轧钢自动化基础轧钢自动化基础张大志张大志北京科技大学机械工程学院北京科技大学机械工程学院机械装备与控制工程研究所机械装备与控制工程研究所第三章第三章 热连轧生产线自动控制系统热连轧生产线自动控制系统第三章第三章 热连轧生产线自动控制系统热连轧生产线自动控制系统32024/7/28第2页工艺要求工艺要求l回顾：轧制区基本参数回顾：轧制区基本参数咬入角咬入角3.12024/7/28第3页工艺要求工艺要求回顾：回顾：接触弧长与变形区长接触弧长与变形区长根据几何关系，接触弧长根据几何关系，接触弧长s为：为： sR 接触弧之水平投影叫做变形区长度接触弧之水平投影叫做变形区长度 3.12024/7/28第4页工艺要求工艺要求l热连轧生产线实际生产过程录像M2U00314.MPG3.12024/7/28第5页工艺要求工艺要求l总体说明*公司新建一套1450mm半连续式热带不锈钢轧机生产线，所用原料为连铸车间提供的连铸板坯。连铸出坯跨与热轧板坯库连接，连铸坯通过辊道或连铸坯过跨台车运入热轧厂。一期设计年产各种规格热轧不锈钢钢卷80万吨/年，预留碳钢生产能力。3.12024/7/28第6页工艺要求工艺要求l产品规格不锈钢带钢厚度： 2.8(2.5)8.0mm带钢宽度： 9001300mm钢卷内径： 762mm钢卷外径： 1750mm(max)最大卷重： 20.8t钢卷单重： 16kg/mm(max)3.12024/7/28第7页工艺要求工艺要求l原料规格轧线所用原料为前工序连铸机生产的无缺陷连铸板坯，年需不锈钢连铸板坯量： 82.48104t；厚度： 180mm宽度： 9001300mm定尺坯长： 12000mm定尺坯重： 15.221t入炉温度： 奥氏体、铁素体不锈钢 -常温；马氏体不锈钢-不小于2003.12024/7/28第8页工艺要求工艺要求l原料条件板坯尺寸偏差(所有板坯在冷态下测量):厚度： Max5mm，取样至少从距板坯角部200mm处取，表面不规则的坯子不考虑。楔形：上表面测量的铸坯左右两侧厚度差最大1.5 mm。宽度：max10mm最大长度：30 mm镰刀弯：max 2.5 mm/m，最大30 mm平整度：max 2.5 mm/m，最大30 mm3.12024/7/28第9页工艺要求工艺要求l设备装机水平1450mm热带钢连轧机设备，整体装机水平在国内同类轧机中处于较先进水平，在成熟可靠的基础上尽量考虑投资，主要技术有：设有高压水粗除鳞、E1前和R1后除鳞、精除鳞四个除鳞点，保证将板坯和中间坯表面的氧化铁皮清除干净；具有能力比较大的立辊轧机和四辊粗轧机，立辊轧机有AWC和SSC功能，以提高宽度控制精度和成材率，四辊粗轧机设有电动压下AGC；采用无芯卷取和无芯轴移送的热卷箱，减少带卷内圈的温度降，对中间坯起到均温和保温作用，减少带钢头尾温度差；3.12024/7/28第10页工艺要求工艺要求l设备装机水平采用转毂式飞剪，在中间带坯进入精轧机之前切掉不规则的头部和尾部；精轧机组设有带工作辊弯辊的板形控制系统，同时利用轧辊冷却水对轧辊热凸度进行控制，以保证稳定生产板形良好的带钢，提高产品质量；F1-F7精轧机均设短行程液压AGC，可使板厚偏差达国内先进水平；F1-F7精轧机主传动电机采用动态响应速度快、控制精度高的交流电动机；F1-F7精轧机均设有窜辊装置，以实现自由轧制，降低辊耗；精轧机组在F1-F3出口侧设有机架间冷却水用于控制终轧温度；3.12024/7/28第11页工艺要求工艺要求l设备装机水平F1-F7精轧机之间设有6套液压活套，使带钢在微张力、恒张力状态下进行轧制，保证带钢厚度和宽度精度；精轧机组出口设有除粉尘抽风装置；粗轧和精轧机采用工作辊快速换辊装置，减少工作辊换辊时间，提高轧机有效作业率；输出辊道辊子表面为硬质喷焊层、光滑耐磨，避免带钢表面擦伤，提高辊子寿命；采用带高位水箱的层流冷却装置，层流冷却装置分粗调区和精调区，能根据带钢温度、厚度、钢种及轧制速度，控制开启的喷水组数和调节水量，将带钢由终轧温度冷却至所要求的卷取温度；3.12024/7/28第12页工艺要求工艺要求l设备装机水平卷取机前面设有短行程控制的液压式侧导板，保证严格地对中带钢，改善卷形；采用三助卷辊式的地下卷取机，芯轴为无级涨缩式，助卷辊具有自动踏步控制（AJC）功能，保证内层钢卷在较大的压力下不被带钢头部挤压造成压痕，保证卷取质量;卷取机后设有自动打捆装置；辊道传动全部采用交流调速传动。从铸坯开始至连轧出成品、钢卷运输机全过程实现计算机自动控制，自动化系统分为基础自动化系统（一级）、过程控制计算机系统（二级）。3.12024/7/28第13页工艺要求工艺要求u工艺描述：工艺描述：l板坯入炉出炉合格不锈钢连铸坯人工核对板坯号后，由吊车用专用吊具运到加热炉装炉辊道上。启动入炉辊道将铸坯运送到加热炉的入口侧并准确定位。由装钢机将铸坯装入加热炉。按设定的加热程序，铸坯在炉内移动的同时加热升温和均热。根据不同的轧制钢种，铸坯将被加热到规定的出炉温度。当加热好的铸坯到达炉内出炉位置时，由出钢机移送到加热炉输出辊道，准备送至粗轧机组进行轧制。一旦加热好的铸坯因后部工序事故不能进入粗轧区时，加热炉内又没有空位，则板坯将通过辊道运送到返回辊道，由跨间起重机卸料堆放。3.12024/7/28第14页工艺要求工艺要求u工艺描述：工艺描述：l中间坯轧制加热好的板坯经粗除鳞箱除去炉生氧化铁皮后，由辊道送往E1立辊轧机前侧导板对中后进入E1立辊轧机进行侧压，接着进入R1四辊可逆粗轧机轧制。E1立辊轧机与R1四辊轧机是紧凑式布置，轧件在E1轧机和R1四辊轧机之间形成连轧。E1立辊轧机有宽度自动控制功能（AWC）和液压短行程功能（SSC），以便控制带坯宽度和改善头部形状。R1四辊轧机除设电动压下外，还设有HAGC，以保证带坯厚度精度。一块板坯在R1轧机往复轧制5道次，而E1轧机只奇数道次轧制，偶数道次打开让轧件通过。R1后设置有侧导板，在偶数道次时将板坯对中。E1前的侧导板，在奇数道次将板坯对中。在轧制过程中，根据轧制规程要求，可在轧机入口侧或出口侧用高压水清除二次氧化铁皮。经粗轧后，中间坯厚度可达到要求的2540mm。在R1出口处装设有测宽仪，用于中间板坯的宽度检测。3.12024/7/28第15页工艺要求工艺要求u工艺描述：工艺描述：l热卷箱、飞剪粗轧出的合格中间坯再由辊道送往热卷箱，卷成中间坯卷。根据不同的钢种和规格，中间带坯有经热卷箱卷取和不经过热卷箱卷取两种方式，其中经热卷箱卷取有两种控制模式：带坯尾部没有出粗轧机、头部已进入热卷箱，开始卷取；带坯尾部出粗轧机后，头部才进入热卷箱，开始卷取；带坯在卷取过程中不但可以保温、减少带坯头尾温差，同时还可以使带坯表面氧化铁皮疏松及剥落，经随后的精轧除鳞使中间带坯的表面质量更好，以保证优良的产品表面质量。保障中间坯进入精轧机轧制在宽度方向温度一致,可改善中间坯边部的晶粒组织,避免带钢边部产生裂纹, 提高带钢表面质量。经热卷箱卷取的中间带坯，头、尾位置互换后，进行开卷，进入切头飞剪。带坯经切头飞剪切除头、尾后，经过精除鳞由高压水清除中间坯表面的次生氧化铁皮后进入精轧机组进行轧制。3.12024/7/28第16页工艺要求工艺要求u工艺描述：工艺描述：l成品轧制精轧机组由七架全液压式四辊轧机组成。为确保带钢的厚度精度，F1-F7设有响应速度高、控制精度高的全液压压下装置及厚度自动控制系统（AGC）；为有效控制带钢的凸度和平直度，F1-F7采用工作辊弯辊装置和窜辊装置。精轧机组的穿带速度、加速度、最大轧制速度、各机架压下量、轧机的工作辊弯辊力等均由计算机按轧制带钢的品种和规格进行计算和设定，并可动态调整。为了有效的控制带钢质量，在F7精轧机出口处设有厚度、宽度检测仪，凸度和平直度检测仪。精轧机架间设有带钢喷水冷却装置，根据轧制工艺的要求喷水，以便控制带钢轧制温度和终轧温度。3.12024/7/28第17页工艺要求工艺要求u工艺描述：工艺描述：l带钢冷却（仅对碳钢）带钢头部从精轧末架F7出来，经输出辊道上的层流冷却装置冷却，将带钢冷却到规定的卷取温度（500800左右）。为提高冷却精度，该层流冷却装置分为粗调段和精调段，高位水箱布置在输出辊道旁侧。过程控制计算机系统将根据钢种、规格、终轧温度、卷取温度的不同要求，对层流冷却方式、冷却速度和水量进行设定，以保证产品的机械性能。3.12024/7/28第18页工艺要求工艺要求u工艺描述：工艺描述：l成品卷取带钢经冷却后，经由伺服液压系统控制的卷取机前侧导板对中；带钢头部进入夹送辊，此时进行头部定位；3个助卷辊设定位置，卷筒直径为待卷直径；当带钢在卷筒上卷取头3-5圈时，助卷辊在卷取过程中进行踏步控制，以保证钢卷内圈不产生压痕；卷3-5圈后，卷筒涨到卷取直径，同时助卷辊打开，卷取机在恒张力状态下卷取；当带钢卷到最后2-3圈时，助卷辊压下，带钢尾部通过夹送辊时，进行尾部定位，使带钢尾部在钢卷下部位置。3.12024/7/28第19页工艺要求工艺要求u工艺描述：工艺描述：l钢卷运输、打捆、称重和标印带钢成卷后，卸卷小车将钢卷从卷取机中取出并运输到钢卷站；再由运卷小车运输并上升到一定高度后放置在钢卷存放台上，然后由钢卷运输小车运输并抬升到地面上，再由1步进梁运输机取下；钢卷在1步进梁运输机进行卧式打捆机打捆后送到钢卷称重装置上进行称重，再由2步进梁运输机进取走钢卷；在2步进梁运输机进行人工标印，最后由吊车将钢卷吊至成品库存放位置。3.12024/7/28第20页工艺要求工艺要求u工艺描述：工艺描述：l工艺流程简图原料入炉 加热出炉高压水除鳞粗轧热卷箱 飞剪二次除鳞精轧 层流冷却卷取卸卷、运输、打捆、称重和标印3.12024/7/28第21页工艺要求工艺要求l本标的范围本标范围为从炉前辊道开始，至NO.2步进运输机的所有设备（含液压系统）的控制系统（含二级）。中标人负责本标范围内的全套电气传动系统的设备设计、供货、培训和调试。中标人负责本标范围内的基础自动化控制系统的设备设计、供货、培训和调试。中标人负责全线过程计算机控制系统（含数学模型）的设备设计、供货、培训和调试。中标人负责全线网络系统的设计、供货、培训和调试。中标人负责全线HMI的设计、供货、培训和调试。中标人负责本标范围内的变压器、轧线工艺仪表的设计选型。中标人为本标范围内的设备设计、设备供货和调试总负责单位。3.12024/7/28第22页工艺要求工艺要求l三电系统技术要求西南不锈1450轧线设备采用交、直流混合传动方式。本轧线总装总装机容量机容量为68493.5 KW（不含预留的F7和2#地下卷取机区），其中粗精轧主电机容量为51000KW，立辊、飞剪、卷取等主辅电机（直流）容量为5900KW。三电系统设计方案应在满足西南不锈1450生产线工艺和设备运转方案要求的前提下，获得最好的性能价格比；主要电器元件选用施耐德、SIEMENS、OMRON产品。液压站控制设备放置在站内，考虑无人值守功能（操作室监控）；电气传动系统采用SIEMENS的6SE70和6RA70产品；基础自动化系统采用SIEMENS的PLC和TDC；HMI采用SIEMENS的WIN CC产品；网络交换机采用赫斯曼产品；过程计算机采用1用1备方案；自动化控制系统尽可能采用远程I/O，并且与传动系统及各子系统通过通讯网络连接，实现以通信电缆（光缆）代替I/O电缆，大量减少电缆数量及电缆铺设工作量，使系统更加可靠。自动化系统应具有较强的系统诊断能力，并提供远程编程和监控能力。3.12024/7/28第23页自动控制系统自动控制系统l三电系统技术要求西南不锈1450轧线设备采用交、直流混合传动方式。本轧线总装总装机容量机容量为68493.5 KW（不含预留的F7和2#地下卷取机区），其中粗精轧主电机容量为51000KW，立辊、飞剪、卷取等主辅电机（直流）容量为5900KW。三电系统设计方案应在满足西南不锈1450生产线工艺和设备运转方案要求的前提下，获得最好的性能价格比；主要电器元件选用施耐德、SIEMENS、OMRON产品。液压站控制设备放置在站内，考虑无人值守功能（操作室监控）；电气传动系统采用SIEMENS的6SE70和6RA70产品；基础自动化系统采用SIEMENS的PLC和TDC；HMI采用SIEMENS的WIN CC产品；网络交换机采用赫斯曼产品；过程计算机采用1用1备方案；自动化控制系统尽可能采用远程I/O，并且与传动系统及各子系统通过通讯网络连接，实现以通信电缆（光缆）代替I/O电缆，大量减少电缆数量及电缆铺设工作量，使系统更加可靠。自动化系统应具有较强的系统诊断能力，并提供远程编程和监控能力。3.22024/7/28第24页自动控制系统自动控制系统l一篇综合设计论文为例l02 宽带钢热连轧生产线自动控制系统综合设计及应用.doc3.22024/7/28第25页自动控制系统自动控制系统l轧线平面布置图l03 西南不锈1450HMDCMD布置图20070904.dwgl04 西南不锈1450控制系统配置图.vsd3.22024/7/28第26页自动控制系统自动控制系统l二级计算机室3.22024/7/28第27页自动控制系统自动控制系统l主电室3.22024/7/28第28页自动控制系统自动控制系统l操作室3.22024/7/28第29页