180棒材生产线精整区自动控制系统改造

张浩

宝武杰富意特殊钢有限公司  广东省  韶关市  512000

摘要：本文主要针对180棒材的生产线的精加工设备存在的问题，提出一种改进的自动化控制系统，本方案既能降低工人操作失误，又能保障人员和设备的安全，同时还能有效地提高工作效率。

关键词：180棒材生产线；精整区；自动控制

引言

钢铁工业是我国国民经济的重要支柱产业，而钢筋又是建筑业不可缺少的重要原料，随着建筑业的发展，钢材的需求量也在快速增加，传统的钢筋生产线已不能满足日益增加的需求。采用全自动化的棒料生产线，能够使生产效率得到极大的提升，从原来的几米/秒的加工速度提升到40多米/秒。此外，自动化控制也使人员和设备的安全得到很大的改善。目前，全自动生产已成为棒材生产线的一个重要组成部分，而自动化控制技术则是整条生产线的关键所在。

1精整设备存在的主要问题

180棒材生产线的精加工设备主要包括：上料、冷床、冷剪、三组检验台、下料以及包装等系统。精加工设备的电气控制很简单，各工序的电气控制不能互相联系，不能实现自动控制，而且故障率高，严重地影响生产的正常生产。180棒材机组是根据当前的轧制需求，与国内同类轧机进行比较的，其主要问题如下：

第一，上卸钢结构落后，电动机牵引装置失效频发，技术事故多，严重影响生产指标。第二，冷床对钢的加工能力不强、电动机控制简单、制动器性能差、事故频发、弯头现象多，造成成材率、定尺率等经济技术指标落后于国外同行。第三，检查台收集结构落后，轧辊道堆钢频繁出现，对生产速度造成很大的影响。第四，裁剪机容量严重不足、电器及控制系统陈旧、故障率高、维修保养难度大。第五，采集包装质量不佳、劳动强度大。

2 棒材自动化控制的整体布局

180棒材生产线可划分为加热炉区、轧线区和精加工区3个相对独立的控制区。这3个分区分别用3台性能好、稳定性好的PLC进行控制，三者之间的通讯用可靠的通讯方法和协议实现。由于各个地区点位多，各个地区均采用现场总线通讯，以 PLC为主要站点，以现场总线与现场分散 IO通讯，既可以确保线路的可靠，又可以减少因线路连接造成的故障。每台主机HMI均采用工业以太网通讯方式，将所有PLC的监测和运行统一起来，以此实现对棒材生产线的全自动化控制。

3 蓄热式加热炉控制

3.1 换向器控制

在加热炉的控制中，换向器的控制是关键，PLC采用自动换向器，以确保加热炉的均匀燃烧。在换向过程中，控制系统切断加热炉一侧的吹气关闭阀门，并在几秒钟后（这个时间可以设置）打开。同时，在加热炉的另一端，关掉排出的空气截止阀，并在几秒钟后，将其打开，利用上述的控制方法，可以对加热炉进行换向。

3.2 炉膛温度、压力控制

高温炉的温度是由燃气调节阀和吹风阀的开关度决定的，烟气排出阀的开度决定锅炉内的压力。炉膛压力以及温度等控制可设定为人工控制或者是自动控制，采用自动控制技术，可以根据温度和压力值自动调整调节阀，并对其进行适当的关键参数设置，使其能够顺利地实现自动控制。

4 主轧线控制

主轧制生产线的主要功能是将加热炉内的坯料送入设备内进行连续轧制，经过粗轧、中轧、精轧，再加工成带螺纹的钢筋，在采用倍尺型飞剪进行剪切后，随轧制线的运动惯性，将其送入精加工区。

4.1 速度级联控制

在棒材连续轧生产中，为保证轧制质量，需要保证轧制中的最终机架的加工速度，并将其速度作为整条生产线的基准转速。上游车架的转速，是按照每秒金属流速相等的原则，然后自动地按一定比例设置。在轧制时，对其上游车架的转速进行逐级升降调节，达到级联控制的目的，在棒材线上，采用速度级联控制是实现自动控制的基础。

4.2 活套闭环控制

在棒材生产中，为防止抛、拉、堆钢等各种因素的影响，需要在中轧区和精轧区的两个相邻的机架之间，设有一个活套装置，同时有一个活套扫描装置，用以探测活套的起套高度。在连轧机的自动化控制中，活套闭环控制是以活套高度作为控制对象，在超出一定范围时，采用级联的方法，逐步地将上游车架的转速降下来，因此，采用活套闭环技术，可以实现对180号钢的张力的控制。

4.3 起落套控制

卷筒的起落时间对180号钢的正常使用有很大的影响，若脱壳过早，坯料不能进入下游框架，则会发生抛钢，导致堆钢堵塞；若过早地起套，则会加大拉钢的危险。在钢坯接近完成时，需要进行脱模，过早落下会提高拉钢的危险，如果落下太迟则会造成脱钢，从而影响生产。在上游车架咬入的瞬间，PLC在发现负载电流时，就会自动起动，从而使轧制生产线上的有序过钢，使其功能最大化。

4.4 冲击补偿控制

轧机在初进钢坯时，设备系统会承受较大载荷的冲击，使其速度下降。这种速度下降会在短期内使两个机架之间的金属流量相等，造成更大的活套高度，甚至造成堆钢事故。若在空载条件下，对轧机转速进行额外的补偿量，待轧机咬钢后，可取消补偿量，从而极大地减少对轧件的冲击作用，从而保证整体的稳定。

4.5 飞剪控制

轧线控制中最困难的就是飞剪机的位置和速度，当轧线高速通过时，剪刀的剪裁需要在要求范围内快速进行；当剪切结束后，剪刀以最小的振幅返回到最初的角度，进入等待剪切状态。PLC控制系统以网络通讯的形式对飞剪进行控制，并将飞剪的运行情况通过通讯反馈到 PLC。

4.6 保护联锁

轧线部位采用多种联动保护措施，以保证装置的安全，为防止磨机减速箱因润滑不足而烧毁，在各减速箱进油管上加装润滑油流量开关，当流速小于规定时，该轧机将会立刻停止工作。此外，轧机的电动机温度也作一套联动控制，当轴承温度或线圈温度过高时，为保证主电动机的安全，将全部机组停止工作。

5 精整区控制

5.1 棒材长度测量控制

在定尺、剪切以及打捆等过程中，需要对棒料的长度进行测量。棒料长度的测量，要求在测点处设置光栅，在导轨行进通过光栅时，系统会将其转动角记录下来。通过对滚筒的转动角和滚道直径的计算，得到棒料的推进距离。采用这种方式记录长度，实现单方向无中断的长度测量，刚好满足生产过程的需要。

5.2 摆剪控制

摆剪是一种定尺剪，可以把一定数量的板条从冷床上剪成预定的长度。由于棒料在剪切时是不断向前的，所以在剪切时需要考虑到不会对正在推进的棒料造成影响。摆剪是用摇摆的方法，使剪子在磁辊上摆动，使其直线速度等于磁辊上的杆的运动速度，当摆动达到顶点时，剪刃就会完全关闭，从而完成一次剪裁。剪切完成后，剪刀在持续转动的情况下逐渐收缩，摆臂位置也恢复到零状态，进入等待剪切状态。

结束语

为适应生产的要求，需要采用更先进的自动化技术，对180号钢筋机的精加工进行自动化控制，从而保证整个生产线的工作性能、工作稳定性以及成材率，从而降低维护成本，并提高企业的收益。

参考文献

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