镀锌线控制系统优化以适应新产品研发

摘要：本文基于意大利DANIELI公司在唐山钢铁集团公司冷轧薄板厂建设的3#镀锌线的实际应用，介绍镀锌产品的研发

关键词：系统优化 产品研发

1、 立项背景

唐钢冷轧工程是国家十五重点工程，是唐钢十一五期间发展的核心工程，是唐钢产品结构调整的重大项目，该工程共有10条生产线，设计年产量250万吨，冷轧工程的建设填补了唐钢生产冷轧板材空白，在唐钢的发展规划中起着重要作用。该项目总投资约30亿元人民币。

其中3#镀锌线是冷轧项目的三期工程，由意大利DANIELI公司提供代表世界最先进的镀锌技术设备，该生产线包括日本三菱公司的焊机、美国BRICMONT公司的炉子、美国英达公司的锌锅、德国EMG公司的纠偏系统等关键设备，设计年产量40万吨。工程从2006年10月开始安装调试，并于2007年3月完成功能测试，2007年10月成功生产出第一卷铝锌板。生产产品包括CQ、DQ 、DDQ、HSLA镀锌（GI）和铝锌（GL）冷轧卷，产品规格为：0.3~1.6mm；产品宽度为：820~1650mm；钢卷重量为：3~30t。

3#镀锌线自投产以来，运转正常、生产稳定，充分体现了先进技术设备的优越性。但随着国内市场需求的变化，1.5~2.0 mm的镀锌板、铝锌板逐渐走俏，为适应市场变化，满足市场需要，厂领导果断决定拓宽产品规格至2.0mm，并及时成立了攻关组积极开发新产品，于2008年6月完成了功能测试，实现了新产品研发。

2 、立题依据

3#镀锌线机械设备的整体设计、控制系统的硬件供货、软件设计、现场调试全部为外方提供，而且外方专家已经调试完毕。自投入生产以来，其镀锌产品已经达到国内一流水平，但是为了适应市场变化，拓宽产品规格，增加产品的竞争力，有很多问题摆在我们面前亟待解决。

要想将产品规格扩大至2.0mm，首先应当解决数据通讯、传输问题，例如PDI数据输入、二级与一级之间的数据传输等；其次应当考虑装机容量，例如主电机的额定功率、变频器的功率等；第三解决线控问题，例如张力分配、速度控制、带钢跟踪等；第四应当考虑所涉及到的单体设备的问题，例如焊机、气刀、平整机等，在解决这些单体设备与生产线PLC之间的数据通讯、数据传输的基础上，还要保证产品的质量。

3、 总体思路

本项目的目标是研发3#镀锌线的新产品、拓宽产品规格，实现1.6～2.0 mm镀锌板的生产以适应市场的需求。

3.1 对焊机进行系统优化，以保证超厚板带钢的焊缝质量。

3.2 对气刀控制系统的优化，以保证超厚基板的镀锌质量。

3.3对平整机系统的优化，摸索出针对不同超厚基板所对应的轧制力和延伸率，以保证平整的效果。

3.4 对一级、二级界面的修改。

3.5 对生产线控制系统程序和参数的改进。

4、 技术方案

4.1对焊机系统进行优化

3#镀锌线采用日本三菱公司的窄搭接焊机，原理为电阻焊，使用上、下两个焊轮用大电流将带钢融化，同时使用焊轮后面的碾压轮将融化的带钢压牢、平整，实现两卷带钢的焊接。

要想实现超厚带钢的焊接，必须从多个方面考虑，如焊接电流、焊接速度、焊轮压力、搭接长度、碾压压力、补偿量等，通过对正常厚度带钢的焊接参数的研究，逐步测量，反复试验，终于摸索出超厚带钢焊接时的主要技术参数。

实施方案：

（１） 加大焊接电流，观察测量带钢熔化量。

（２） 减慢焊接速度以保证带钢充分融化。

（３） 加大焊轮压力，使焊轮与带钢接触充分。

（４） 增加搭接量，以保证前后两卷带钢的接触面积。

（５） 加大碾压压力，以保证焊缝的质量和焊缝的平整度。

（６） 增大补偿量，以补偿焊接时的带钢消耗。

4.2对平整机系统的优化

4.2.1 增加减压模式控制

为实现工艺要求，技术人员在原有控制程序的基础上，新增加变量近百个，新添程序段数处，程序修改多达100处，使得平整机实现了以下内容：

(1)在HMI上添加了减压模式控制选项。

功能：当选择此按钮后，可以由传输指令发送到一级PLC控制系统，再由PLC控制系统传递到TDC控制系统，经TDC处理后，指挥平整机按照控制程序进行预定方案动作。

(2)在出口主控室和现场控制台上添加减压模式控制按钮。

功能：方便操作工操作，现场操作时可以根据现场的实际情况，主要是焊缝的焊接质量，来及时的选择操作模式。

(3)修改现场人机界面中Protool的设置。

功能：现场操作时，可以直观的了解目前选用的控制方式，并且在更换设置后，可以直观的看到，避免出现误操作。

(4)对原有的PLC控制程序进行修改，并添加部分程序，具体操作为：

a 首先根据预先添加的现场硬件设施，进行网络的调试工作；

b 其次在PLC程序中重新分配地址，与现场建立连接。

c 添加程序。

（5）对原有的PLC控制程序进行修改，并添加部分程序，具体操作为：

a 在TDC程序中建立与PLC的网络连接。

b 添加与PLC对应点对点的地址。

c 添加TDC程序。

（6）程序完成后，使平整机具有以下功能：

a 操作人员选择上添加的减压控制模式后，平整机在运行过程中，能够自动投入此项功能。

b 当焊缝不减速达到平整机时，平整机并不打开工作辊，而是以一合适的轧制力进行轧制。

c 优化完成后的控制系统，保证了平整机运行的稳定性。

d 添加并优化完成后的控制系统，不能与原控制系统中的控制模式发生冲突，能够自由随意的进行之间的切换。

4.2.2 设备改造

a 减压控制模式要求焊机能保证较好的焊缝的质量，要求入口段的焊机的焊缝处理装置必须调好，所以设备部门对焊机的焊缝处理装置进行了设备改进，调整了焊缝质量。

b减压控制模式要求液压系统的精度要高，调整了HGC液压缸上伺服系统的控制精度，即调整伺服阀的流速，并更换高精度的压力传感器等。

4.2.3现场电气施工

添加两套按钮，并合理布线；在RIO控制柜中，添加西门子的ET200模块，并分配地址。

4.2.4 制定平整规程

系统的优化过程中，为了生产出性能合格的镀锌卷，我们经过多次试验，逐渐摸索出不同规格厚度，达到性能要求所对应的轧制力及延伸率。

4.3对生产线控制系统的优化

根据 DANIELI 设计，三期镀锌生产的产品规格来料厚度限制在0.3mm-1.6mm之间，也就是说只能生产来料厚度在0.3mm-1.6mm之间的产品，也就是说关于来料厚度大于1.6mm的产品工艺参数是在设计中是没有给出的，同样，控制系统也不包括和这些规格相关的控制软件，连最基本的从一级、二级界面输入该规格的PDI数据输入接口都不存在，控制系统不能对生产线上超厚钢卷进行跟踪，控制系统不能准确下达各个设备的控制参数，尤其是生产线各个张力点参数的设定与优化。

4.3.1 原始一级、二级PDI输入（见图1）：

黄色部分为输入的钢卷信息，在Foreseen Thickness（厚度）一栏中键入1.65之后，系统提示错误，弹出对话框：数值超限，最小0.30，最大1.60。

由此可见钢卷的PDI输入和一级、二级的数据传输根本无法实现。

图1

经过对三镀锌现场情况进行调查、实践，并通过对控制系统进行分析研究，认为开发1.6mm以上的是可行的。为此，提出并实施了几种调试方案，对控制程序进行了根本性地改进。通过改进后，已经实现了钢卷PDI输入。

4.3.2钢卷的跟踪和张力值设定

经过一步一步地修改、调试，目前，已经可以从一级界面输入规格，钢卷跟踪系统能够正常跟踪，通过对控制程序和设定数据进行根本性的改进，达到了自动获得设定工艺参数（包括张力设定等）的目的，冷试参数较正常；

在以后的热试车过程中，又对平整机压下时的平整机前后张力设定值进行了重点优化。目前，三镀锌生产线已经能够按照客户要求，将1.6mm-2.0mm厚度的基板进行镀锌。当然，要生产出一流产品还必须不断摸索参数。

5、 实施效果

改造完成后，进入试生产阶段。在这段时间中，我们发现、解决了一些严重影响生产的问题，并进行了一些技术改造，使整个生产线在产品质量、产品数量方面得到很大提高，设备运行比较稳定，生产正常。各项措施都不同程度地取得了预期的效果，进一步满足了生产工艺的要求，为整条生产线稳定生产取得了前提保证。