棒材超细晶粒钢自动控制系统研发

棒材超细晶粒钢自动控制系统的研发
摘要：超细晶粒钢是中小型型钢生产中的一种新钢种，它的研发生产对我们的自动控制系统提出了很大的挑战。

本文详细讲述在18架轧机的中小型型钢生产线上，开发出新钢种超细晶粒钢，并修复了机械设备改造对活套控制、微张力控制、速度控制和成品的长度计算等的影响，完善控制系统。

关键词：淬冷；检测设备；速度级联；测长
中图分类号：tg335文献标识码：a文章编号：1007-9599 (2013) 07-0000-02
1引言
超细晶粒钢在莱钢中小型线这样一条老线上调试成功可谓是老
树开出新花，但它对我们的自动控制系统提出了很大的挑战。

首先投入淬冷设备要增加部分水泵和阀门的控制，更重要的是在淬冷设备取代了精轧区11、12或者13、14号轧机的时候，会导致替换区域的检测元件不能有效的检测，而且切断了轧钢的连续性，导致后续轧机的活套控制、微张力控制、速度控制、和成品的长度计算等都要重新进行整定，来修复原有的控制功能。

2设备概况
中小型车间整条轧线由粗轧区6台轧机，中轧区6台轧机，精轧区6台轧机，及轧机间的检测设备和3台剪子组成。

在超细晶粒钢的生产中，根据所轧制的规格不同，轧机的替换方案也分为两种，前期测试时，在精轧区的13至14架轧机区域，目前也可在11#、
12#轧机处用穿水设备代替。

轧线区域的主要硬件设备和穿水淬冷系统的主要硬件设备如图1所示。

图1轧线区域及穿水主要设备
fig1 the main equipment of rolling line area
为了节省成本，减少投入，新投入设备自动化控制功能在原来的rmc3站实现，信号使用rmc3的备用点。

轧线的速度级联，轧件的测长等功能分别在原来的rmc2和rmc5实现。

3穿水功能实现
虽然现在最终主要选择11、12号轧机为替代区域，但在我们的自动化控制系统中，实现了可以选择的11、12替换或者13、14替换两套方案。

在rsp5241画面上增加了超精细粒钢穿水监控功能，可以对各个阀门进行操作，并监控各个阀门的状态。

在进水管道上有一个压力检测点和一个流量检测点，调节阀的开度可以根据流量或者压力来进行pid调节，来达到轧件速度和温度的控制。

13#或者15#轧机咬钢信号消失后停止本段控制。

在穿水设备前，也就是11#轧机前，我们把原来的活套扫描仪改为hmd，由它来检测轧件，控制各个阀门的启停。

hmd到穿水设备的距离为lth1，hmd到2#剪的距离为lth2，取轧件在这个位置的速度为vel。

（1）
（2）
需要注意的是在轧精细粒钢时，为减少冷却水对管道及水阀的冲击，在任意时间内调节阀应保持一定的开度：在不轧钢时，溢流阀v2常开，开关阀v1、开关阀v3常闭；轧钢时则溢流阀v2在hmd 上升沿延时t1关闭，同时开关阀v1、开关阀v3分别延时ti-0.2秒打开。

在hmd信号下降沿延时t2，所有的设备恢复初始状态。

基本功能框图如图2所示
图2穿水控制框图
fig2control block diagram
4轧线速度级联及测长等功能修复
由于轧线上中间需要去掉11、12，或者13、14两台轧机，切断了原系统中轧钢的连续性，而且中间需要串水，两个方面对钢的速度都会造成一些影响，所以在实际轧钢中需要不断的实验，不断的调整，来达到前面轧机、淬冷设备和后面轧机的速度匹配[2]。

原轧线的速度级联控制系统包括上游主速度参考值级联控制和上、下游的比例调节级联控制组成，所以在超细晶粒钢轧制的调试中，也要从这几个方面进行修复性调节测试。

4.1上游主速度参考值级联
在中小型型钢的轧制过程中，一般情况下，操作工首先设定末架成品机架的轧制速度，然后从轧制表中读取响应轧机的r因子值，这样就可以按照公式3依此往前推算出前面轧机的轧制速度，其中末架成品轧机的mccu值被设定为定值。

（3）
中间轧机甩开后，比如11、12号轧机替换后，在级联的衔接上，需要做相应的调整，相当于2#剪前的轧机就是10号轧机。

10#机的mccu值应当由13#机mccu值除以13#机的r因子来决定，但中间又经过穿水，速度值有所衰减，10#机的mccu值也需要适当的修正。

根据实验，修正值应与穿水中水压成正比。

4.2上、下游比例调节级联
轧钢速度的自动活套控制可以分为两种方式，分别为上游比例调节和下游比例调节，它们分别向上游或者下游依次调节轧线的速度，它们的主要计算过程如下面的一组公式所示：
上游比例调节的速度调节是从第n架到第n-1架依次传递的，如公式4所示：
（4）
一般情况下，成品机架的pccu=0，为一设定的固定值。

下游比例调节的速度调节是从第n架到第n+1架依次传递的，如公式5所示：
（5）
一般情况下，n_pccd=0，为一设定的固定值。

上述公式中用到的缩写的具体含义如下所示：
mccu代表主速度上游级联值，pccu代表比例调节上游级联值，lpropu代表自动活套控制产生的上游比例调节值，pd代表比例下游调节值，pccd代表比例下游级联调节值，lpropd代表自动活套控制产生的下游比例调节值。

pccu值的计算也是一样，需要甩开替换的轧机，并经过相应的修正。

相应的公式也变成：
上游比例调节需要向前跨过两架，如下：
（6）
下游比例调节需要向后跨过两架，如下：
（7）
由上面三组公式可以得到速度调节所需的主速度上游级联值、上游比例调节和下游比例调节，最终可以计算得出某架轧机的速度参考值，传递给传动系统，实现调速。

速度参考值的计算公式如下：（8）
在轧机间的速度级联的控制中为了避免拉钢和堆钢的出现，经常采用微张力自动控制和活套自动控制两种方式。

在穿水设备安装后，肯定不能使用活套来起套，由于水的压力作用于轧件表面上，微张力自动控制也很难投入，这样许多自动控制中的数值需要我们模拟来实现。

4.3测长功能修正
测长系统的稳定要依赖于轧线上的物料检测元件，在轧制超细晶粒钢的时候，需要替换两台轧机，穿水设备肯定要挡住检测元件，产生盲区，另外在经过穿水设备后，轧件的温度降低，也要影响后续的检测信号的稳定性。

这就需要我们做一些信号的虚拟、替换及信号的强化等工作，来保证测长系统的稳定，保证成材率。

在11、12号轧机替换时，我们需要做好12号轧机前和2号剪s2
前的检测信号的模拟工作，并做好后续的检测元件的信号强化和误信号切除等工作。

13、14号轧机替换的时候也是一样。

穿水设备安装后，会不可避免的影响v12前的活套扫描仪的信号检测，这个问题我们做一些仿真处理，来替代v12活套扫描仪的检测。

h11前已安装一个hmd，它可以得到稳定的检测信号，hmd到v12活套扫描仪的距离为longth，此处的轧件实时速度为vel，则可用h11前hmd的信号顺延longth/vel秒来仿真。

5小结
由于超细晶粒钢具有优良的抗疲劳性能、良好的焊接性、较高的强度以及良好的低温韧性等优点[3]，其在加工领域得到了广泛的应用。

现在国内也有多种工艺可以生产该钢种。

现在该系统运行稳定可靠，并且产量较高。

参考文献：
[1]翁宇庆.超细晶钢理论及技术进展[j].钢铁,2005(3):1-8.
[2]李维娟.生产超细晶粒低碳钢的实验研究[j].中国钢铁年会论文集,2003:435-446.
[3]田志凌.超细晶粒钢(超级钢)的发展与焊接[db/ol].中国数控机床
网,/news/newsfile/2008/4/22/15742.sht ml.
[作者简介]张克鹏（1981.3-），男，工程师，山东莱芜人，现为上海交通大学软件学院在读工程硕士，山东莱芜钢铁集团公司自动
化班职工。

大学毕业后在莱钢自动化部主要从事工业自动化系统设计及软件编程工作，具有丰富的软件编程和系统维护的经验，曾独立完成过轧线、加热炉、转炉、高炉和喷煤系统的plc设计与程序实现工作。