高速线材生产过程自动控制

成品线材经夹送辊和吐丝机，散卷在辊式延迟型斯泰尔摩输送机上二次冷 却，然后集卷经积放悬挂式运输线、压紧打捆、称重、卸卷入库。
图 7－1 某钢铁有限公司工艺流程框图
7.2 高速线材轧机的自动控制系统
为实现对现代化高速线材轧机生产工艺的各种控制功能，需采用计算机系统 进行自动化控制。用于高速线材生产的自动控制系统应具备以下功能： 1) 人－机通讯系统：操作人员通过计算机操作站可以和轧机控制系统进行对话， 能够灵活地进行轧机排列选择、各种参数设定、过程显示和过程监视等； 2) 速度设定：轧机主辅调速电机的速度既可以单独手动设定，也可以通过程序 进行行动设定。通常，每个产品规格对应一个轧制程序，每架被选择轧机的一些 参数（如：传动速比、延伸系数、产品尺寸、轧件平均高度、辊缝值、终轧速度 等）事先编制在程序中，自动设定时，只需重新设定每架轧机更换后的轧辊辊环 直径，由计算机按照秒流量相等原则设定每架轧机速度。设定的速度可以用手动 设定装置进行修正； 3) 微张力控制：在粗轧机组和中轧机组各轧机之间，采用轧件微张力控制保证 连轧关系和轧件断面尺寸。通常，采用主传动电机电枢电流比较法进行微张力控 制轧制，当轧件进入下一架轧机之前，轧机相当于无张力轧制（忽略后张力的影 响），控制系统检测和记忆此时的电枢电流；并在轧件进入下一架轧机之后，再 测量控制轧机传动电机的电枢电流，与无张力时的电机电流值进行比较，其差值 实际上反映了轧件拉力和推力对传动电机的作用。通过调节上游轧机主传动电机 速度，直到电流差值达到允许范围为止。通常，轧件中的张力控制在 5N/mm2 以 下； 4) 自动活套控制：为了保证产品尺寸精度，在中轧机组与预精轧机组之间、预 精轧机组与精轧机组之间以及预精轧机各机架之间设有水平活套或垂直活套，通 过控制活套高度来实现无张力轧制。每个活套处设一个活套高度检测器，用于检 测实际的活套高度，并与活套高度设定值进行比较，当实际活套高度大于设定值 时，上游（或下游）轧机全部降速（或升速）；当实际活套高度小于设定值时， 上游各轧机升速（或减速），直到活套高度回到设定范围内为止。为了防止轧件 甩尾产生事故，轧件尾部到达活套之前时，活套前轧机降速，使活套高度降低； 5) 速度级控制：在轧制过程中，当控制系统（如微张力控制、活套控制、手动 机架间控制等）发出某一架轧机调速信号时，为了保证全轧线连轧关系，调速机 架前（或后）轧机也必须按原有的速度比例关系随调整速度的轧机一起升速或降
速。速度级联控制就是根据系统发出的调速信号完成这种速度控制的，其按照级 联流程方向逐架调整轧机速度。轧机速度控制有逆调和顺调之分，以某一轧机主 电机速度为基准，调节上游各架轧机速度，这种控制为逆调；顺调则以某一架轧 机速度为基准，调节下游各架轧机的速度。由于顺调时经常要改变精轧机组、夹 送辊和吐丝机等高速运转的设备速度，这对速度控制不利，而以精轧机为基准的 逆调可使高速设备基本上以比较恒定的速度运行，有利于吐丝速度控制，可形成 均匀一致的线圈。因此，单线轧制时，通常采用逆调，对于双线或多线轧制，通 常以中轧机最后一架轧机的速度为基准，粗、中轧机速度采用逆调，预精轧和精 轧机速度采用顺调； 6) 手动机架间控制：根据生产实际情况，操作人员可进行手动速度修正，消除 万一出现的堆、拉钢事故； 7) 低速运行：在试生产期间或排除故障时，各轧机可以以正常设定轧制速度为 10%的速度运行； 8) 点动爬行：各轧机可以单独手动操作，使轧机以电机基速的 10%的“点动速 度”向前或向后运行，以便于事故处理和设备检修。精轧机组一般只考虑反转点 动； 9) 轧机起/停控制：当轧线生产所需的冷却水系统、压缩空气系统、润滑和液压 系统均已起动，并运转正常时，各架轧机可在主控台起动，即在无负荷状态下加 速到设定速度。各轧机可单独起到和制动，也可成组起动和制动（按粗、中、预 精轧和精轧各组）； 10) 粗、中轧机准确停车控制，为了便于轧辊更换操作，要求轧机每次停车后， 轧机的传动万向接手扁头停在垂直位置。为此，在万向拉轴圆周上的给定点装设 一个接近开关，每当轧机停车时，先由正常速度制动至以基速的 10% (或更低) 的 速度运行，然后在接近开关控制下，轧机制动，使轧机的万向接轴扁头停在垂直 位置。这样，更换轧时，由于新轧辊事先在轧辊间装配时已经使轧辊扁头处于垂 直位置，新轧辊放置在换辊小车或机架上后，通过机架移动可使轧辊扁头正好套 入接轴套筒内，从而缩短换辊时间； 11) 轧件跟踪和事故处理。通过布置在轧线上的热金属检测器、活套高度检测器 以及轧机咬钢和抛钢时的电机负荷突变来检测轧件的头、尾位置、轧制中如果按
7.3.2 COROS LS-B 人机接口计算机操作监控系统 COROS 人机接口监控操作系统，主要包括三台计算机。其主要功能如下： 1) 能贮存 250 个轧制程序，200 个冷却程序。主控台操作员可根据所要轧的钢 种和规格。可分别调用不同轧制程序和冷却程序，键入相应可变工艺参数如辊径 等。就可立即投入使用。系统可自动检测操作员设定的数据及所编轧制程序的准 确性; 2) 操作员可根据需要，调用多组不同画面。如初中轧轧制画面、活套画面、小 张力画面、主传动电机电流画面、水箱控制、飞剪画面、轧辊辊径、设定速度修 改画面。三台计算机画面彼此可任意切换并且互为备用; 3) 故障报警信息显示和存贮。方便操作人员及时掌握设备运行动态数据情况和 最新的报警信息; 4) 交直流主付传动柜进线开关、润滑、液压站泵的启动与停止，均可通过画面 自由控制，操作控制方便灵活。
7.3.5 全数字直流传动调速控制装置 西门子公司 6RA24 ATIC S5-155U 可编程序控制器属于多外理器控制器，适用于中等及高 性能的控制任务。它们为所有控制任务提供简单、经济的解决手段。标准化的硬 件、模块化的设计和高性能的编程器有机结合，使得整个系统具备众多良好的性 能。 1) 简单的安装和方便的连接，用户使用非常容易;
2) 可使用不同电压等级的输入输出模板，并且存贮器具备内存模块化和扩展化 功能，系统适应性较强; 3) 智能输出模板完成专业特定复杂任务。减轻中央处理器的负担，同时节约编 程人员大量开发时间; 4) 同一框架最多可用４个中央处理器（CPU）复杂的自动化任务可被分解为可管 理的几个部分。每个处理器独立于其它处理器执行自己的程序，相互间可及时交 换数据，从而有效提高了 PLC 整体处理速度; 5) 编程语言采用 STEP5 语言，包括控制系统流程图(CSF)、梯形图(LAD)语句表 STL)和更高的层次的 GRAPH5 适合不同爱好风格的编程人员随意使用。
7.3 高线轧机自动化控制系统
某高速线材自动化控制系统主要包括：COROS 人机接口计算机监控系统， SIMATIC S5-155U PLC 系统, 全数字交直流传动调速系统。
7.3.1 SIMATIC S5-155U PLC
SIMATIC S5-155U PLC 为德国西门子公司 PLC 系列产品之一。CPU 选用较为 先进的 948，运算速度较快，适合大型钢厂自动化控制所需。
高线也得到了同样的应用。不同区域内现场输入/输出信号分别就近连接到现场 网络各个站点上，网络站点通过接口模块和通讯电缆直接同主控室内主 PLC 控制 器相连，从而构成整个分布式控制系统。
分布式控制系统可分为以下三个部分： 1) SINEC L2-DP 现场总线。每条网络线可最多连接 64 个节点，对不同传输速率 规定最大的电缆允许长度； 2) 总线连接器； 3) 中继器，包括网络放大器、转换器等。
7.3.3 SINEC H1 网络 PLC 之间数据通讯及 PLC 同上位 COROS 计算机之间的数据通讯，则通过 SNEC H1 网络实现。H1 网络属于工业以太网结构，同轴电缆传输方式，传输速率为 10Mbit/S。
7.3.4 ET200 分布式输入输出系统 为节约控制电缆费用，现代控制系统中普遍采用现场网络总线系统，在润忠
正常速度轧件头部在预定时间内没有到达预定地点，表明已出现卡钢事故，则立 即发生事故报警信号。轧线上还没有一些检测事故的热金属检测器和开关。在控 制系统发出事故报警信号后，事故区上游轧线上的事故卡断剪、飞剪和碎断剪等 自动动作，进行事故处理； 12) 飞剪剪切控制。完成各种飞剪的自动切头、切尾和事故剪切控制以及各种参 数的设定（包括剪切速度、速度超前量、切头和切尾长度等）。飞剪既可手动操 作，也可自动控制，在自动过程中，操作人员可根据实际生产情况，随时进行手 动操作。为了防止轧件弯曲，切头时剪刃与轧件接触后的剪切速度的水平分速度 必须秒微稍大于轧件速度；切尾时剪切速度比轧件速度低 0~3% 。为了保证剪切 精度，起/停式控制的飞剪必须有剪刃定位装置, 使剪刃在每次剪切后自动回复 到起动位置； 13) 其它控制。完成步进式加热炉、控制冷却线和盘卷处理线程序控制、辅助设 备控制、润滑和液压系统联锁和顺序控制以及故障记录和报警等。还应适应优化 控制和自诊断功能，以便使控制参数不断被修改，达到最佳化； 14) 生产报告。包括道次报告、班报告、事故延误报告等。
7 高速线材生产过程自动控制
7.1 高速线材生产线简介
以下以沙钢润忠生产线介绍生产工艺流程。 新型摩根轧机采用全线无扭单线连续轧制，高架式布置，设计速度 132m/s, 最 小辊径时保证速度 105m/s, 最大轧制速度 120m/s, 最多轧制 26 道次。坯料尺寸 140mm×140mm×16000mm，成品线材φ5.5~20mm, 螺纹钢盘条φ6~16mm, 最大盘 重达 2.4t，设计年产量 63 万吨，生产钢种有碳结、优质碳结、低合金、弹簧、 焊条和冷镦钢。目前硬线生产占有较大的比例。 连铸坯从连铸机收集台架经辊道和提升装置输送至高架平台，再经装炉辊道 由侧面装入步进式加热炉，完成热装过程。沿线设热坯缓冲台架、冷坯上料台架 （也可冷装）和钢坯称重装置。 钢坯从炉内出炉辊道侧向出料，由拉钢机夹送喂入第一架粗轧机，机前设拉 断剪和高压水除鳞装置。高压水压力 20MPa, 钢坯边轧边除鳞。拉断剪在事故时 卡断钢坯，余段送回炉内保温。 粗、中轧机各 6 架，平立布置，立式轧机采用上传动，1-3 机架为 550 轧机， 4-6 机架为 450 轧机，7-12 机架为 400 轧机, 均匀双支点两辊机, 单独传动。闭 口式钢坯切割牌坊，焊接机架、液压轧辊平衡，液压马达空载压下调整，液压横 移整机座或辊系更换孔型或轧辊。 6 机架后设 1 号起停式曲柄回转飞剪，切头尾和切废，最大剪切断面 3121mm2。 12 机架后设 2 号起停式回转飞剪, 两对刀刃, 切头与切废, 剪切断面 894mm2。 从中轧 10 机架开始到精轧机组 17 机架前均设活套，预精轧机和精轧机组前 为侧活套，其余为立活套，以实现无张力轧制，确保进精轧机的轧件精度。 悬臂式 285mm 预精轧机组共四架, 平立布置, 立式轧机采用下传动, 辊箱与 伞齿轮减速箱合成一体, 提高了主电机标高；带偏心调正的两根轧辊轴装在可单 独装拆的抽屉式小辊箱内, 检修时便于快速更换。预精轧机组前设卡断剪。 轧件出预精轧机组，经 3 号飞剪、侧活套入精轧机组。3 号起停式回转型切 头分段剪, 两组刃, 切头尾和分段, 分段后经碎断剪碎断, 剪切断面 484mm2。精