李 鑫 張鐘勝

(寶鋼集團(tuán)八鋼公司軋鋼廠，新疆 830022)

在棒線材的軋制過程中，很多自動化控制需要根據(jù)坯料的運(yùn)行位置來完成。常用的方法是采用安裝12 個熱金屬檢測器進(jìn)行坯料位置的全過程跟蹤。通過各個熱金屬檢測器分別采集坯料在不同位置的信號，將各個信號作為觸發(fā)信號來驅(qū)動連續(xù)軋制過程中軋機(jī)的級聯(lián)關(guān)系動作，完成投入切出、微張力投入切出、活套的起落及調(diào)節(jié)、咬鋼補(bǔ)償?shù)耐度肭谐龅纫幌盗泄に嚥襟E。但是受工廠內(nèi)溫度變化大、濕氣較大的影響，一般國產(chǎn)的熱金屬檢測器等元件使用壽命只有幾個月，失效的檢測元件會導(dǎo)致坯料跟蹤出錯。

針對多個熱金屬檢測器容易發(fā)生跟蹤失效的問題，設(shè)計(jì)了一種新型棒線材坯料自動跟蹤系統(tǒng)，只需要安裝采用一個熱金屬檢測器就可以測算出棒線材坯料在軋制過程中的各個位置，并發(fā)出相應(yīng)的控制信號驅(qū)動連續(xù)軋制過程的順利銜接。這樣可大幅度減少棒線材坯料軋制過程中的故障點(diǎn)，提高棒線材坯料跟蹤的準(zhǔn)確性和實(shí)時性，提高棒線材坯料軋制工作的可靠性，杜絕生產(chǎn)事故。

1 工作原理

新型棒材線材自動跟蹤系統(tǒng)是在出爐輥道末端和第一架粗軋機(jī)之前安裝一個熱金屬檢測器。這樣的安裝位置是因?yàn)樵搮^(qū)域環(huán)境相對穩(wěn)定(溫度、濕度都不高)，能夠有效地保證熱金屬檢測器的工作穩(wěn)定性，延長其使用壽命。在軋制過程中，經(jīng)過適當(dāng)?shù)难訒r，由控制計(jì)算機(jī)分別發(fā)出P1、P2、P3、P4、P5、P6 各點(diǎn)的位置信號，并將其轉(zhuǎn)化為電氣信號，作為觸發(fā)信號驅(qū)動連續(xù)軋制過程中各關(guān)聯(lián)步驟依順序進(jìn)行。該方法解決了軋制速度變化對連續(xù)軋制過程中各環(huán)節(jié)的干擾。

如圖1 所示，以初軋為例，分別為每架軋機(jī)定義坯料頭部所到達(dá)的6 個位置:P1、P2、P3、P4、P5、P6。軋機(jī)的速度設(shè)定為Vn(第n 架軋機(jī)的轉(zhuǎn)速，其中n 為機(jī)架號)。

當(dāng)坯料到達(dá)熱金屬檢測器時，控制計(jì)算機(jī)開始進(jìn)入坯料位置跟蹤狀態(tài)，由控制計(jì)算機(jī)發(fā)出P1點(diǎn)位置信號。依此類推，隨著坯料在軋機(jī)上的運(yùn)行，由控制計(jì)算機(jī)分別發(fā)出P2～P6 點(diǎn)的位置信號。

2 建立數(shù)學(xué)模型

首先進(jìn)行以下定義。

熱金屬檢測器至P1 點(diǎn)之間的距離為:L1;

P1 至P2 之間距離為:L2;

P2 至P3 之間距離為:L3;

P3 至P4 之間距離為:L4;

P4 至P5 之間距離為:L5;

P5 至P6 之間距離為:L6。

1H 軋機(jī)的速度為:V1;

2V 軋機(jī)的速度為:V2;

3H 軋機(jī)的速度為:V3;

……;最后一架軋機(jī)速度為:Vn。

圖1 軋機(jī)各跟蹤點(diǎn)示意圖Figure 1 Illustration of rolling mill trace points

當(dāng)熱坯到達(dá)熱金屬檢測器位置處時，控制計(jì)算機(jī)進(jìn)入坯料跟蹤狀態(tài)。

延時T1=L1/V1(s)啟動P1 點(diǎn)，發(fā)出相應(yīng)的位置信號;

延時T2=L2/V2(s)啟動P2 點(diǎn)，發(fā)出相應(yīng)的位置信號;

……

延時T6=L6/V6(s)啟動P6 點(diǎn)，發(fā)出相應(yīng)的位置信號。

以此類推，以1H 軋機(jī)處的坯料跟蹤P6 為2V 軋機(jī)的起始信號(相當(dāng)于1H 軋機(jī)前的熱檢信號)，按同樣原理延時啟動2V 軋機(jī)的P1/P2/P3/P4/P5/P6，分別發(fā)出相應(yīng)的位置信號;以2V 軋機(jī)處的坯料跟蹤結(jié)束為3H 軋機(jī)的起始信號，啟動3H 軋機(jī)的P1/P2/P3/P4/P5/P6，分別發(fā)出相應(yīng)的位置信號;……;以5H 軋機(jī)處的坯料跟蹤結(jié)束為6V 軋機(jī)的起始信號，啟動6V 軋機(jī)的P1/P2/P3/P4/P5/P6，分別發(fā)出相應(yīng)的位置信號;按相同方法啟動下游順序各機(jī)架的各位置信號直到最末架軋機(jī)K1 軋機(jī)的P1/P2/P3/P4/P5/P6，分別發(fā)出相應(yīng)的位置信號。

當(dāng)1H 軋機(jī)的熱檢信號消失時(坯料已經(jīng)經(jīng)過)，按照同樣原理依次切斷P1/P2/P3/P4/P5/P6 點(diǎn)的位置信號。按此操作方法實(shí)現(xiàn)坯料在軋制線上的實(shí)時跟蹤。

為了避免1H 軋機(jī)前熱檢損壞或者熱檢信號異常，在各機(jī)架的P4 點(diǎn)位置的咬鋼信號設(shè)置修正點(diǎn)作為補(bǔ)充。各機(jī)架咬鋼信號是根據(jù)各軋機(jī)電流信號的變化來確定(如圖2 所示的1H 機(jī)架PLC程序設(shè)置)。軋機(jī)在有負(fù)荷情況下電流保持在300 A 以上，無負(fù)荷情況下電流保持在80 A 以下，一般以200 A 電流為標(biāo)準(zhǔn)觸發(fā)位置信號(有鋼信號)，50 A 電流為觸發(fā)切除位置信號(無鋼信號)。根據(jù)各生產(chǎn)線軋制力的不同情況，這兩個電流值也可以適當(dāng)做出調(diào)整以適應(yīng)不同軋制狀況。

圖2 1H 軋機(jī)的PLC 程序設(shè)置Figure 2 PLC program design of 1H rolling mill

圖3 西門子WinCC 實(shí)時監(jiān)控畫面Figure 3 Real time monitoring picture of Siemens WinCC

3 應(yīng)用

坯料跟蹤的應(yīng)用范圍非常廣泛，可應(yīng)用于軋制工藝或各類生產(chǎn)的實(shí)時監(jiān)控。

例如應(yīng)用于西門子WinCC 監(jiān)控系統(tǒng)的軋機(jī)畫面(如圖3 所示)，可以直觀的顯示出坯料在軋制線上的實(shí)時位置。

在棒線材自動軋制中還可以為實(shí)現(xiàn)各機(jī)架之間的微張力、活套調(diào)節(jié)、故障碎斷提供參考數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)都使用的是各個機(jī)架的P1/P2/P3/P4/P5/P6 點(diǎn)位置信號結(jié)合而成的復(fù)合點(diǎn)，從而避免了因采用大量的熱金屬檢測器采集信號而出現(xiàn)的信號波動造成功能失效的問題，并且為棒線材軋制的自動控制提供了比較直觀的控制點(diǎn)。

4 結(jié)論

新型棒材坯料自動跟蹤系統(tǒng)只用一個熱金屬檢測器就可實(shí)現(xiàn)軋制過程中的坯料位置全過程自動跟蹤，大幅提高了工作的穩(wěn)定性，減少了不良環(huán)境因素對軋制過程的影響，既降低了生產(chǎn)成本，又提高了生產(chǎn)效率，具有突出的技術(shù)優(yōu)勢和實(shí)用性，值得大力推廣應(yīng)用。