tǒng)的配置以及兩級控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)的配置

鋼材是我國經(jīng)濟發(fā)展中必不可少的材料之一，例如房屋修建、工廠生產(chǎn)作業(yè)都需要用到鋼材，為了保證鋼材的數(shù)量能夠滿足建筑與工業(yè)生產(chǎn)的需要，提高鋼材的生產(chǎn)效率，相關(guān)技術(shù)人才充分利用現(xiàn)代先進的技術(shù)優(yōu)勢，創(chuàng)新了鋼材生產(chǎn)線的生產(chǎn)技術(shù)，即鋼材生產(chǎn)線的自動化控制系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)計算機技術(shù)以及人工智能，創(chuàng)新出自動化控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)流程中輔以人工力量，實現(xiàn)鋼材的高質(zhì)量高產(chǎn)出。要實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動化控制，就需要安裝相應(yīng)的基礎(chǔ)配置以及二級控制系統(tǒng)，首先是系統(tǒng)的基礎(chǔ)配置，包括了PLC以及計算機網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控設(shè)備，對生產(chǎn)流程中的各個環(huán)節(jié)進行監(jiān)測并做出反應(yīng)，達到自動化控制的效果。對機械設(shè)備進行自動化控制，能夠減少人工的參與，鋼材的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一些有害人體的物質(zhì)，減少人工參與，能夠保證工人的身體健康。

2.2 二級控制系統(tǒng)

自動化控制系統(tǒng)通過系統(tǒng)的基礎(chǔ)配置和二級系統(tǒng)配置，才能夠滿足生產(chǎn)線的基本需求，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。基礎(chǔ)配置保證系統(tǒng)的整體能夠有序穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，二級控制系統(tǒng)則在此基礎(chǔ)上加深對物料的分析與處理，一般安裝的是報表生成系統(tǒng)。在系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的過程中，實時監(jiān)測與記錄物料的具體情況，根據(jù)大數(shù)據(jù)分析物料的特質(zhì)，并生成相應(yīng)的報表，當(dāng)需要時可隨時查詢，保證生產(chǎn)的有效性，減少人工損失，提高生產(chǎn)質(zhì)量。

3 棒材軋線主要自動化控制模型及功能分析

在棒材生產(chǎn)線實行完全自動化控制之前，要仔細(xì)研究與測量自動化控制系統(tǒng)的各方面是否智能，是否能滿足棒材軋線的生產(chǎn)需求，前期相關(guān)設(shè)計人員肯定會大量分析與研究相關(guān)資料，最后得出這樣的結(jié)論。實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，軋線自動化控制系統(tǒng)的實行不僅要有大量的文獻材料做支撐，還需要用具體的數(shù)據(jù)做為依據(jù)，所以先創(chuàng)建一個模型，將所需功能通過模式實現(xiàn)，并對這些功能做出分析，才能真正運用到生產(chǎn)線中。首先是模擬分析軋鋼功能，將PLC接通，在模型上測試軋線上會遇到的所有情況，檢驗自動化控制下是否依然存在堆鋼、拉鋼等問題。此外還需要注意的是控制自適應(yīng)模型中的微張力控制，通過張力模擬檢驗軋機的綜合性能，評估軋線的穩(wěn)定性。

為了更直觀的體現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)的功能，制定了活套的自動化控制模型。在測試活套自動控制的有效性時可以合理利用這一模型，檢測仿真模型在動態(tài)活套套高的變化中能否自動進行判斷與反應(yīng)，通過對模型的利用檢測系統(tǒng)的效果，保證軋制的平穩(wěn)有序運轉(zhuǎn)。軋機在對鋼材進行軋制、剪切時都需要嚴(yán)格把握位置的精確性，以免因錯位或其他原因?qū)е落摬募羟谐霈F(xiàn)誤差，為了更好地實現(xiàn)軋機的準(zhǔn)確性，可以在軋機的內(nèi)部安裝實時定位系統(tǒng)，利用先進的GPS定位系統(tǒng)，準(zhǔn)確對機線上流動的棒材進行定位，減少操作誤差，提高生產(chǎn)質(zhì)量。

4 棒材生產(chǎn)線控制

4.1 速度級聯(lián)控制

棒材生產(chǎn)過程中需要注意的因素有很多，其中最為重要的主要包括了溫度的控制以及速度的把控，本文主要分析了棒材生產(chǎn)線電氣傳動及自動化控制系統(tǒng)，可以看到要做好棒材生產(chǎn)線的控制，需要從多個方面入手，以保證棒材的質(zhì)量。

棒材的產(chǎn)出是經(jīng)過多道程序加工而成的，為了完成不同斷面的棒材，需要多生產(chǎn)的鋼材進行多次軋制，每一道軋制工序都直接影響著棒材的質(zhì)量，所以首要環(huán)節(jié)就是做好棒材生產(chǎn)線的速度級聯(lián)控制。軋制過程中采用多臺設(shè)備同時作業(yè)的方式，先調(diào)試好第一臺設(shè)備的速度和間隔時間，其他的設(shè)備都以此數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置對應(yīng)的控制基數(shù)。軋制環(huán)節(jié)還可能會遇到其他不確定因素，要要提前做好預(yù)防措施，借助活套閉環(huán)控制系統(tǒng)或人為的手動干預(yù)措施，對上游的機架速度進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)級聯(lián)控制。

4.2 活套閉環(huán)控制

活套閉環(huán)是棒材生產(chǎn)中避免生產(chǎn)安全問題發(fā)生的重要措施之一，棒材生產(chǎn)線是一條流程較長的生產(chǎn)線，軋制只是其中一個環(huán)節(jié)，鋼材是需要先經(jīng)過熱爐的加工才能進行剪軋。兩個生產(chǎn)環(huán)節(jié)同時進行就可能會出現(xiàn)信息不對稱的問題，當(dāng)上游機械速度較快時，鋼材軋制這一環(huán)節(jié)就會出現(xiàn)大量鋼材堆積、拋鋼等局面，影響鋼材的正常軋制。為了避免堆鋼、拉鋼問題的出現(xiàn)，在軋制區(qū)專門設(shè)置了活套裝置，這一裝置是以活套的高度為目標(biāo)，當(dāng)設(shè)備監(jiān)測到活套的高度大于設(shè)定的高度值時，就會對速度級聯(lián)裝置做出反應(yīng)，適當(dāng)?shù)慕档蜕嫌螜C架的運轉(zhuǎn)速度，如果檢測到活套高度較低時，也會自動逐級調(diào)整上游機架的速度，保證棒材生產(chǎn)線按照適當(dāng)?shù)乃俣绕椒€(wěn)運行。

4.3 起落套控制

活套的閉環(huán)控制能夠?qū)崟r監(jiān)測棒材生產(chǎn)線上下游的機架運轉(zhuǎn)速度是否協(xié)同配合，如果出現(xiàn)不協(xié)調(diào)時自動進行控制，保證各環(huán)節(jié)設(shè)備能夠協(xié)調(diào)運行。除此之外，還要做好起落套的控制，為了保證鋼材能夠滿足不同市場的需求，在生產(chǎn)中會設(shè)置粗軋和精軋兩個軋制區(qū)，而活套的起落時間則直接關(guān)系著軋鋼的質(zhì)量。設(shè)備上設(shè)置的活套起落時間是通過精確測量的，最后得出適當(dāng)?shù)臅r間，無論是活套起套過早還是過晚，都會造成鋼坯沒有得到嚴(yán)格軋制的現(xiàn)象。起套太早，坯料還未流轉(zhuǎn)至下個環(huán)節(jié)的機架中，導(dǎo)致堆鋼；起套過晚，加大了拉鋼的幾率；落套也是一樣的，落套過早造成拉鋼；落套太晚出現(xiàn)甩鋼。

4.4 沖擊補償控制

鋼材軋制的環(huán)節(jié)中，是通過軋機將鋼坯進行精軋或粗軋，軋機是非常大型的機器，在軋制這個環(huán)節(jié)中主傳動會產(chǎn)生較大的沖擊，并引發(fā)速降，這個沖擊力的影響巨大，如果沒有進行有效控制，會導(dǎo)致生產(chǎn)事故的發(fā)生。要實現(xiàn)棒材生產(chǎn)線的自動化控制還需要做好沖擊補償控制，在軋機出現(xiàn)空載時通過速度的補償量減小速降的沖擊，當(dāng)軋機咬鋼后再把補償量取消，由軋機按照常規(guī)的速度進行鋼坯軋制，實現(xiàn)軋機全過程的平穩(wěn)運行，減少堆鋼、拉鋼事故。

4.5 飛剪控制

為了提高棒材的質(zhì)量，實現(xiàn)鋼材的精準(zhǔn)軋制，軋線上都會設(shè)置三臺飛剪，從鋼材進入生產(chǎn)線到出廠都是由這幾臺飛剪進行相應(yīng)的剪切，以滿足市場上對不同斷面鋼材的需求。軋線上從開始到結(jié)束都會配置3臺不同型號的飛剪，包括生產(chǎn)線最前端的粗軋飛剪，主要功能是對剛進入生產(chǎn)線的鋼坯進行剪切，剪掉鋼坯頭部的不規(guī)則或多余的部分；在軋線的中部安裝的是另一型號的中軋設(shè)備，對粗軋之后的鋼坯進行軋制，然后安裝2號飛剪，對中軋之后的鋼材再次剪切多出來的頭部或尾部；最后的飛剪則是要求非常精確的，主要是對精軋之后的鋼材進行精確修剪，相當(dāng)于量尺的作用，按照設(shè)定的長度寬度進行剪切，剪切完成后鋼材就可以準(zhǔn)備出廠了。飛剪這一環(huán)節(jié)是軋線的重點也是軋機的控制難點，主要是因為必須精確控制飛剪的位置以及速度，如果位置出現(xiàn)偏差會嚴(yán)重影響鋼材質(zhì)量，剪切速度也直接關(guān)聯(lián)到下游機架的工作。

4.6 保護聯(lián)鎖

棒材的軋制過程中無論是粗軋、中軋還是精軋，都是一條聯(lián)通的生產(chǎn)線，使用的設(shè)備都是同一套，可能都是由一臺主電機進行控制。在這環(huán)環(huán)相連的軋機運轉(zhuǎn)過程中，為了減少事故對主電機的影響，好應(yīng)該加強對主電機安全的保護，增加保護聯(lián)鎖，避免軋機在工作的一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題而導(dǎo)致整條生產(chǎn)線的設(shè)備被損壞。軋機運轉(zhuǎn)中，有兩個因素要控制到位，一個是軋機的速度，另一個是軋機的溫度，如果溫度過高也可能會燒壞設(shè)備，所以要做好檢測，保護軋機的正常規(guī)范生產(chǎn)。

5 結(jié)語

隨著社會的發(fā)展和進步，我國鋼材市場的需求量越來越大，作為小型材料的棒材，在我國鋼鐵生產(chǎn)過程中占據(jù)著重要的位置。對于鋼材的生產(chǎn)過程來說，自動化生產(chǎn)線能夠起到很大的幫助。以往傳統(tǒng)的橫列式等的落后生產(chǎn)工藝在現(xiàn)階段鋼材生產(chǎn)過程中被逐漸淘汰，取而代之的就是生產(chǎn)線的使用。生產(chǎn)線的使用夠極大的滿足更多的生產(chǎn)需求，并能夠減少生產(chǎn)成本的投入，進而獲得更好的鋼材。