宽带钢热连轧生产线自动控制系统综合设.doc

宽带钢热连轧生产线自动控制系统综合设计及应用0前言1热连轧生产线重要设备及工艺流程2热连轧自动控制系统设计2.1热连轧自动控制的特点2.2对自动控制系统的基本规定2.3控制系统结构、配置和重要功能3系统特点及系统应用前言宽带钢热连轧生产线是一套综合了机电液多系统的复杂大系统，其中自动控制系统在整条生产线中占有重要地位，结构合理、性能可靠的自动控制系统可以最大限度地发挥轧线的生产效能，并且是生产高质量产品的重要保证。由于热连轧生产线的复杂性决定了其控制系统的复杂性，所以国内先进的热连轧生产线的三电基本上由国外大公司提供，如早先引进的武钢1700mm热连轧和宝钢2050mm热连轧，以及新近引进的鞍钢1780mm热连轧和武钢2250mm热连轧。与此同时，为了打破国外公司的技术垄断，培养自主创新能力，发明拥有自主知识产权的热连轧自动控制系统，国内各高等院校和研究院所也一直致力于自主开发和研制，并取得了明显的效果。如鞍钢1700mm热连轧、济钢1700mm热连轧、莱钢1500mm热连轧等多条热轧线。其中莱钢1500mm热连轧是一套完全由国内自主开发的生产线，其自动控制系统是国内第一次采用与世界同步的SiemensTDC系统，由高效轧制国家工程研究中心集成和设计开发的，同样采用SiemensTDC系统的日照1580mm热连轧生产线将于2023年投产。现代带钢热连轧自动控制系统一般由三级组成，其中L2过程控制级由两台或多台高性能网络服务器和几十台工业控制计算机构成；L1基础自动化级多台高性能通用控制器构成；L0设备传动级涉及交直流主辅传动系统、现场机械液压设备、控制执行结构、各种检测仪表等组成。能提供全套系统的国际大公司重要是德国的西门子公司、美国的GE公司和日本的三菱公司，现在，我们自己可以独立承担宽带钢热连轧自动控制系统工程，标志着我国的自动化系统开发集成技术水平基本达成了同类国际先进水平。1热连轧生产线重要设备及工艺流程现代热连轧生产线重要由机械设备、电气设备和液压润滑设备组成。机械设备涉及二至三座步进梁式加热炉、粗轧除鳞箱、粗轧立辊轧机、粗轧四辊可逆轧机、热卷箱、飞剪、精轧立辊轧机、精轧机组四辊轧机、层流冷却装置、全液压三助卷辊地下卧式卷取机卸卷设备、打捆机和运送设备。电气设备涉及主传动系统、辅传动系统、高低压配电、计算机系统、自动控制系统等。液压润滑设备涉及伺服液压站、辅助液压站、润滑站等。热连轧基本工艺流程为：合格连铸坯由装钢机推入步进梁式加热炉内进行加热；加热好的坯料被托出经粗轧除鳞后送往E1、R1组成的可逆粗轧机组轧制3～5道次；轧出的合格中间坯被送往热卷箱卷成热卷，开卷后继续运营至精轧机组；精轧机组一般由一架立辊和六至七架平辊轧机组成，机架间设有活套装置，；并设有液压AGC自动厚度控制系统和工作辊弯辊装置，用于保证带钢全长范围内的厚度精度及板形规定；带钢头部从精轧末架出来经一小段辊道空冷进入带钢层流冷却装置将带钢冷却至所规定的卷取温度；带钢头部出冷却区后咬入具有助卷辊自动踏步控制功能卷取机在恒张力状态下卷取；带钢成卷后经卸卷小车卸卷并放置在打捆站上打捆；然后由步进运送机将钢卷取走称重、并完毕标记后，采用专用吊具把钢卷吊运至成品库堆放、待发。工艺流程简图如图1所示。图1工艺流程简图Fig.1flowchartofstriprollingtechnics2热连轧自动控制系统设计2.1热连轧自动控制的特点（1）控制功能众多并且集中以精轧机组为例，7个机架上集中了数十个机电设备的位置控制、多个液压位置控制、多个压力控制、AGC自动厚度控制、AFC自动板形控制、主速度控制、活套高度/张力控制、精轧机组终轧温度控制、自动加减速及顺序控制等，总共近80个控制回路。（2）控制周期短、速度快现代轧机设备控制及工艺参数控制的周期一般为6～20ms，液压位置控制或液压压力控制系统的控制周期为2～3ms，和以温度、压力、流量等热工参数为主的生产过程相比，控制周期约快20～40倍。（3）控制信息在区域间及区域内部各控制站之间更新快区域之间以及区域内部多个控制功能联系紧密且互相影响（特别是在精轧区域内），并共享输入和输出模块，因此规定数据信息在各控制站之间以及各CPU之间能快速更新。（4）功能间联系紧密且互相影响以精轧机为例，由于众多功能最终的影响都将集中到精轧机轧辊、轧件之间的变形区，因此功能间互相影响显著。例如，当自动厚度控制系统调整压下控制厚度时，必将使轧制力发生变化，从而改变轧辊辊系弯曲变形而影响辊缝形状，最终影响出口断面形状和带钢平直度，而当自动板形控制系统调整弯辊控制断面形状及平直度时，必将改变辊缝形状而影响出口厚度。因此功能间要互相协调，互相传递补偿信号。（5）多个功能间需共享输入和输出模块例如，AGC和APC都是用输出控制信号控制液压