白彥剛

（河鋼股份有限公司承德分公司、河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067000）

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電氣自動(dòng)化技術(shù)獲得了更為廣泛的關(guān)注。此次技術(shù)升級(jí)在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中技術(shù)水平較為先進(jìn)，已在其它棒材生產(chǎn)線得到應(yīng)用和推廣，不僅大幅降低了設(shè)備故障率及噸鋼能耗，提高了成材率和生產(chǎn)效率，而且能夠適應(yīng)更多品種鋼的軋制，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。同時(shí)，在國(guó)內(nèi)同種行業(yè)同種設(shè)備情況下，提供了技術(shù)借鑒，具有廣泛的推廣前景。

1 棒材生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

1.1 棒材生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)范圍廣、種類(lèi)多，不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中需要用到的生產(chǎn)工藝都是不一樣的，例如在生產(chǎn)手法、選材等環(huán)節(jié)都是不一致的，會(huì)因?yàn)樯a(chǎn)效果不同而有所變化。棒材生產(chǎn)線是眾多生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的一部分，就常規(guī)的生產(chǎn)工藝而言，棒材生產(chǎn)工藝就相當(dāng)于是選材的一個(gè)環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)是非常重要的，大多數(shù)情況下都會(huì)選擇連軸坯，材料的選擇必須要非常謹(jǐn)慎，要嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)線的實(shí)際需要。采購(gòu)到符合國(guó)標(biāo)的材料之后將連軸坯統(tǒng)一放置到儲(chǔ)存庫(kù)中，再按照工藝流程對(duì)坯料進(jìn)行檢驗(yàn)，優(yōu)質(zhì)或合格的則置于加熱爐中進(jìn)行加工，如果有質(zhì)量不合格或重量不達(dá)標(biāo)的，則全部舍棄。進(jìn)行了第一道加熱處理工序之后，再進(jìn)行第二道剪軋工序，先對(duì)熱爐中的鋼材進(jìn)行粗軋，再按照要求和尺寸進(jìn)行精軋，剪切完成之后，進(jìn)行最后一道工序，即對(duì)剪切好的鋼材進(jìn)行稱重和打包，再貼上廠家的標(biāo)簽，如此一來(lái)鋼材就可以拿到市場(chǎng)上進(jìn)行交易。

1.2 棒材生產(chǎn)線

棒材生產(chǎn)線分為兩種方式，一種為橫向的軋制，另一種則是縱向上的軋制，通過(guò)兩種方式相結(jié)合的方式，利用軋機(jī)對(duì)鑄造成形的鋼材進(jìn)行有規(guī)則的軋制，以形成各種各樣的棒材。棒材的生產(chǎn)是先將連軸坯料置于高溫的加熱爐中高溫融化成液體，再將液體倒在不同形狀的模具中冷卻，整個(gè)生產(chǎn)的過(guò)程中對(duì)溫度的要求是非常嚴(yán)格的以往傳統(tǒng)的棒材生產(chǎn)方式為了實(shí)現(xiàn)鋼材的精確剪軋，會(huì)在軋制過(guò)程中進(jìn)行連續(xù)反復(fù)的操作，導(dǎo)致溫度控制不到位，棒材的質(zhì)量受到影響。如今為了減少軋制過(guò)程中溫度的損失，對(duì)棒材的軋制技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化與創(chuàng)新，大大縮短了軋制時(shí)間與流程，一定程度上加強(qiáng)了溫度的控制，達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)的需要。目前我國(guó)的大部分棒材生產(chǎn)線都是采用多條生產(chǎn)線同時(shí)作業(yè)的方式，并明確區(qū)分粗糙軋制和精確軋制，將不同需求的鋼材分配到不同的作業(yè)區(qū)進(jìn)行操作，減少作業(yè)誤差，提高棒材生產(chǎn)效率與棒材的質(zhì)量。

2 系統(tǒng)的配置以及兩級(jí)控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)的配置

鋼材是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中必不可少的材料之一，例如房屋修建、工廠生產(chǎn)作業(yè)都需要用到鋼材，為了保證鋼材的數(shù)量能夠滿足建筑與工業(yè)生產(chǎn)的需要，提高鋼材的生產(chǎn)效率，相關(guān)技術(shù)人才充分利用現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新了鋼材生產(chǎn)線的生產(chǎn)技術(shù)，即鋼材生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)技術(shù)以及人工智能，創(chuàng)新出自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)流程中輔以人工力量，實(shí)現(xiàn)鋼材的高質(zhì)量高產(chǎn)出。要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制，就需要安裝相應(yīng)的基礎(chǔ)配置以及二級(jí)控制系統(tǒng)，首先是系統(tǒng)的基礎(chǔ)配置，包括了PLC以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控設(shè)備，對(duì)生產(chǎn)流程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并做出反應(yīng)，達(dá)到自動(dòng)化控制的效果。對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制，能夠減少人工的參與，鋼材的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些有害人體的物質(zhì)，減少人工參與，能夠保證工人的身體健康。

2.2 二級(jí)控制系統(tǒng)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)的基礎(chǔ)配置和二級(jí)系統(tǒng)配置，才能夠滿足生產(chǎn)線的基本需求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性?；A(chǔ)配置保證系統(tǒng)的整體能夠有序穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，二級(jí)控制系統(tǒng)則在此基礎(chǔ)上加深對(duì)物料的分析與處理，一般安裝的是報(bào)表生成系統(tǒng)。在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與記錄物料的具體情況，根據(jù)大數(shù)據(jù)分析物料的特質(zhì)，并生成相應(yīng)的報(bào)表，當(dāng)需要時(shí)可隨時(shí)查詢，保證生產(chǎn)的有效性，減少人工損失，提高生產(chǎn)質(zhì)量。

3 棒材軋線主要自動(dòng)化控制模型及功能分析

在棒材生產(chǎn)線實(shí)行完全自動(dòng)化控制之前，要仔細(xì)研究與測(cè)量自動(dòng)化控制系統(tǒng)的各方面是否智能，是否能滿足棒材軋線的生產(chǎn)需求，前期相關(guān)設(shè)計(jì)人員肯定會(huì)大量分析與研究相關(guān)資料，最后得出這樣的結(jié)論。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，軋線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)行不僅要有大量的文獻(xiàn)材料做支撐，還需要用具體的數(shù)據(jù)做為依據(jù)，所以先創(chuàng)建一個(gè)模型，將所需功能通過(guò)模式實(shí)現(xiàn)，并對(duì)這些功能做出分析，才能真正運(yùn)用到生產(chǎn)線中。首先是模擬分析軋鋼功能，將PLC接通，在模型上測(cè)試軋線上會(huì)遇到的所有情況，檢驗(yàn)自動(dòng)化控制下是否依然存在堆鋼、拉鋼等問(wèn)題。此外還需要注意的是控制自適應(yīng)模型中的微張力控制，通過(guò)張力模擬檢驗(yàn)軋機(jī)的綜合性能，評(píng)估軋線的穩(wěn)定性。

為了更直觀的體現(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能，制定了活套的自動(dòng)化控制模型。在測(cè)試活套自動(dòng)控制的有效性時(shí)可以合理利用這一模型，檢測(cè)仿真模型在動(dòng)態(tài)活套套高的變化中能否自動(dòng)進(jìn)行判斷與反應(yīng)，通過(guò)對(duì)模型的利用檢測(cè)系統(tǒng)的效果，保證軋制的平穩(wěn)有序運(yùn)轉(zhuǎn)。軋機(jī)在對(duì)鋼材進(jìn)行軋制、剪切時(shí)都需要嚴(yán)格把握位置的精確性，以免因錯(cuò)位或其他原因?qū)е落摬募羟谐霈F(xiàn)誤差，為了更好地實(shí)現(xiàn)軋機(jī)的準(zhǔn)確性，可以在軋機(jī)的內(nèi)部安裝實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，利用先進(jìn)的GPS定位系統(tǒng)，準(zhǔn)確對(duì)機(jī)線上流動(dòng)的棒材進(jìn)行定位，減少操作誤差，提高生產(chǎn)質(zhì)量。

4 棒材生產(chǎn)線控制

4.1 速度級(jí)聯(lián)控制

棒材生產(chǎn)過(guò)程中需要注意的因素有很多，其中最為重要的主要包括了溫度的控制以及速度的把控，本文主要分析了棒材生產(chǎn)線電氣傳動(dòng)及自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以看到要做好棒材生產(chǎn)線的控制，需要從多個(gè)方面入手，以保證棒材的質(zhì)量。

棒材的產(chǎn)出是經(jīng)過(guò)多道程序加工而成的，為了完成不同斷面的棒材，需要多生產(chǎn)的鋼材進(jìn)行多次軋制，每一道軋制工序都直接影響著棒材的質(zhì)量，所以首要環(huán)節(jié)就是做好棒材生產(chǎn)線的速度級(jí)聯(lián)控制。軋制過(guò)程中采用多臺(tái)設(shè)備同時(shí)作業(yè)的方式，先調(diào)試好第一臺(tái)設(shè)備的速度和間隔時(shí)間，其他的設(shè)備都以此數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置對(duì)應(yīng)的控制基數(shù)。軋制環(huán)節(jié)還可能會(huì)遇到其他不確定因素，要要提前做好預(yù)防措施，借助活套閉環(huán)控制系統(tǒng)或人為的手動(dòng)干預(yù)措施，對(duì)上游的機(jī)架速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)控制。

4.2 活套閉環(huán)控制

活套閉環(huán)是棒材生產(chǎn)中避免生產(chǎn)安全問(wèn)題發(fā)生的重要措施之一，棒材生產(chǎn)線是一條流程較長(zhǎng)的生產(chǎn)線，軋制只是其中一個(gè)環(huán)節(jié)，鋼材是需要先經(jīng)過(guò)熱爐的加工才能進(jìn)行剪軋。兩個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)同時(shí)進(jìn)行就可能會(huì)出現(xiàn)信息不對(duì)稱的問(wèn)題，當(dāng)上游機(jī)械速度較快時(shí)，鋼材軋制這一環(huán)節(jié)就會(huì)出現(xiàn)大量鋼材堆積、拋鋼等局面，影響鋼材的正常軋制。為了避免堆鋼、拉鋼問(wèn)題的出現(xiàn)，在軋制區(qū)專門(mén)設(shè)置了活套裝置，這一裝置是以活套的高度為目標(biāo)，當(dāng)設(shè)備監(jiān)測(cè)到活套的高度大于設(shè)定的高度值時(shí)，就會(huì)對(duì)速度級(jí)聯(lián)裝置做出反應(yīng)，適當(dāng)?shù)慕档蜕嫌螜C(jī)架的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，如果檢測(cè)到活套高度較低時(shí)，也會(huì)自動(dòng)逐級(jí)調(diào)整上游機(jī)架的速度，保證棒材生產(chǎn)線按照適當(dāng)?shù)乃俣绕椒€(wěn)運(yùn)行。

4.3 起落套控制

活套的閉環(huán)控制能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)棒材生產(chǎn)線上下游的機(jī)架運(yùn)轉(zhuǎn)速度是否協(xié)同配合，如果出現(xiàn)不協(xié)調(diào)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行控制，保證各環(huán)節(jié)設(shè)備能夠協(xié)調(diào)運(yùn)行。除此之外，還要做好起落套的控制，為了保證鋼材能夠滿足不同市場(chǎng)的需求，在生產(chǎn)中會(huì)設(shè)置粗軋和精軋兩個(gè)軋制區(qū)，而活套的起落時(shí)間則直接關(guān)系著軋鋼的質(zhì)量。設(shè)備上設(shè)置的活套起落時(shí)間是通過(guò)精確測(cè)量的，最后得出適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，無(wú)論是活套起套過(guò)早還是過(guò)晚，都會(huì)造成鋼坯沒(méi)有得到嚴(yán)格軋制的現(xiàn)象。起套太早，坯料還未流轉(zhuǎn)至下個(gè)環(huán)節(jié)的機(jī)架中，導(dǎo)致堆鋼；起套過(guò)晚，加大了拉鋼的幾率；落套也是一樣的，落套過(guò)早造成拉鋼；落套太晚出現(xiàn)甩鋼。

4.4 沖擊補(bǔ)償控制

鋼材軋制的環(huán)節(jié)中，是通過(guò)軋機(jī)將鋼坯進(jìn)行精軋或粗軋，軋機(jī)是非常大型的機(jī)器，在軋制這個(gè)環(huán)節(jié)中主傳動(dòng)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊，并引發(fā)速降，這個(gè)沖擊力的影響巨大，如果沒(méi)有進(jìn)行有效控制，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)事故的發(fā)生。要實(shí)現(xiàn)棒材生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制還需要做好沖擊補(bǔ)償控制，在軋機(jī)出現(xiàn)空載時(shí)通過(guò)速度的補(bǔ)償量減小速降的沖擊，當(dāng)軋機(jī)咬鋼后再把補(bǔ)償量取消，由軋機(jī)按照常規(guī)的速度進(jìn)行鋼坯軋制，實(shí)現(xiàn)軋機(jī)全過(guò)程的平穩(wěn)運(yùn)行，減少堆鋼、拉鋼事故。

4.5 飛剪控制

為了提高棒材的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)鋼材的精準(zhǔn)軋制，軋線上都會(huì)設(shè)置三臺(tái)飛剪，從鋼材進(jìn)入生產(chǎn)線到出廠都是由這幾臺(tái)飛剪進(jìn)行相應(yīng)的剪切，以滿足市場(chǎng)上對(duì)不同斷面鋼材的需求。軋線上從開(kāi)始到結(jié)束都會(huì)配置3臺(tái)不同型號(hào)的飛剪，包括生產(chǎn)線最前端的粗軋飛剪，主要功能是對(duì)剛進(jìn)入生產(chǎn)線的鋼坯進(jìn)行剪切，剪掉鋼坯頭部的不規(guī)則或多余的部分；在軋線的中部安裝的是另一型號(hào)的中軋?jiān)O(shè)備，對(duì)粗軋之后的鋼坯進(jìn)行軋制，然后安裝2號(hào)飛剪，對(duì)中軋之后的鋼材再次剪切多出來(lái)的頭部或尾部；最后的飛剪則是要求非常精確的，主要是對(duì)精軋之后的鋼材進(jìn)行精確修剪，相當(dāng)于量尺的作用，按照設(shè)定的長(zhǎng)度寬度進(jìn)行剪切，剪切完成后鋼材就可以準(zhǔn)備出廠了。飛剪這一環(huán)節(jié)是軋線的重點(diǎn)也是軋機(jī)的控制難點(diǎn)，主要是因?yàn)楸仨毦_控制飛剪的位置以及速度，如果位置出現(xiàn)偏差會(huì)嚴(yán)重影響鋼材質(zhì)量，剪切速度也直接關(guān)聯(lián)到下游機(jī)架的工作。

4.6 保護(hù)聯(lián)鎖

棒材的軋制過(guò)程中無(wú)論是粗軋、中軋還是精軋，都是一條聯(lián)通的生產(chǎn)線，使用的設(shè)備都是同一套，可能都是由一臺(tái)主電機(jī)進(jìn)行控制。在這環(huán)環(huán)相連的軋機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，為了減少事故對(duì)主電機(jī)的影響，好應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)主電機(jī)安全的保護(hù)，增加保護(hù)聯(lián)鎖，避免軋機(jī)在工作的一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致整條生產(chǎn)線的設(shè)備被損壞。軋機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，有兩個(gè)因素要控制到位，一個(gè)是軋機(jī)的速度，另一個(gè)是軋機(jī)的溫度，如果溫度過(guò)高也可能會(huì)燒壞設(shè)備，所以要做好檢測(cè)，保護(hù)軋機(jī)的正常規(guī)范生產(chǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，我國(guó)鋼材市場(chǎng)的需求量越來(lái)越大，作為小型材料的棒材，在我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中占據(jù)著重要的位置。對(duì)于鋼材的生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化生產(chǎn)線能夠起到很大的幫助。以往傳統(tǒng)的橫列式等的落后生產(chǎn)工藝在現(xiàn)階段鋼材生產(chǎn)過(guò)程中被逐漸淘汰，取而代之的就是生產(chǎn)線的使用。生產(chǎn)線的使用夠極大的滿足更多的生產(chǎn)需求，并能夠減少生產(chǎn)成本的投入，進(jìn)而獲得更好的鋼材。