自动化技术在钢厂中的应用

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[摘 要]随着轧钢生产向大型化、高速化、精密化、连续化方向发展，轧钢生产对自动化装备的要求更高，自动化系统和自动化装备的水平对最终产品的质量影响也最大，因此，要特别重视自动化技术在钢厂中的应用。本文分析了自动化技术在钢厂中的应用现状，介绍了轧钢的几种自动化技术，并提出了自动化技术在钢厂应用中应注意的问题。

[关键词]自动化技术；钢厂；轧钢

中图分类号：TF758 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0238-01

1 自动化技术在钢厂中的应用现状

轧钢自动化即是自动化理论和技术在轧钢生产中的具体应用。它通过采用反映轧钢过程变化规律的数学模型、自动控制装置、控制器及其控制程序，使各种过程变量保持在所要求的给定值上，并合理地协调全部轧钢过程以实现自动化操作的一种先进技术。

1990s后，信息技术的迅速发展推动了钢铁工业的发展，钢铁生产呈现高精度、连续化、自动化、高效化的发展趋势。在此种趋势下，钢铁生产工艺、生产设备也具有了新的特色，具体如下：（1）钢厂生产中应用的新技术使得生产流程缩短；生成成本降低；节能环保，对环境的适应性强。（2）自动化技术的应用提高了产品的外形尺寸精度和质量；（3）生产技术装备呈现大型化、现代化、连续化趋势。在现代钢铁生产中，以自动化装备为基础的自动化技术改变了传统的人工操作；工艺参数的检测方法和检测仪表不断更新；仿真技术由于能够模拟生产设备调试而在控制系统的培训和新工艺、新控制方法的研究方面发挥了重大作用；人工智能技术在钢厂生产中逐渐应用，应用的方面主要有模糊控制、专家系统和神经元网络在各个工序；无人化工厂大多采用了可视化技术和监控系统。

2 轧制过程自动控制的关键技术

（一）PLC对冷床上钢的控制

某轧钢厂冷床区控制系统的硬件构成资源配置：中央处理单元采用西门子S7-400？CPU414-2（与级联调速系统共用），上卸钢控制柜扩展模块采用IM153-1，开关量输入模块6ES7？321-1BL00-0AA0、开关量输出模块6ES7？322-1BL00-0AA0。变频器采用西门子公司的6SE7027-2ED61交流变频器。中央处理单元、扩展模块与变频器通过网线组成PROFIBUS-DP网。

上钢装置功能是对高速运行的轧件进行摩擦制动，并将其抛入齿条式冷床上。冷床输入变频裙板辊道分为1、2、3三段，通过设定三段辊道不同速度可将倍尺剪剪切的轧件在辊道上拉开。正常生产时控制系统自动控制上钢装置动作。装置初始位在上位，当收到成品倍尺飞剪剪切信号后开始延时，延时时间Tr，当轧件快到裙板辊道时，装置迅速从上位下降到下位接钢，裙板辊道上的轧件不再开始制动，当轧件已经走过需要的距离，待轧件停止以后，裙板立即上升到上位完成抛钢（上升过程也属制动过程），同时准备接下一根轧件。

在成品轧机出来的轧件被冷床前辊道加速，此段辊道带的坡度大概在1。上下，轧件在抬高+865mm后直接被送进冷床输入装置辊道，泠床输入辊道向冷床方向倾斜2 0。，加速的时候把轧件水平倾斜2 0。，从而使轧件进入辊道后能够紧贴着制动裙板加速前进；在轧件尾部到达冷床输入装置辊道入口处的热金属检测器的时候，热金属检测器的信号就会显现：

裙板升降传动装置制动器失电松开，电机起动带动升降裙板的活动部分作下降，上升一个周期运动，第一根轧件挡在了裙板侧的辊道内让其继续沿着裙板在辊道中前进。裙板传动装置减速器完成一圈转动时，传动轴上的接近开关发出信号，（1）制动裙板电机断电停转，制动器断电制动，等待下一个轧件信号；（2）冷床动台离合器电磁阀失电即离合器不工作“离”，气动制动器电磁阀失电即制动器工作“制动”，接到信号后，制动器电磁阀得电，制动器不工作“松开’；离合器得电工作“合”，电机带动减速器转动，与减速器输出轴联接的偏心轮带动动台运动，减速器输出轴转动一圈，动台运动一个周期即将轧件在静齿条上向输出辊道方向移动一一个齿距。在减速器输出轴转动一圈的时候，减速器上的接近开关就会发出信号，离合器电磁阀就会断电，离合器不工作“离’，制动器断电工作“制动”，等待第二个信号的发出。P L C控制能够实现动台传动装置的接近开关发出的信号，动齿条接收到一个轧件信号就会步进一个或二或三个齿距，类似的，动齿条得到第二轧件信号就会步进一个齿距。

动台传动装置的运转可以通过人工操作按钮来控制动台的连续步进。设置一点动按钮在操作台上面，按这个按钮时，动台传动装置就会带动动台实现连续的循环的运转。冷床前输入辊道和冷床输入辊道的电机起动在准备工作时已提前完成。冷床输入辊道集体起动，设置手动启动，停止按钮各一个；即按下冷床前输入辊道及冷床输入装置的段组启动（或停止）按钮，该组辊道电机全部启动（或停止）。

（二）ABB ACS800变频器对轧机的控制

1、系统概述

太钢小锈热轧厂卷板生产线改造工程主要包括炉卷主轧机传动控制系统与辅助传动控制系统（飞剪、左右炉卷、辊道，端卷等）电气控制系统更新。轧制全线的辊道传动控制选用ABB ACS变频器，其中，8台变频器通过Profibus―DP通讯网络，由西门子S7―400，PLC控制，实现可变速驱动，以满足全线联动轧钢的速度匹配。另外8台变频器的启，停、速度给定等控制来自各自控制柜内s7―400PLC的数字量输出。

2、控制原理

在直接传动系统中，电机是通过一个传统的低速连接器直接耦合到轧机传动部分的。传动柜通常是由abb的acs变频器组成的。在变频器的硬件组成和传统的交流异步传动同步的情况下，能够使用风冷和水冷。软件采用的是专用的永磁电机（同步电机的一种）驱动软件。同步电机可以采用编码器的运行方式在轧机上运行。传动部分的控制系统、应用软件和人机界面控制的解决方案和abb在轧机上的一样。所以，直接传动能与剩下的abb传动方案可以同一时间并行。这样acs变频器能够直接升级到新的直接传动系统。电机采用的是永磁同步电机。在这里由于轧钢规格、钢性是固定的，因此只要控制好轧机转速，轧钢的节奏就在掌控之中了。

ABB ACS800具备以下几种控制方式：

1、通过安装在ACS的外壳上或远程操作台上的分立的控制盘（控制盘是用户监视、调整参数和控制ACS运行的界面，防护等级为IP54）进行控制；

2、通过I/O板（NIOC）的模拟量和数字量YO端子口进行控制；

3、通过扩展模块（模拟/数字I/O扩展模块和现场总线适配器模块）对变频器控制：

4、通过PC适配器将PC机与变频器的控制板NAMC连接.进行在线控制ABB ACS可以选择两种外部控制或本地控制方式。本地与外部控制的选择通过控制盘上的“LOC/REM”键完成。

轧机采用变频器调速实现轧机速度控制，稳定性和可靠性高，调节特性好。变频调速使电机运行状况明显改善，维护量大大减少，同时大大减少机械系统的变速机构和控制机构，使系统更加方便操作，设备工作效率更高。

生产线自07年投产以来，轧值速度一直能够控制在生产要求值上，且数值基本无波动。在轧机组态和其他工艺参数计算好的基础上，轧机的调整速度稳定，微张力以及活套控制良好，能够实现规格更换频繁、轧制节奏效率提高的要求。应用了此设备后，钢厂的现年生产能力完全达到且超出了原预想能力。

参考文献

[1] 王玉龙.自动化技术在钢厂中的创新与应用[J].科技创新与应用，2013（28）.

[2] 阚霞，吕定建.钢铁自动化技术的创新与应用[J].科技资讯，2011（1）.