酸轧机组主速控制系统分析与研究

唐山钢铁集团微尔自动化有限公司 黄彩虹

酸轧机组主速控制系统分析与研究

唐山钢铁集团微尔自动化有限公司 黄彩虹

以某1700mm酸轧机组建设项目为背景，在查阅了国内外大量相关文献的基础上，通过对酸轧机组的主要设备参数、生产工艺流程、仪表配置的了解，选择了Siemens软件平台，确定了整个自动控制系统的硬件配置、网络组态并进行程序编写。在现场实践过程中，主要研究了酸轧机组中的主速度控制系统，其中主速控制系统包括来自二级的预设定值处理、轧机速度控制加减速等主要功能。通过PLC编程实现了各个控制功能的实际应用，对动态变规格进行深入的研究、给出了轧制过程中变规格的改变时间点和参数的表格、得出了动态变规格技术的调节方法、控制模式和计算方法。

速度控制；加减速；二级设定

0 前言

到目前为止，许多大型钢铁企业引进的酸轧联机生产线的主要供应商有日本日立公司、西门子奥钢联公司等。这些公司提供的自动化控制已经囊括了世界上所有掌握冷轧带钢生产核心技术。

本文依托于1700mm酸轧联机工程项目，该机组的产品主要为冷轧产品，整体设计为国际先进水平，轧机采用德国SIEMENS VAI设备。酸轧机组形式为五机架全6辊轧机，每架轧机均具有工作辊正负弯、中间辊正负弯和中间辊串辊的功能。本机组机架的最大轧制力为3500T；轧机入口段的最大速度为400m/min，通过焊缝时的最大轧制速度及飞剪剪切的最大轧制速度均为300m/min，通过检查站的最大在线剪切速度为150m/min，轧机出口最高速度为1350m/ min，卷取速度最高可达1400m/min。

1 工艺描述

酸轧机组工艺设备选用世界先进的供应商SIEMENS VAI公司，轧机段机械设备采用当今世界最先进的UCM型轧机，1～5机架全部为六辊轧机，轧制力液压缸为压下方式，工作辊和中间辊具有正负弯辊能力，中间辊具有横移功能，酸轧机组的轧机具有出色的板形和厚度调控能力，酸轧机组在轧机段安装了共计4台测厚仪、1台激光测速仪、6台张力计等特殊仪表。除此之外，板形控制系统配置有先进的BFI板形测量系统，并采用实时数据采集分析，智能模糊控制等策略，最终达到控制板形精度的目的。

酸轧机组的主要工艺流程：经过酸洗段开卷机开卷、矫直、焊接、酸洗、漂洗、切边后，依次经过入口张力辊、纠偏单元、五机架轧机，在飞剪处剪切焊缝，完成上一卷带钢的轧制；同时，下一卷带钢的头部穿带进入到卷取机的穿带芯轴，开始下卷带钢的轧制。在整个轧制过程中实现了冷轧带钢自动穿带、轧制、甩尾、卸卷的全部过程。

在上述的酸轧机组生产工艺流程中，带钢需要按照来自过程控制计算机（Level 2）设定的速度和张力以及轧制力，完成整条生产线连续稳定地运行。这些来自过程控制计算机（L2）的预设定数据是根据热轧来料的钢种（Coil Grade）、钢卷长度（Coil length）、钢卷宽度(Coil width)等数据通过二级模型计算得出。本机组设备的主要的控制有：酸洗段入口活套、中间段活套、出口活套的位置控制及张力控制、开卷机和卷取机的顺序控制、张力控制和卷径计算、液压辊缝控制、生产线的速度控制、自动厚度控制及自动板形控制等。

2 主速控制的研究与分析

2.1 轧制的速度控制

在酸轧机组的速度控制中，过程控制计算机根据热轧来料钢种、带钢宽度、带钢厚度等给出对应机架的轧制线速度设定以及AGC功能计算出的速度比分配给各机架轧机的线速度，并将各架轧机的线速度转换成轧辊转速发送给主传动。同时，轧机主速控制功能还将发送加减速转矩补偿及摩擦转矩补偿等转矩补偿给主传动。

机架速度控制（SSRH）的速度值主要是通过来自L2的预设定和一些补偿值计算得出的。在本机组中，5#机架为主速机架，速度值不需要补偿。1-4号机架的速度补偿主要是通过操作工手动调节速度、自动辊缝控制AGC补偿、经验值补偿、自动张力控制补偿。这些补偿值将复位动态变规格FGC值。

经验值补偿：例如：AGC补偿4#机架SSRH4的值为1%，在SSRH3的补偿值保证SSRH3和SSRH4之间的速度比不变。SSRH2和SSRH1也是这种补偿方式。

在轧制过程中穿带速度一般设定为50mpm，轧制的最高速度为1400mpm，自动剪切速度为260mpm。

生产线操作室可通过以下按钮对生产线进行速度控制：

保持：生产线上加速减速，这个功能能够保持某个中间速度。

穿带：生产线启动后自动加速到一个由软件设定的预定速度（一般设定为50mpm），如果生产线运行，这个按钮使生产线减速到穿带速度。

加速：生产线加速到一个预定的速度，这个预定速度可由操作员调整到最大速度。断电停车（Power stop）：停车可由通过触发带硬线继电器回路的电源供电来实现。

紧急停车（Emergency stop）：通过关闭带硬线继电器回路的传动命令，以传动中设定的减速来实现停车，然后在一定延时后电机侧的抱闸再打开。

快速停车（Quick stop）：通过PLC中的应用程序以最大减速度实现停车，同时保持每个电机之间的速率。

正常停车（Normal stop）：通过PLC应用软件设定的速度停车，同时保证钢带质量。轧机速度控制的操作的优先顺序：紧急停车＞快速停车＞正常＞穿带＞保持＞

运行，优先权是当2种模式同时选择时哪个模式是首选的判断。例如，在运行期间“停止”被操作时，轧机停车。

2.2 机组速度控制加速和减速的计算

（1）加减速曲线（如图1所示）

在轧机加速和减速期间平稳的改变速度来防止不适当的张力。来自MRH的一个速度参数将在下边的列表中以S-CURVE的形式表示出。S曲线的单位时间大约是0.5秒（由软件定义变量）。

图1 加减速S-曲线

（2）加减速时间

完成加减速所需的时间主要分为三个档次：高（完成加减速需要时间为23.3秒）、中（完成加减速需要时间为需要31.1秒）、低（完成加减速需要时间为需要46.6秒），轧机的加减速计算分别为：1400mpm/23.3sec，1400mpm/31.1sec，1400mpm/46.6sec。轧机段快停的减速度：1400mpm/15.6sec；轧机段快停的紧急减速度：1400mpm/13sec；加减速时间曲线如图3所示。

在整个轧制过程中能够实现自动加速、减速过程，当带钢到达轧机入口时，轧机开始自动减速，减速到剪切速度后，开始在线自动剪切（f l ying shear cut），剪切结束后自动提高轧制速度。

3 结束语

经过一年多的现场运行，以提高轧制产品厚度和板形精度为目标，对冷连轧过程中的主速调节进行了深入研究。优化了一套适用于冷连轧的主速度控制系统，将该控制系统方案和控制策略成功应用于1700mm酸轧联机生产线，主速控制顺利投入使用，现场应用取得了良好的控制效果。

黄彩虹（1982—），河北唐山人，大学本科，现就职于唐山钢铁集团微尔自动化有限公司，主要从事信息自动化系统维护、优化及开发工作。