第6章 冷轧处理线自动化控制系统 在冷轧簿板生产线上，处理线工艺过程包括酸洗线，热处理的连续退火线，平整线，镀层生产线，包装、重卷、剪切过程。处理线工艺过程十分复杂，设备众多。而自动化控制系统所涉及的范围非常广泛，但控制方法和应用的理论并不象冷连轧机那样复杂。各个工艺段存在共同的自动化控制功能。它们是：带钢跟踪功能；速度控制；带钢张力控制；设备顺序控制；逻辑连锁控制；数据采集与处理；数据库管理；设定值计算与控制。本章的主要篇幅将立足于这些控制功能在酸洗、热处理的连续退火、平整生产线中应用情况作些简单介绍。61 酸洗机组自动化控制系统典型的冷轧联合机组中酸洗部分与冷轧机是全连续无头轧制。酸洗机组自动化控制系统可使用标准的四级控制：即3级为生产执行控制级；2级为过程自动化控制级， 1级为基础自动化级；0级为现场级，包括数字传动，传感器仪表等等；还包括一套HMI(人机接口)系统，以便于生产人员使用，酸轧机组有自己单独的HMI系统可供使用。611 酸洗机组主要设备典型的酸洗生产线中连续酸洗机组由入口段、酸洗工艺段、出口段三部分组成。入口段主要设备有步进梁、开卷机、矫直机、切头剪、焊机、入口活套、拉矫机等设备组成,主要用途是进行带钢开卷、切去不合格头尾、焊接、拉矫等处理。出口段主要有出口活套、圆盘剪、碎边剪等设备组成,主要进行带钢切边等处理。酸洗工艺段主要设备有酸洗段、漂洗段、带钢干燥器、排酸雾系统等设备组成,主要进行带钢酸洗、漂洗、烘干等处理。酸洗段有三个酸洗槽。用一对挤干辊及一个排放斗将酸洗槽互相分开。每一个酸洗槽对应有一个循环罐,供应酸液给酸洗槽。循环罐也作为酸液收集罐,如果一旦机组停车,酸洗槽的酸液就排放到循环罐内,并且各槽之间的酸液浓度梯度由循环罐保证。其中一个酸循环罐作为酸液供给罐,从酸再生站)向该罐加入再生酸或新酸,以控制酸液达到所要求的浓度值。废酸从另一个酸循环罐排放到酸再生站废酸贮罐。漂洗段有一个漂洗槽,分为一个预清洗段和五个工艺漂洗段。漂洗段的特点是,各自单独循环回流,自带漂洗水收集箱和卧式离心泵。冷凝水用于漂洗槽最后一段的漂洗,借助溢流以相对带钢逆流的方向流到第1漂洗段。用于漂洗带钢的冷凝水从冷凝水收集罐中取出。从漂洗槽第1段循环管路中分出一个回路用来漂洗最后酸洗槽出口双辊挤干辊中间的带钢,以保证带钢的湿润。漂洗水排放(即使在机组停车情况下)到漂洗水罐中,然后再由水泵送到酸再生站。为了避免带钢在机组停车情况下产生表面锈蚀,在漂洗槽中设有一套专用的停车漂洗系统。漂洗系统的漂洗水质,是根据离子浓度,通过电导率来控制的。酸洗后的带钢用脱盐水漂洗,以去掉残留在带钢表面的酸液,尽量使带钢表面不产生“停车斑”。带钢干燥器布置在漂洗槽的出口,由两个独立的高压、热空气风机组成,对带钢进行烘干处理。酸洗和漂洗段产生的酸雾由排酸雾系统风机抽出,经过净化塔洗涤,去掉可溶解气体,纯净的烟雾蒸汽被排入大气中,以避免在酸洗机组区域产生有毒酸雾。621 酸洗机组基础自动化系统基础自动化系统可全部采用PLC控制。主要控制功能分为顺序控制、带钢跟踪控制、带钢张力控制、带钢速度控制、工艺段控制。6211 顺序控制（1）钢卷运输。从No.1和No.2钢卷小车开始到入口活套的逻辑顺序控制。（2）入口段的顺序控制功能。带头自动剪切、带头自动穿带到等待位置、带头自动穿带到焊机、带尾自动剪切、自动甩尾到焊机、带钢焊接。（3）工艺段从入口活套到出口No.2活套的逻辑顺序控制。入口活套部分、拉矫机部分、工艺段及酸洗段、出口No.1活套、圆盘剪段、出口No.2活套。6212 带钢跟踪控制（1）酸洗入口段带钢定位检测点，见表6-1所示。（2）入口活套控制功能。确定剩余带钢的处理时间（即根据活套小车的实际位置，计算完全充满和完全放空所需的时间）。监视活套位置（活套位置在正常情况下分三种位置：紧急停车位置、快速停车位置及计算机监视的运行位置）。不在“活套控制”操作方式下的机组速度，如联合点动，也需要进行活套位置监控。控制活套位置有带钢定位控制，根据入口、出口带钢速度和加速度进行计算，实际活套位置应除以带钢股数(例如4股)。根据入口、出口速度和加速度提供预设定值。（3）酸洗出口段焊缝跟踪。跟踪焊缝到月牙剪位置；跟踪焊缝到圆盘剪位置。（4）酸洗机组的带钢跟踪。酸洗机组材料跟踪，如带钢厚度、宽度、钢卷号、延伸率等数据的处理；酸洗机组焊缝跟踪。表6-1定位检测点检测点的设备位置11#开卷机剩余带钢长度No.1张力辊22#开卷机剩余带钢长度No.1张力辊3带钢甩尾到焊机间距离，大约2m处建立活套。No.1张力辊4带头到穿带导板No.1和No.2开卷机5带头在处理器夹送辊后No.1和No.2处理器夹送辊6带头到分切剪No.1和No.2处理器夹送辊7带头剪切No.1和No.2处理器夹送辊8带尾剪切废料夹送辊9前材带头剪切废料长度No.1处理器夹送辊上辊10前材带头到等待位置No.1处理器夹送辊上辊11前材带头到焊机No.1处理器夹送辊上辊12前材带钢焊缝在焊机内移动到月牙剪大约2.3mNo.1处理器夹送辊上辊13前材带尾剪切废料夹送辊14后材带头剪切废料长度No.2处理器夹送辊上辊15后材带头到等待位置No.2处理器夹送辊上辊16后材带头到焊机No.2处理器夹送辊上辊17后材带钢(焊缝)在焊机内移动到月牙剪大约2.3mNo.2处理器夹送辊上辊18后材带尾剪切废料夹送辊6213 带钢张力控制酸洗机组有三种张力控制方式：额定或操作张力、穿带张力与临时停车张力。（1）额定或操作张力。在入口段应设定足够的带钢张力以保证带钢绷紧及顺利运送带钢。其张力值仅取决于带钢横断面和材质。张力预设定值将由过程计算机或通过HMI传送给开卷机传动系统。在工艺段带钢张力必须保证带钢正常运行。拉矫机的张力和弯曲辊、矫直辊的压入深度值必须根据带钢横断面、材质及板形来设定。在过程计算机中由单独的数据表格或通过HMI由操作工来设定。其它张力值仅取决于带钢横断面和材质，其设定值将由过程计算机或通过HMI设定。设定输出将结合带钢跟踪系统去控制张力辊和活套传动系统。（2）穿带张力。在穿带进入和穿带穿出过程中，一般以较小的张力操作，大约是额定张力的30%。使用此张力值的目的是保证带钢基本绷紧就可以了。穿带进入张力值可手动输入或自动输入。（3）临时停车张力。临时停车张力是当机组临时停车时由控制系统延时后自动进行。其张力值与穿带进入张力值一样，大约是额定张力的30%。临时停车张力必须根据带钢张力自动功能投入，并且传动系统在稳定状态下执行，其实际带钢张力可能会大于临时停车张力设定值。（4）酸洗入口段张力控制。带钢穿带到焊机时，必须使用穿带张力；焊接完成、机组启动时，张力必须逐渐加大到额定值张力。张力设定值既可设定单位张力，也可设定总张力。总张力(N)单位张力(N/m2)带钢宽度(m)带钢厚度(m)如果手动微调设定值，其调整范围只允许严格按设定点的百分比调并在10%范围内。6214带钢速度控制（1）酸洗入口段。在带钢未完成焊接之前，机组未联动起车时有三个速度被设定控制。其一是No.1纠偏辊压辊、No.1张力辊及压辊为一个速度选择；二是No.1开卷机和No.1处理器为一个速度选择(穿带速度：max 60m/min)；三是No.2开卷机和No.2处理器为一个速度选择(穿带速度：max 60m/min)。三个速度选择可以有不同的带钢速度同时运行。当带钢焊接完成，机组联机启动后，只能有同一个带钢速度运行，入口段正常运行速度是以No.1张力辊速度为基准，最大速度为700m/min。（2）酸洗工艺段的速度设定。传动转向辊、拉矫机及No.4纠偏辊为同一个速度设定。在正常运行时工艺段速度是以拉矫机的3# 张力辊速度为基准，同时也是整个酸洗机组的速度基准。（3）酸洗出口段的速度设定。圆盘剪的碎边剪、No.4张力辊为同一个速度基准。在正常运行时出口段速度是以No.4张力辊速度为基准。6215 工艺段控制（1）拉矫机控制。拉矫机的张力是通过拉矫机前后张力辊，即No.2和No.3张力辊之间的速度差来产生的。其中No.3张力辊的3# 辊关连主传动电机的主令速度。拉矫机有三种操作方式，而实际延伸率的测量和显示与操作方式无关。l 延伸率功能不投入方式。在这种操作方式下，延伸率传动的速度与变形程度一起进行预设定（设为0）。此刻拉矫机的力矩严格控制在正常力矩的5%。l 张力方式。在这种操作方式下，延伸率传动的实际力矩将恒定。这意味着所得到的实际力矩作为设定力矩的锁定值。以张力传动方式实现负荷平衡控制来保持相应的规定力矩。在焊缝通过的情况下，给延伸率设定值增加一个附加值，用以消除拉矫机中带钢的张力波动。l 延伸率功能投入方式。在这种操作方式下，延伸率传动的速度，应根据所要求的延伸率来预设定。以张力传动方式实现负荷平衡控制来保持相应的规定力矩。（2）圆盘剪控制。碎边剪速度设定比机组速度稍大，即包含一个基本设定值加上偏移量，目的是使碎边剪有微量的牵引速度。（3）出口No.1活套控制功能。在带钢主令速度控制程序中，具有如下功能：l 确定剩余带钢的处理时间(即根据活套小车的实际位置，计算完全充满和完全放空所需的时间)。l 监视活套位置，（活套位置在正常情况下分三种位置：紧急停车位置、快速停车位置及计算机监视的运行位置）。不在“活套控制”操作方式下的机组速度，如联合点动，也需要进行活套位置监控。l 控制活套位置(带钢定位控制是根据入口、出口带钢速度和加速度进行计算，实际活套位置应除以带钢股数)。为圆盘剪段提供预设定速度和加速度值。（4）出口No.1和No.2活套的操作。设置出口No.1和No.2活套的目的是吸收连轧机组因减速和停车而产生的带钢剩余套量。过程控制系统提供酸洗工艺段速度、连轧机入口速度、圆盘剪段最大速度以及活套内带钢张力的设定值。并且监视活套位置，根据合适的设定点，以保证活套不会达到极限位置。而且必须以这样的方式控制活套速度，以允许连轧机减速或停车，不影响工艺段的正常速度运行。通常两个活套作为一个装置来操作，即位置差等于0。过程控制系统设定酸洗机组和连轧机的速度，考虑两个活套的充满状态以及任何计划停机（换卷、换辊）等。6216酸洗与连轧机之间的关键连锁信号在酸洗和轧机机组的基础自动化系统之间，有实时的关键连锁信号相互交换以保证联机的协调运行。例如：（1）当出口活套紧急停车或活套下极限信号为真时，连轧机组必须停车。（2）酸洗输出到连轧机的出口活套就绪信号。其状态用来启动和运行连轧机。出口活套的紧急停车按钮和安全充满开关硬连接到连轧机紧急停车控制系统，以尽快停止连轧机。（3）出口活套和圆盘剪段就绪信号，其状态用来启动和运行连轧机。酸洗出口段的实际操作方式是在No.1轧机前一个焊缝测量点下达的。也用来计算实际钢卷的减速点。（4）连轧机输出到酸洗机组的穿带、停车信号。当连轧机以穿带速度运行，并且卷取张力已建立或整个连轧机已停车但酸洗机组还在运行。此时连轧机机组应当将操作方式传给酸洗机组。613 过程自动化级主要功能（1）速度优化。过程计算机根据连轧机组主令速度来决定酸洗机组的最佳速度，其目的是以最低能量消耗下获得最大产量为目标的速度优化计算。（2）数据管理。过程自动化系统接受3级生产执行控制系统发送的钢卷基本数据，存入过程自动化系统的数据库中。当热轧钢卷放到酸洗机组入口步进梁的存放位置后，钢卷数据通过操作工在入口操作台手动输入，然后该数据与过程自动化系统中的钢