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      冷軋高強(qiáng)鋼脫脂處理線控制系統(tǒng)應(yīng)用

      2021-12-10 05:34:14翟景峰劉炳剛丁志宇馮明峰張哲劉放周明
      鞍鋼技術(shù) 2021年6期
      關(guān)鍵詞:鋼卷脫脂堿液

      翟景峰 ,劉炳剛 ,丁志宇 ,馮明峰 ,張哲 ,劉放 ,周明

      (1.鞍鋼集團(tuán)信息產(chǎn)業(yè)有限公司,遼寧 大連 116085;2.鞍鋼股份有限公司冷軋廠,遼寧 鞍山 114021)

      冷軋軋制帶鋼表面會(huì)不同程度附著乳化液油膜、鐵粉和灰塵等各類雜質(zhì),這些雜質(zhì)在退火過(guò)程被碳化后仍然附著在鋼板表面,易造成罩式退火層間粘結(jié)、連續(xù)退火爐輥結(jié)瘤、鍍鋅涂鍍不均等質(zhì)量缺陷,須通過(guò)脫脂工序?qū)⑵淝宄?,以達(dá)到罩式退火、連續(xù)退火、鍍鋅等下一步生產(chǎn)工序表面潔凈的要求。隨著冷軋高強(qiáng)鋼生產(chǎn)工藝的研究和開(kāi)發(fā),采用罩式退火工藝可以生產(chǎn)部分高強(qiáng)鋼產(chǎn)品,特別適合小批量、多品種的高強(qiáng)鋼生產(chǎn)。為改善品種結(jié)構(gòu)、提高罩式退火產(chǎn)品質(zhì)量,以及適應(yīng)靈活多變市場(chǎng),鞍鋼集團(tuán)有限公司于2018年在鞍山本部投產(chǎn)一條高強(qiáng)鋼脫脂處理線,年產(chǎn)60萬(wàn)t,能夠處理寬度范圍800~1 550 mm,厚度范圍0.4~3.2 mm,最大屈服強(qiáng)度1 150 MPa的冷軋?jiān)?。鞍鋼集團(tuán)信息產(chǎn)業(yè)有限公司提邁克公司負(fù)責(zé)其自動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、供貨及調(diào)試工作,本文介紹了控制系統(tǒng)的構(gòu)成,并詳細(xì)描述了帶鋼處理線控制、脫脂工藝控制技術(shù)特點(diǎn)及生產(chǎn)應(yīng)用效果。

      1 控制系統(tǒng)構(gòu)成及主要功能

      1.1 概述

      圖1為冷軋高強(qiáng)脫脂處理線工藝流程,產(chǎn)線采用浸沒(méi)噴淋式堿液預(yù)清洗+堿液刷洗+電解清洗+熱水刷洗+熱水/冷凝水漂洗的脫脂工藝。

      圖1 冷軋高強(qiáng)脫脂處理線工藝流程Fig.1 Process Flow for Cold Rolled HSS Degreasing Treatment Line

      脫脂處理線控制系統(tǒng)采用主流分級(jí)層次結(jié)構(gòu),包括L2過(guò)程控制級(jí)、L1基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)、L0現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行級(jí)以及HMI人機(jī)接口和PDA過(guò)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。L2級(jí)主要負(fù)責(zé)數(shù)學(xué)模型、物料跟蹤、PDI初始數(shù)據(jù)輸入、報(bào)表、與L3級(jí)接口等;L1級(jí)主要負(fù)責(zé)機(jī)組主令控制、順序控制、工藝控制;L0級(jí)主要負(fù)責(zé)變頻傳動(dòng)裝置和MCC控制;HMI和PDA系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控、報(bào)警診斷、故障分析等。

      整個(gè)控制系統(tǒng)裝備先進(jìn)可靠,支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議,通信網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)潔、開(kāi)放,具備可擴(kuò)展性和操作維護(hù)便利性,控制設(shè)備間主要通訊方式見(jiàn)表1。

      表1 控制系統(tǒng)主要通訊方式Table 1 Main Communication Mode for Control System

      控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置見(jiàn)圖2,選用西門子S120變頻器、S7-416CPU、ET200M 遠(yuǎn)程 I/O、Dell PowerEdge服務(wù)器等工業(yè)產(chǎn)品,通過(guò)Ethernet和Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)將上述設(shè)備聯(lián)成一體。L2服務(wù)器采用雙網(wǎng)卡配置,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議與L3級(jí)進(jìn)行通訊。

      圖2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置Fig.2 Network Configuration for Control System

      考慮到現(xiàn)場(chǎng)總線連接設(shè)備較多、作業(yè)環(huán)境惡劣以及Profibus規(guī)范中硬件設(shè)備數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)通信距離的限制,現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中采用了Profibus RS485中繼器來(lái)拓展網(wǎng)絡(luò)連接,使通信網(wǎng)段和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加靈活,更重要的是提高了現(xiàn)場(chǎng)總線的穩(wěn)定性,現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行兩年來(lái),通信狀態(tài)穩(wěn)定,滿足了系統(tǒng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和確定性要求。

      1.2 過(guò)程自動(dòng)化級(jí)L2

      過(guò)程自動(dòng)化級(jí)L2由1臺(tái)L2服務(wù)器和2臺(tái)L2客戶機(jī)(與HMI客戶機(jī)共用)組成,其中L2服務(wù)器硬盤具備磁盤陣列冗余功能。過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)建立了生產(chǎn)計(jì)劃L3與基礎(chǔ)自動(dòng)化L1的聯(lián)系,負(fù)責(zé)根據(jù)L3生產(chǎn)計(jì)劃和操作工指令,為L(zhǎng)1計(jì)算生產(chǎn)必須的各種設(shè)定值,例如張力、矯直機(jī)壓下量、電解電流等,并在給L1提供信息的基礎(chǔ)上對(duì)帶鋼進(jìn)行跟蹤,最終將成品卷的生產(chǎn)報(bào)告?zhèn)魉偷絃3計(jì)算機(jī)。其主要功能包括:

      (1)接收、顯示、編輯L3生產(chǎn)計(jì)劃鋼卷原始數(shù)據(jù);

      (2)步進(jìn)梁、開(kāi)卷機(jī)、卷取機(jī)等鋼卷占用位的鋼卷數(shù)據(jù)處理;

      (3)生產(chǎn)線設(shè)定值的計(jì)算,生產(chǎn)線實(shí)際值數(shù)據(jù)生成;

      (4)創(chuàng)建日志與報(bào)表管理;

      (5) 與 L3、L1通訊管理。

      1.3 基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1

      基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1由S7-416CPU、OP操作站I/O、ET遠(yuǎn)程站I/O組成,根據(jù)裝置規(guī)模、控制要求和成熟業(yè)績(jī),設(shè)置1個(gè)CPU框架,其中包含3個(gè)S7-416CPU的控制器結(jié)構(gòu),分別完成全線的順序控制、主令控制和工藝控制,跟蹤和急??刂乒δ芗稍诘谌齻€(gè)CPU中,各CPU負(fù)荷量均在60%以下,這種由入口、中部、出口多框架多重CPU框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化整合為單框架多重CPU控制的方案既節(jié)省了裝配空間,又降低了控制成本。

      在程序設(shè)計(jì)優(yōu)化方面,將原L0級(jí)變頻傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)的工藝控制功能,例如張力控制、卷徑計(jì)算、慣性補(bǔ)償、摩擦補(bǔ)償?shù)?,均通過(guò)上移到L1級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn),L0級(jí)和L1級(jí)控制界面更加清晰,控制方式更加靈活,縮短了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間;另外,PCS7軟件和傳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)塊可以在一個(gè)程序項(xiàng)目下同時(shí)編制PLC和HMI程序,無(wú)需手動(dòng)導(dǎo)入導(dǎo)出或新建相關(guān)接口變量,在提高編程效率的同時(shí),也實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)診斷功能的大幅提升,為今后的智能化改造提供了數(shù)據(jù)支撐?;A(chǔ)自動(dòng)化各CPU主要控制功能見(jiàn)表2。另外,生產(chǎn)線上還設(shè)有多套獨(dú)立控制系統(tǒng),用于單體設(shè)備的控制,獨(dú)立控制系統(tǒng)與生產(chǎn)線基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過(guò)Ethernet或Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接,如焊機(jī)、超濾、電解電源、CPC、EPC和檢測(cè)儀表等。

      表2 基礎(chǔ)自動(dòng)化各CPU主要控制功能Table 2 Main Control Functions of Basic Automation CPUs

      1.4 變頻傳動(dòng)控制

      按照脫脂線工藝控制要求,線傳動(dòng)采用交流變頻調(diào)速,分為380 V和690 V兩個(gè)電壓等級(jí),采用公共直流母線+制動(dòng)單元的控制方案,通過(guò)配置主線路開(kāi)關(guān)、主線路接觸器、熔斷器、整流單元、控制單元、電機(jī)模塊、傳感器模塊、電抗器等電氣元件,完成將固定頻率和電壓的三相進(jìn)線電源轉(zhuǎn)換成可變頻率和電壓的三相交流電輸出,完成電機(jī)的矢量控制功能和閉環(huán)控制功能。

      變頻傳動(dòng)設(shè)計(jì)采用核心部件(S120變頻器)引進(jìn),國(guó)內(nèi)配套組柜的方式進(jìn)行。S120模塊化的設(shè)計(jì)可根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)任務(wù),對(duì)控制模塊、電源模塊、功率模塊以及接口模塊進(jìn)行合理有效的配置。各模塊之間可以通過(guò)專用Drive-Cliq總線通信,靈活構(gòu)建傳動(dòng)通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)可通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定,并進(jìn)行信息交換。該變頻傳動(dòng)控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高、維護(hù)量小、運(yùn)行效率高的特點(diǎn)。

      1.5 HMI和PDA系統(tǒng)

      HMI系統(tǒng)由1臺(tái)HMI服務(wù)器和5臺(tái)HMI客戶機(jī)組成,由于L1和L2共用HMI客戶機(jī),操作工在一臺(tái)HMI客戶機(jī)上既可以操作L1,也可以操作L2,按照生產(chǎn)區(qū)域劃分操作權(quán)限,與工藝相關(guān)的每個(gè)操作均需由操作員確認(rèn)。HMI L1畫面主要包括生產(chǎn)總覽(見(jiàn)圖3)、入口操作、工藝操作、出口操作、趨勢(shì)顯示、報(bào)警診斷、參數(shù)顯示、合閘操作等。HMI L2畫面包括生產(chǎn)計(jì)劃、PDI數(shù)據(jù)管理、能源消耗、班組管理、生產(chǎn)報(bào)表等。

      圖3 生產(chǎn)總覽HMI畫面Fig.3 Production Overview HMI Screen

      PDA系統(tǒng)由1臺(tái)PDA計(jì)算機(jī)、1個(gè)IBA光纖接口板卡和2個(gè)IBA數(shù)據(jù)采集模塊組成,通過(guò)PDA S7request軟件可對(duì)控制系統(tǒng)內(nèi)2 048點(diǎn)的過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視,例如帶鋼速度、張力、堿洗槽溫度等,具備記錄、采集、顯示、分析功能。

      2 主要控制技術(shù)

      2.1 帶鋼速度控制技術(shù)

      作為主令控制CPU的核心功能之一,帶鋼速度控制負(fù)責(zé)生產(chǎn)線帶鋼速度設(shè)定和帶鋼定位相關(guān)計(jì)算,其主要的控制模型為帶鋼速度設(shè)定模型和帶鋼定位控制模型(見(jiàn)圖4),通過(guò)將模型計(jì)算的速度設(shè)定值發(fā)送至傳動(dòng)設(shè)備,驅(qū)動(dòng)電機(jī),從而實(shí)現(xiàn)各區(qū)段內(nèi)帶鋼的傳輸。帶鋼速度控制是實(shí)現(xiàn)張力控制、活套控制、負(fù)荷平衡控制等工藝控制的基礎(chǔ),控制要求在帶鋼恒速及加減速運(yùn)行的全過(guò)程中,各區(qū)段內(nèi)的傳動(dòng)設(shè)備均以工藝要求的線速度以高精度協(xié)同運(yùn)行;在帶頭、帶尾、焊縫需要定位以完成某項(xiàng)功能時(shí),使帶鋼精確到達(dá)預(yù)定位置;同時(shí),為了避免加減速時(shí)由于不同設(shè)備的響應(yīng)造成的張力突變,需在加減速度階段的開(kāi)始和結(jié)束處進(jìn)行光滑過(guò)渡,以實(shí)現(xiàn)帶鋼的平穩(wěn)運(yùn)行。

      (1) 帶鋼速度設(shè)定模型

      上承操作模式選擇,下接電機(jī)速度設(shè)定。操作模式選擇既包含來(lái)自操作臺(tái)的運(yùn)行操作指令,也包含帶鋼跟蹤、帶鋼定位(如圖4)、機(jī)組運(yùn)行條件、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等綜合指令,帶鋼速度設(shè)定模型采用加速度內(nèi)環(huán)-速度外環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu),將上述指令與速度和加速度選擇相結(jié)合,產(chǎn)生帶有S曲線效應(yīng)的速度設(shè)定曲線,最終將速度設(shè)定發(fā)送給傳動(dòng)設(shè)備。

      圖4 帶鋼速度設(shè)定模型和帶鋼定位控制模型Fig.4 Strip Speed Setup Model and Strip Positioning Control Model

      (2) 帶鋼定位控制模型

      作為區(qū)段操作模式選擇之一,帶鋼定位控制模型下接帶鋼速度設(shè)定模型,即定位控制過(guò)程是速度控制過(guò)程的向上延伸,也就是說(shuō)定位控制過(guò)程最終是對(duì)加加速度、加速度及速度進(jìn)行持續(xù)調(diào)整的過(guò)程??傮w上,帶鋼定位控制模型是一個(gè)帶鋼速度設(shè)定模型內(nèi)環(huán)—路徑控制外環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。

      脫脂處理線在入口焊接完成后,整條生產(chǎn)線為一個(gè)速度控制區(qū)段,其中2張力輥的2輥為速度主令輥,采用速度控制,為整條生產(chǎn)線的速度基準(zhǔn),1張力輥的1-2輥和2張力輥的1輥采用負(fù)荷平衡控制,1和2張力輥?zhàn)鳛橐粋€(gè)整體同時(shí)出力,帶動(dòng)整條生產(chǎn)線運(yùn)行;夾送輥、沉沒(méi)輥、刷輥等為帶Droop軟化功能的速度控制,避免電機(jī)過(guò)負(fù)荷和帶鋼表面劃傷;開(kāi)卷機(jī)、3張力輥、4張力輥、卷取機(jī)為張力控制。

      機(jī)組點(diǎn)動(dòng)、穿帶速度為30 m/min,聯(lián)動(dòng)最高速度為400 m/min,為了減弱高強(qiáng)帶鋼對(duì)電機(jī)和齒輪箱沖擊,正常加(減)速度略低于普板脫脂線,為0.5 m/s,并設(shè)有升速、保持、減速、穿帶速度、快速停車、緊急停車操作。同時(shí),為了保證生產(chǎn)節(jié)奏,全線除了上下卷為半自動(dòng)操作(人工確認(rèn))外,其余操作均為全自動(dòng)運(yùn)行,包括自動(dòng)穿帶甩尾、自動(dòng)焊接挖邊、自動(dòng)剪切、張力自動(dòng)設(shè)定、機(jī)組自動(dòng)減速等。

      實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明,開(kāi)卷機(jī)-卷取機(jī)成組傳動(dòng)的速度控制精度與單體傳動(dòng)的速度控制精度相同,達(dá)到了±0.1%;區(qū)段帶鋼定位精度達(dá)到了±50 mm,滿足工藝控制的要求。

      2.2 帶鋼張力控制技術(shù)

      作為主令控制CPU的核心功能之一,帶鋼張力控制負(fù)責(zé)生產(chǎn)線各張力區(qū)張力調(diào)節(jié)變量的計(jì)算,分為基于轉(zhuǎn)矩的張力控制模型(見(jiàn)圖5)和基于速度的張力控制模型(見(jiàn)圖6)。將計(jì)算的轉(zhuǎn)矩或速度調(diào)節(jié)變量發(fā)送給傳動(dòng)設(shè)備,與傳動(dòng)控制一起實(shí)現(xiàn)帶鋼張力控制。穩(wěn)定的張力控制具有防止帶鋼跑偏、緩解帶鋼振動(dòng)以及改善帶鋼板形的作用。

      圖5 基于轉(zhuǎn)矩的張力控制模型Fig.5 Strip Tension Control Model Based on Torque

      圖6 基于速度的張力控制模型Fig.6 Strip Tension Control Model Based on Speed

      (1)基于轉(zhuǎn)矩的張力控制模型

      由張力斜坡發(fā)生器、張力濾波器、張力控制器、附加速度設(shè)定等環(huán)節(jié)組成。附加速度設(shè)定功能使速度設(shè)定總是大于或總是小于帶鋼實(shí)際線速度,從而使速度控制器始終處于飽和輸出狀態(tài),傳動(dòng)控制輸出轉(zhuǎn)矩被限定在限幅值上,限幅值為經(jīng)過(guò)慣性補(bǔ)償和摩擦補(bǔ)償后的張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定。典型應(yīng)用場(chǎng)合包括開(kāi)卷機(jī)、卷取機(jī)、張力輥等。

      (2)基于速度的張力控制模型

      該模型控制環(huán)節(jié)與基于轉(zhuǎn)矩的張力控制模型基本相同,不同之處在于控制方式,當(dāng)采用基于速度的張力控制模型時(shí),速度控制器始終處于未飽和狀態(tài),時(shí)時(shí)根據(jù)張力控制器的輸出動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié);而作為本張力區(qū)與臨近張力區(qū)的張力設(shè)定之差的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)變量,則在附加慣性轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩后,直接疊加到速度控制器之后,預(yù)控帶鋼張力,以提高在張力轉(zhuǎn)換時(shí)的響應(yīng)特性。與基于轉(zhuǎn)矩的張力控制的張力調(diào)節(jié)模式相比,基于速度的張力控制模型具有消除臨近張力區(qū)張力波動(dòng)影響效率更高、張力轉(zhuǎn)換響應(yīng)更好的特點(diǎn)??蓱?yīng)用在張力控制精度要求高的場(chǎng)合,例如活套、立式爐。

      按照?qǐng)D1的脫脂處理線的工藝流程,整條生產(chǎn)線分為入口段、工藝段和出口段3個(gè)張力區(qū),開(kāi)卷機(jī)采用基于轉(zhuǎn)矩的張力控制,負(fù)責(zé)開(kāi)卷機(jī)至1張力輥(入口段)的張力穩(wěn)定;3和4張力輥?zhàn)鳛橐粋€(gè)整體,采用基于速度的張力控制,負(fù)責(zé)工藝段的張力穩(wěn)定;卷取機(jī)采用基于轉(zhuǎn)矩的張力控制,負(fù)責(zé)4張力輥至卷取機(jī)(出口段)的張力穩(wěn)定。考慮到產(chǎn)線可同時(shí)生產(chǎn)高強(qiáng)、非高強(qiáng)產(chǎn)品的需要,引入張力控制器補(bǔ)償系數(shù),系數(shù)大小隨帶鋼屈服強(qiáng)度的增加而增加,分段線性,以提高張力控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

      結(jié)合鞍鋼冷軋1、2脫脂處理線(分別于2004和2007年引進(jìn)日本新日鐵技術(shù))的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),生產(chǎn)硬質(zhì)帶鋼時(shí),偶爾出現(xiàn)脫脂槽沉沒(méi)輥劃傷帶鋼缺陷,原因?yàn)槌翛](méi)輥與帶鋼未緊密接觸,造成輥面局部磨損,繼而污染帶鋼,而高強(qiáng)脫脂線處理的帶鋼屈服強(qiáng)度更高,出現(xiàn)帶鋼表面劃傷的概率更大。為了保證本高強(qiáng)脫脂線在各區(qū)段的張力穩(wěn)定且運(yùn)行可靠,分別在工藝段前后,各設(shè)置了2組張力輥和1臺(tái)張力計(jì),1和2張力輥負(fù)責(zé)機(jī)組速度主令控制,3和4張力輥負(fù)責(zé)工藝段張力控制,雖然張力反饋取自工藝段出口張力計(jì),但是由于工藝段入口張力計(jì)監(jiān)視功能的投入,使得可以實(shí)時(shí)監(jiān)控工藝段全段的張力情況,及時(shí)調(diào)整、修正張力設(shè)定,從而保證了張力控制的穩(wěn)定。

      實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明,開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)穩(wěn)態(tài)張力控制精度達(dá)到±1.0%,工藝段穩(wěn)態(tài)張力控制精度達(dá)到±1.0%,生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)均已達(dá)到保證值,有效避免了帶鋼與電極搭接,保證了脫脂清洗的效果。

      2.3 脫脂工藝控制技術(shù)

      作為工藝控制CPU核心功能,脫脂工藝段操作HMI畫面如圖7所示,工藝段由帶鋼直接通過(guò)的在線工作槽、離線工作的循環(huán)系統(tǒng)和工藝段輔助系統(tǒng)組成。工作槽通過(guò)堿液預(yù)清洗、堿液刷洗、電解清洗、熱水刷洗、熱水/冷凝水漂洗等手段對(duì)帶鋼上下表面進(jìn)行清洗;循環(huán)系統(tǒng)則持續(xù)為工作槽提供滿足要求的清洗液(堿液或熱水);工藝段輔助系統(tǒng)包括烘干機(jī)、廢氣排出系統(tǒng)、堿液配置系統(tǒng)等。帶鋼脫脂工藝控制負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)上述工藝控制過(guò)程。

      圖7 脫脂工藝段操作HMI畫面Fig.7 Operation HMI Screen for Degreasing Process Section

      (1)循環(huán)系統(tǒng)控制

      循環(huán)泵通過(guò)熱交換機(jī)將堿液傳遞到清洗頂部或再循環(huán)回到循環(huán)箱。循環(huán)系統(tǒng)主要包括液位控制、壓力控制、電導(dǎo)率控制和溫度控制。液位控制和壓力控制用于泵的許可運(yùn)行和泵的保護(hù);電導(dǎo)率控制用于堿液濃度監(jiān)控,通過(guò)手動(dòng)排放和自動(dòng)添加,將堿液的濃度控制在最佳清洗范圍內(nèi);溫度控制通過(guò)調(diào)節(jié)熱交換器調(diào)節(jié)閥,控制堿液溫度。滿足工藝要求的堿液將加速皂化反應(yīng)和乳化反應(yīng),實(shí)現(xiàn)化學(xué)脫脂。

      (2) 刷洗控制

      由固定在刷洗機(jī)架體上的4組刷輥交替刷洗帶鋼上下表面,刷輥旋轉(zhuǎn)速度恒定,刷子的旋轉(zhuǎn)方向與帶鋼移動(dòng)方向相反,通過(guò)刷輥傳動(dòng)的電流反應(yīng)刷輥與帶鋼間的接觸壓力,隨著刷輥的磨損,帶鋼上的接觸壓力和刷輥電流會(huì)逐漸減小。為保證機(jī)械清洗效果,刷輥將根據(jù)HMI或L2的設(shè)定的電流負(fù)荷連續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)千斤頂,同時(shí)為保證刷輥控制系統(tǒng)穩(wěn)定,取一定時(shí)間的傳動(dòng)電流平均值作為電流反饋。刷洗控制與堿液逆向噴射結(jié)合,有效清洗帶鋼表面油脂硬殼,實(shí)現(xiàn)機(jī)械脫脂。

      (3)電解清洗控制

      通過(guò)電極的極化作用清洗帶鋼表面,由于清洗效果取決于單位面積的電流和作用時(shí)間,所以電極板的電流設(shè)定值是一個(gè)與帶鋼速度和帶鋼寬度成正比例的函數(shù)。當(dāng)速度為爬行速度時(shí)電流密度恒定;當(dāng)速度大于爬行速度時(shí),電流密度成比例變化;當(dāng)停車時(shí),切斷整流器,避免帶鋼長(zhǎng)時(shí)間電解發(fā)熱而灼傷?;瘜W(xué)脫脂和機(jī)械脫脂只能清除鋼板表面上的油污,藏在凹坑里的污染物只能通過(guò)電解脫脂才能徹底清除。

      高密度電流清洗曾經(jīng)是電解清洗的主流,鞍鋼冷軋1、2脫脂處理線也采用此技術(shù)(兩對(duì)鎳電極,電流密度為150 A/m),但隨著產(chǎn)量的提高,高密度電流清洗的缺點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn),電極板消耗過(guò)快會(huì)增加成本,當(dāng)電解槽內(nèi)反應(yīng)劇烈、電極板間距較小時(shí),如果帶鋼板形較差,易出現(xiàn)帶鋼表面灼傷缺陷,高強(qiáng)帶鋼的板形控制難度大等。為此,本高強(qiáng)脫脂線采用低密度電流清洗,電流密度為25 A/m。同時(shí),為保證清洗效果,安裝4對(duì)電極板,并配有4個(gè)電解整流柜,運(yùn)行成本優(yōu)勢(shì)明顯,清洗效果更好。

      生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明,浸沒(méi)噴淋式堿液預(yù)清洗+堿液刷洗+電解清洗+熱水刷洗+熱水/冷凝水漂洗的脫脂工藝流程能夠有效清除帶鋼雜質(zhì),罩式退火帶鋼表面質(zhì)量顯著提高,脫脂后帶鋼表面反射率均達(dá)到90%以上。

      2.4 帶鋼跟蹤控制技術(shù)

      作為工藝段控制CPU核心功能,帶鋼跟蹤控制負(fù)責(zé)生產(chǎn)線鋼卷跟蹤和焊縫跟蹤,是整條生產(chǎn)線的靈魂,L2下達(dá)的控制參數(shù)由跟蹤系統(tǒng)分解到各個(gè)部分,在最適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)完成正確的設(shè)定,使整條線的生產(chǎn)能夠達(dá)到工藝的要求。帶鋼跟蹤控制主要包括鋼卷跟蹤和焊縫跟蹤。

      (1) 鋼卷跟蹤

      鋼卷跟蹤是生產(chǎn)線對(duì)產(chǎn)品身份的跟蹤,產(chǎn)品身份包含產(chǎn)品的物理規(guī)格、化學(xué)特性以及控制要求。在生產(chǎn)線入口區(qū)域,跟蹤系統(tǒng)通過(guò)控制系統(tǒng)測(cè)量鋼卷外徑和寬度,完成鋼卷核對(duì),檢查鋼卷是否為生產(chǎn)計(jì)劃制定的鋼卷,對(duì)于核對(duì)有問(wèn)題的鋼卷,控制系統(tǒng)拒絕鋼卷上到開(kāi)卷機(jī),并提出警告;在生產(chǎn)線出口,根據(jù)用戶需要或生產(chǎn)需要,對(duì)處理的鋼卷要分成不同規(guī)格的成品鋼卷,跟蹤系統(tǒng)需要對(duì)由母卷產(chǎn)生的不同子卷進(jìn)行跟蹤,再根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃的分卷要求,控制尾部設(shè)備停車切卷;脫脂處理線鋼卷跟蹤設(shè)備包括入口步進(jìn)梁、入口上卷小車、卷取機(jī)、出口卸卷小車、出口步進(jìn)梁等,共計(jì)10個(gè)位置。

      (2) 焊縫跟蹤

      焊縫跟蹤可以完成不同帶鋼在生產(chǎn)線上交接,從而在處理段采取不同的處理策略。由于焊縫位置特殊,針對(duì)焊縫的到達(dá),設(shè)備要采取不同的避讓措施。生產(chǎn)線一般以張力輥劃分跟蹤區(qū),每個(gè)跟蹤區(qū)又劃分若干不同長(zhǎng)度跟蹤子區(qū),跟蹤子區(qū)一般以設(shè)備的交接處或一些檢測(cè)開(kāi)關(guān)位置來(lái)劃分,從而滿足工藝對(duì)焊縫跟蹤的要求。對(duì)于長(zhǎng)距離的跟蹤,特別是在進(jìn)入關(guān)鍵設(shè)備前需要知道焊縫準(zhǔn)確位置,將焊縫檢測(cè)儀的值修正到該位置,保證焊縫跟蹤的準(zhǔn)確。脫脂處理線焊縫跟蹤分為1個(gè)跟蹤區(qū),19個(gè)子跟蹤區(qū)。

      生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明,跟蹤系統(tǒng)計(jì)算的位置與實(shí)際位置的差值在50 m內(nèi)不大于±50 mm,相關(guān)的工藝設(shè)備均按照鋼卷跟蹤設(shè)定值動(dòng)作,保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

      3 應(yīng)用情況

      該控制系統(tǒng)在鞍鋼冷軋高強(qiáng)鋼脫脂處理線已投產(chǎn)近兩年,控制系統(tǒng)穩(wěn)定、帶鋼定位精確、張力控制平穩(wěn),保證了生產(chǎn)線的連續(xù)高效生產(chǎn);操作畫面簡(jiǎn)潔、故障診斷豐富、報(bào)表數(shù)據(jù)完整,有助于帶鋼缺陷溯源和故障點(diǎn)的快速定位??刂葡到y(tǒng)主要性能保證值見(jiàn)表3,相關(guān)處理線技術(shù)已成功應(yīng)用于酸洗、退火、鍍鋅、重卷等鞍鋼冷軋?zhí)幚砭€工程。

      表3 控制系統(tǒng)主要性能保證值Table 3 Main Performance Guarantee Values for Control System

      4 結(jié)論

      鞍鋼冷軋高強(qiáng)鋼脫脂處理線能夠處理最大屈服強(qiáng)度為1 150 MPa的冷軋?jiān)?,高?qiáng)原料對(duì)工藝設(shè)備、機(jī)電設(shè)備和控制系統(tǒng)都提出了更高的要求。本文從工程項(xiàng)目角度,提出了若干帶鋼處理線控制系統(tǒng)的改進(jìn)方案和適應(yīng)冷軋高強(qiáng)鋼脫脂線生產(chǎn)的控制方法,對(duì)冷軋類似產(chǎn)線的電控設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義,具體如下:

      (1)網(wǎng)絡(luò)配置:對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備較多、作業(yè)環(huán)境惡劣工況,采用Profibus RS485中繼器來(lái)拓展網(wǎng)絡(luò)連接,使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加靈活,且提高了現(xiàn)場(chǎng)總線的穩(wěn)定性。

      (2)基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1:采用單框架多重CPU控制方案,傳動(dòng)工藝控制功能均上移至基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1,應(yīng)用PCS7軟件和標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)塊,能夠提高編程效率,降本增效。

      (3)帶鋼速度控制:高強(qiáng)鋼和非高強(qiáng)鋼的生產(chǎn),可以采用不同的加(減)速度,其中高強(qiáng)鋼的略低,以減弱高強(qiáng)鋼帶對(duì)電機(jī)和齒輪箱的沖擊,從而提高其使用壽命。

      (4)帶鋼張力控制:引入張力控制器補(bǔ)償系數(shù),系數(shù)大小隨帶鋼屈服強(qiáng)度的增加而增加,分段線性提高了張力控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能;另外,工藝段前后均需設(shè)置張力計(jì),1臺(tái)張力計(jì)用于張力控制,另一臺(tái)用于張力監(jiān)視,減少帶鋼表面劃傷缺陷。

      (5)脫脂工藝控制:采用低密度電解電流清洗,電解槽內(nèi)反應(yīng)減弱,電極板間距增大,減少了帶鋼表面電極灼燒缺陷,且降低了電極板的消耗。

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