双机架往复式热轧轧机自动化控制系统研究

摘要：本文着重介绍了1725mm双机架往复式热轧轧机生产线的基本情况、生产工艺、自动化控制系统及功能。

关键词：自动化控制系统 APC MMl

本文所介绍的轧机为美国Tippins公司生产年产热轧轧卷60万t的1725mm双机架往复式炉卷轧机，其工艺参数见表1。该套炉卷轧机采用了厚度自动控制，宽度自动控制，板形控制，轧辊轴向移动控制，层流冷却控制，快速换辊装置，工艺装置，多点除鳞装置及二级计机控制等，属上世纪90年代水平。

1、生产工艺流程

热轧生产线的原料全部为合格的连铸板坯。连铸板坯经连铸辊道上的转盘旋90。后，板坯采用两种装炉方式：直接热装和冷装。若直接热装，则板坯直接运送到步进梁式加热炉的入炉辊道上，板坯在入炉辊道上进行核对号码、称重、测长等，然后由辊道送到入炉位置；若为冷装，则板坯先在连铸辊道转盘后的上料/卸料辊道上由起重运输机吊到板坯库存放，当上料时由起重运输机吊到连铸后的上料/卸料辊道上再送到入炉辊道上。

板坯由推钢机送入步进梁式加热炉，板坯加热炉将板坯加热到出炉温度（max1270RD），由出钢机将板坯从炉中取出放在出炉辊道上。板坯由出炉辊道运向轧机，首先在除鳞辊道处由高压水除鳞装置除支板坯氧化铁皮，然后进入炉卷轧机上进行轧制。

轧制时板坯首先进入轧机入口对中导卫进行对中，接下来在双机架四辊可逆式串列轧机上经过几个道次轧制，使轧件的厚度减小到19mm 和25mm 之间。在这个轧制过程中，在这个轧制过程中，在双机架四辊轧机之间有一套立辊轧机与四辊可逆轧机同时轧制，使轧件形成和保持产品的要求宽度。当轧件厚度由板坯厚度减小到75mm以下或轧制速度已超过了立辊轧机最大的轧制速度320m/min时，立辊轧机将不参与轧制。在轧件的厚度减小到19mm 和25mm 之间，轧件被送到两座卷取炉中的一座进行卷取；反向轧制时，轧件被送入到另一座卷取炉卷取，轧件在两座炉子间进行可逆轧制至成品厚度。每座卷取炉底部有两套炉门系统，可完全关闭以便节能，且可使炉子底下的辊道隔离炉子的热源。双机架四辊可逆轧机间设置了活套装置，避免了轧件在轧制过程中的堆钢和拉钢。当轧件厚度小于15mm时，轧件的两端用2台切头剪分别切去头、尾。切头剪与夹送辊为组合式，位于轧机和卷取炉间。轧件经过轧机轧制到成品厚度后，带钢将通过卷取炉的下面，经输出辊道送至地上卷取机进行卷取。层流冷却系统布置在输出辊道上，用于冷却带钢以控制卷取温度。带钢在地上卷取机完成卷取后，用钢卷小车从卷筒上将钢卷移走。钢卷移到第二个鞍形卷座上进行打捆、称重和标记后，再用钢卷小车移至第一个鞍座上，然后步进梁运输机的活动梁将钢卷取出放到步进梁运输机的固定鞍座上，起重运输机将步进梁运输机上的钢卷吊至钢卷库冷却和存放。冷却后的钢卷由电动平车和起重运输机送到热轧厂的横切机组和联合剪切机组，以及冷轧厂的酸洗机组进行下一步加工。热轧商品钢卷冷却后在仓库存放等侍发货。生产过程控制为完全自动控制，以确保产品质量的要求。

2、自动化控制系统

Tippins过程控制系统（TPC）采用两条网：MILL LAN和Control LAN ，MILL LAN采用TCP/IP协议，而Control LAN采用UDP协议。根据工艺设备特点，1725mm双机架炉卷轧机生产线自动化系统控制范围为：上料辊道、步进梁式加热炉、高压水除鳞、双机架炉卷轧机区、层流冷却装置，地上卷取机、打捆机、称重、标记装置。该系统由基础自动化系统（L1）、过程自动化系统（L2）、传动系统等部分组成。二级计算机系统通过以太网实现过程级与基础自动化级的通迅，设备传动级与基础自动化级通过区域网进行信息交换，再加上多台人机接Iq（MM1）构成完整的、可靠的、先进的自动化控制系统。

2.1基础自动化系统（L1）

基础自动化级主要采用两个区域过程控制器（APC）分别来完成轧机区（SM APC）和地上卷取区（uc APC）设备的逻辑顺序控制、联锁控制、传动设备的闭环控制、张力控制、活套控制、切头/切尾控制、速度同步控制、层流冷却控制、地上卷取控制等任务。APC采用VME总线，操作系统采用Tippins的PSOS，是实时多任务的32位机。可挂1～10个CPU，其中有一个Master管理器，它必须在APC中的第一槽，而VME中的10个CPU是独立工作的，没有主、从关系。在这里PLC仅仅作为l/O 的控制，其它控制程序都在APC内完成。

2.1.1轧机区域APC主要功能

1）负责板坯称重、板坯测量和板坯在加热炉中的定位。

2）负责板坯从加热炉出钢机到带钢在最后轧制道次的甩尾为止整个过程的指导、监视、和控制。其功能包括轧机的初始化轧制设置，轧机设备顺序控制和轧制过程中的液压自动厚度控制。此外，还包括：立轧机的设置和速度控制，液压自动宽度控制、轧机调零，轧机延伸补偿，偏心修正，立轧机调零，立轧机偏心修正，活套控制，设备校正和产品跟踪。

3）向2级计算机的人机界面和报警系统提供所需要的数据。

2.1.2 地上卷取机/层流区域APC主要功能

1）负责带钢头从轧机区域APC的控制出来后，到带钢冷却，分卷，打包及运送到带卷鞍座过程的指导、监视、和控制。其功能包括层流冷却集管的初始化设置，带卷温度控制，带钢张力控制，地上卷取机的助卷辊的跳动控制。此外，还包括：地上卷取机的顺控，带卷打包机的人机界面，带卷车控制和产品跟踪。

2）向2级计算机的人机界面和报警系统提供所需要的数据。

2.1.3 人机接口（MM1）

L1的人机接口（MMI）共有4台，其中加热炉上料区1台、轧机区2台、地上上卷取区1台。都是基于Windows NT环境的PC机，主要功能是向操作员提供各个区域过程监控（动、静画面）及实时操作、故障报警和事件记录。

2.2过程控制自动化系统（L2）

L2由1台数据服务器（Data server）、1台Alpha服务器、2台编程器计算机组成。其中，数据服务器是基于Windows NT的HP服务器，所有处理用的源程序全部都储存在内，所有的数据都要在SQL数据库中定义。主要用于报警管理、历史数据管理、远程数据存取及事件记录查询；Alpha服务器是DEC公司的Compaq服务器，采用开放的VMS操作系统，并配置了双硬盘（1个作为系统硬盘、另1个作为应用硬盘）。主要用于轧件跟踪、提供轧制计划表和轧制表；1台PC编程器完成加热炉最佳化的燃烧自动控制，另1台生成轧制模型，包括压下量计算模型、轧制力矩模型、流变应力模型、宽展模型、轧机变形模型、工作辊热膨胀/磨损模型、层流冷却模型。通过上述模型实现了板形自动控制、卷取机温度自动控制及表面质量自动控制、液压厚度自动控以及工作辊弯辊自动控制。液压厚度自动控制设置有轧辊热膨胀、轧辊磨损、支承辊偏心率、以及带钢头/尾厚度补偿。轧线上设置了必要的X一射线测厚仪、测宽仪、凸度仪、HMD、高温计、lTV等仪表。

2.3传动系统

本轧线轧机主传动采用同步机传动，辅传动采用直流电动机传动。主传动采用晶闸管交交变频调速装置，该装置是带微处理器、自诊断功能的、全数字化的矢量控制变频器。辅传动的直流电机采用全数字化带微处理器自诊断的可控硅整流装置。

3、结束语

1 725mm双机架往复式热轧轧机生产线于2002年9月30日成功投产，从而使昆钢无热轧带材成为历史。投产后一年内达产，即完成了60万t的产量，为昆钢2003年实现250万t钢材产量奠定了基础。目前年产量已达到80万t，主要产品有：Q235、Q195、Q345、ST12及STCC。

参考文献：

[1]Tippins的双机架往复式热轧轧机功能手册

[2]昆钢热轧带钢工程设计资料