冷轧酸洗机组自动化控制系统浅谈

陈 旭

（北京首钢股份有限公司，河北 迁安 064404）

最近几年随着国内外对于冷轧钢材需求的加大，我们国家的钢铁生产厂家也开始将冷轧钢材纳入生产范畴。冷轧酸洗机组作为钢铁生产的关键机械设备，具有很高的技术含量，然而随着自动化控制系统的不断普及，与冷轧酸洗机组相匹配的自动化控制系统也应该进行优化升级，如此一来不仅能保证冷轧酸洗机组的性能，而且也有利于提高生产效率，减掉有关操作人员的任务量，确保生产生活有序进行。因此，对冷轧酸洗机组配套的自动化系统展开深层次的研究显得尤其重要。

1 冷轧酸洗机组概述

1.1 冷轧酸洗机组类型

就目前而言，钢材生产制造企业应用的冷轧酸洗机组有以下3种形式：①连续卧式酸洗机组，②连轧酸洗机组，③半连续式酸洗机组[1]。从运行投入上来看，浅槽式机组需要的投入是相对比较少的，并且维修起来也比较简单。

1.2 冷轧酸洗机组的重要作用

由于冷轧钢带的原材料未热轧带卷，而对热轧带卷进行冷轧前必须要去除表面的氧化铁成分，因此，在生产制作过程中还应适当给予酸洗处理操作。进行此道工序不仅仅能够对带钢材料外表的氧化铁具有很好的除去效果，而且还能致使带钢表层光洁如新，对于产品质量提升具有很好的保障作用，在行业内通常将此处理过程叫做除磷。冷轧酸洗机组是实现酸洗处理不可或缺的重要设备。

1.3 冷轧酸洗机组的除磷方法

常见的除磷方法有两种，一种是利用机械设备进行除磷，而另外一种是利用化学制剂实现除磷。在实际除磷过程中，化学除磷法是最主要的除磷方法。其中化学除磷法又分为硫酸酸洗方法与盐酸酸洗的方法。这两种酸洗方法本身都有各自的利弊，但是基于科学技术的不断发展，现阶段盐酸酸洗技术更加完善，被广泛应用到很多领域。

1.4 自动化控制系统的构成

冷轧酸洗机组具备的自动化控制系统主要由零级系统、基础自动化系统、过程控制系统、网络系统以及HIMI系统共同组成。其中零级系统主要由传动系统以及仪表检测系统构成；过程控制系统的组成主要包括一套相对独立的HIMI 系统。HIMI系统包含HIMI服务器与客户机。自动化系统所应用的控制等级为4级，其中涵盖了现场控制等级中的0级，基础自动化控制等级中的1级，过程自动化控制等级中的2级以及生产执行控制等级中的3级。目前的冷轧酸洗机组很多都是借助PLC进行控制。随着科学技术的不断发展进步，自动化控制系统的功能性与自动化得到了显著提升。

2 冷轧酸洗机组自动化控制系统分析

2.1 入口段点位技术控制

2.1.1 钢卷运输

对钢卷小车从NO.1与NO.2处至入口活套的顺序进行有效控制。

2.1.2 对酸洗入口的先后顺序进行控制

对酸洗进口顺序实行控制，主要包括带头主动移动至穿带导板、钢带卷由预开卷点位至开卷机点位、带钢头自行进行裁剪、带钢头自行穿带至等候区、带钢头由等候区自动穿带到焊接、带钢尾自行进行裁剪、带钢尾自行甩尾到焊接、对带钢进行焊接、焊缝冲月牙。

2.1.3 对入口活套进行控制

在对入口活套进行控制时，应该结合入口速度、出口速度还有增加速度然后再给出相应的预设定值，与此同时为空套位置、设定套量位置、最大套量位置提供相应预设定值。如果是入口段是由于开展焊接作业而出现停车，基于此种情况进口活套会主动将带钢运输至工艺段，如果此时的入口活套套量小于设定位置，那么入口段会开启的爬行速度，之后再按一下运行按键，让按键保持不按状态，那么入口段就会开启加速度操作，此时此刻进口段的实际运作速度应为工艺段此时运作速度+加速度值；如果入口活套刚好在设定套量位置，此时工艺段应该与之维持同一速度；如果工艺段是停车状态，此时入口活套正处于设定套量位置，这是入口段会自行降至爬行速度，相应操作人员应该通过手动干预的形式终止入口段进程，抑或是当进口活套套量满足最大套量位置的时候，进口段也会自动中断运行。当入口活套处于空套位置时，工艺段会自行停止运行。

2.2 跟踪控制带钢

2.2.1 对活套进行有效控制

对活套位置进行实时监测，针对一些脱离活套控制的运行速度也十分有必要实行活套位置控制。此种控制模式能够对带钢进行定位，结合带钢在进出口时的速度以及增加的速度值进行运算，实际活套位置除过带钢股数。依据带钢的入出口速度还有增加的速度对预设定值进行设定。

2.2.2 跟踪焊缝

对于已经存在的焊缝应该追踪到相应的月牙剪以及圆盘位置。

2.3 对带钢张力进行有效控制

对酸洗机组中的带钢张力进行控制时主要应该从以下3方面的张力进行控制：额定张力、穿带张力以及临时停车张力。控制带钢的额定张力是为了保证带钢在实际运输中拥有更好的安全性与可靠性，预设定的张力值会在HIMI系统的帮助下传递给开卷机中的传动系统里。临时停车张力从字面上理解就是当机组出现临时停车情况而产生的张力，之所以会出现这一症状主要是因控制系统产生延迟后系统传输出来的停车信号造成的，此时张力值预计会达到额定张力值的30%左右。穿带张力通常也会控制在额定张力的30%左右[3]。

2.3.1 控制额定张力或操作张力

应该对入口端的带钢张力进行充分设定以此来确保带钢一直处于紧绷状态便于实现顺利运输。带钢在工艺段的张力应该能确保其实现正常运行，拉矫机张力与弯曲辊、矫直辊的压入深度值应当结合带钢横截面、材料性质以及材料形状，借助过程计算机单独创建的数据表格或者借助HIMI系统经过操作人员手动进行设置。

2.3.2 控制穿带张力

当带钢面对穿入与穿出操作时，此时它的穿带张力通常都不是很大，大概是额定张力的1/3左右，该张力值能够促使带钢始终处于相对紧绷的状态。带钢的张力值能够通过人工手动进行操作或者自主进行输入。

2.3.3 对临时停车时的张力进行控制

临时停车张力出现的原因在于机组因接收到控制系统传输出来的延时信号而发生临时停车，从而出现了临时停车张力。这时的张力值等同于带钢在酸洗入口段的张力值，大概是30%的额定张力。对临时停车张力进行设定时应该依据带钢张力的自动功能实现设定，同时在传动系统处于相对稳定的状态下进行落实，通常带钢此时的张力值会略高于临时停车张力设定值[4]。

2.4 对带钢速度进行良好控制

对酸洗机组中的带钢速度进行控制其实质是对入口段速度、工艺段速度及其出口速度进行有效控制，在很大程度上控制的科学性、合理性以及有效性对于企业在每项作业的生产质量与效率方面具有非常重要的影响。此外，为了保证每项作业任务能够得以顺利实现，应该在带钢进行焊接前对入口速度进行科学合理、高效设置。

2.4.1 酸洗入口段的速度设定

在带钢未完成焊接操作前，并且酸洗机组未开始进行联动启车的时候应该对如下两个速度实现设定控制：首先明确NO.1纠偏辊压辊，NO.1张力辊与压辊在速度上是一样的，其次是确保开卷机、处理器二者的速度相一致，也叫做穿带速度，最大速度设定为60m/min。对两个速度进行选择时其带钢速度可以不同但是能够实现一同运行，当带钢完成焊接作业，酸洗机组也实现联机启动后，只允许有同一个带钢速度实现运行，设定入口段的正常运行速度时应该将NO.1中张力辊的速度作为参考[5]。

2.4.2 酸洗工艺段的速度设定

当运行正常时，拉矫机NO.3张力辊速度不仅是工艺段速度设定的参考对象，还是整个机组设定运行速度的基准。

2.4.3 酸洗出口段的速度设定

碎边剪与NO.4张力辊速度设定使用同一基准。当运行正常时，出口段设定速度标准应该参考NO.4中的张力辊速度。

2.5 对工艺段速度以及出口段速度进行控制

利用工艺段技术对圆盘剪进行控制，为了保证碎边剪兼备微弱的牵引速度，要求圆盘剪速度低于碎盘剪速度。

2.5.1 对拉矫机的运行速度进行控制

由于NO.2与NO.3张力辊间存在一定的速度差，故而形成了拉矫机张力[6]。对拉矫机进行操作的具体方式有如下3种：①延伸率不加入模式。在该操作模式下，不仅要对延伸率在实际传动时的速度实行设定而且还应该对变形程度给予预设定。②张力模式。在这种操作模式下，延伸率具体的力矩有可能会被恒定，简言之所具备的实际力矩是预设定力矩的恒定值，通过张力传动模式达到控制负荷平衡的目的进而促使规定力矩得到保证。在焊缝合格的情况下，可以给延伸率现有的设定值多加一个附加值，以此来确保拉矫机带钢张力保持平稳的效果。③延伸功能加入方式。处于这种操作模式下，延伸率在传动过程中的速度应该结合规定好的延伸率来进行预设定，同样借助张力传动的形式对负荷平衡进行有效控制以此来确保设定力矩不受影响。

2.5.2 对圆盘剪段进行合理控制

为了保证碎边剪存在一定的牵引速度，酸洗机组的运行速度应该小于碎边剪的预设定速度，即偏移量与设定值相加之和。

2.5.3 对NO.1与NO.2出口活套进行合理控制

（1）对活套位置实行监视。对不受活套控制操作的部分机组速度执行活套位置监控。

（2）活套位置控制。NO.1出口活套的主要功能为面临停车状况时，积累由工艺段运输过来的带钢。当工艺段速度大于圆盘剪段速度时，活套位于设定套量位置，工艺段速度则会降低到爬行速度。当其处于最大套量位置时，工艺段会停止工作。NO.2出口活套的主要功能为保存累计的带钢，当出现停车时，其出口活套能提供充足的带钢。当此时的活套小于设定位置时，先动用爬行速度，之后按动一次运行按钮，保持按钮不作任何操作，圆盘剪段便会执行提速操作，这时圆盘剪段的运转速度是轧机入口速度与加速度的总值。当活套刚好在设定套量位置时，其速度会下降到轧机入口速度值。一旦轧机发生停车，该出口活套刚好在设定套量位置，圆盘剪段速度会低至爬行速度，这是相应操作人员应该通过手动的方式进行停车，或者该出口活套运行至最大的套量位置时也会停车。

3 结语

总而言之，为了更好的解决近年来由于冷轧钢铁需求量的不断上涨，而出现的一系列关于生产质量与效率的问题，必须要对酸洗工作进行高度重视。冷轧酸洗机组作为酸洗处理的关键设备，还需要对其内部的自动化控制系统水平进行不断提高。根据上述研究发现，只有保证酸洗机组的所有控制系统都能够实现科学、合理运行，才能够保证酸洗工艺发挥出应有的效果，进而为钢铁生产企业实现更好的发展保驾护航。