酸洗生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、優(yōu)化連續(xù)酸洗生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本唐鋼冷軋薄板廠殷雅楠 劉巍巍 張利軍 劉明摘要：本文講述了在酸洗生產(chǎn)過程中優(yōu)化自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工藝改進(jìn)的措施和方法。關(guān)鍵詞：工藝改進(jìn)、自動(dòng)控制、系統(tǒng)優(yōu)化、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本前 言：連續(xù)酸洗線是冷軋的第一道工序，酸洗質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到后續(xù)工藝的質(zhì)量，關(guān)系到冷軋廠的經(jīng)濟(jì)效益。下面根據(jù)一年來酸洗生產(chǎn)中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)介紹一下通過工藝改進(jìn)和連續(xù)酸洗生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本一些方法。酸洗工藝簡(jiǎn)介：冷軋薄板廠連續(xù)酸洗線由意大利DANIELI公司設(shè)計(jì)，采用3段式連續(xù)淺槽式高速Turboflo®紊流 酸洗工藝。

2、生產(chǎn)線入口采用雙開卷機(jī)，保證兩條生產(chǎn)線通過焊接后的連續(xù)生產(chǎn)；入口活套和出口活套將生產(chǎn)線分割為入口區(qū)域和出口區(qū)域，出口區(qū)域采用單卷曲方式。生產(chǎn)線的中間環(huán)節(jié)采用了破鱗-酸洗-平整這種獨(dú)特的布置方式，鋼帶通過破鱗機(jī)時(shí)將表面的氧化鐵皮進(jìn)行松散剝離，經(jīng)過酸洗槽，漂洗槽和烘干等設(shè)備確保鋼帶的酸洗質(zhì)量，通過平整機(jī)改善板型，提高產(chǎn)品的表面質(zhì)量。1. 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，提出合理的數(shù)學(xué)模型，提高生產(chǎn)線機(jī)時(shí)產(chǎn)量，提高作業(yè)率的同時(shí)保證酸洗質(zhì)量。意大利DANIELI公司提供的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)線速度一直是靠操作工修改，速度變化率大，速度高，生產(chǎn)不穩(wěn)定，給生產(chǎn)組織和設(shè)備維護(hù)帶來極大困難。經(jīng)過酸洗生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的深入分析和研

3、究，我們對(duì)生產(chǎn)線原有的控制系統(tǒng)進(jìn)行了大膽的創(chuàng)新，添加了原來不存在的速度控制的數(shù)學(xué)模型，部分模型如下： 其中 ： L 鋼帶長(zhǎng)度 系數(shù)（與鋼種有關(guān)） 運(yùn)行系數(shù)（與工作區(qū)域有關(guān)） T1 活套排空系數(shù) Tmin 最小套量 Tmax 最大套量 t 工作時(shí)間 工藝速度 超速度在將速度模型應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)的同時(shí)，對(duì)酸洗模型和速度模型的綜合考慮，摸索出比較系統(tǒng)的符合連續(xù)酸洗線生產(chǎn)實(shí)際的自動(dòng)控制系統(tǒng)的相應(yīng)活套控制參數(shù)，剪切系數(shù)、鋼種、運(yùn)行系數(shù)等參數(shù)，使酸洗模型和速度模型結(jié)合更加緊密，提高了酸洗生產(chǎn)中的工藝速度，減少了人為對(duì)生產(chǎn)線工藝速度的干預(yù)，提高了生產(chǎn)效率。2. 根據(jù)速度控制模型解決自動(dòng)控制系統(tǒng)中制約速度控制

4、的不利因素2.1對(duì)制約生產(chǎn)線速度的焊機(jī)系統(tǒng)整改，和自動(dòng)控制功能的完善。隨著對(duì)速度模型研究的不斷深入，我們發(fā)現(xiàn)在入口區(qū)域影響速度的關(guān)鍵因素是入口焊接時(shí)間。焊接時(shí)間、工藝段速度，入口速度，入口活套套量的關(guān)系如下圖所示：在通常情況下甩尾時(shí)間和焊機(jī)焊接時(shí)間通常在3分鐘左右，一旦在準(zhǔn)備焊接過程中，焊機(jī)出現(xiàn)問題，將嚴(yán)重影響工藝段速度，影響酸洗質(zhì)量，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)線停車，產(chǎn)生停產(chǎn)斑。通過分析，我們對(duì)焊機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)和自動(dòng)控制功能的完善。主要有：l 完善焊接的對(duì)中系統(tǒng)，將對(duì)中系統(tǒng)進(jìn)行精確定位，保證在甩尾過程中鋼帶位置準(zhǔn)確；l 改善定縫刀的控制系統(tǒng)，增加定縫刀控制精度，保證鋼帶頭部尾部斷面良好；l 測(cè)量焊

5、接過程中的相應(yīng)時(shí)間，減少不必要的等待，節(jié)約焊接時(shí)間；l 完善焊接中性層的調(diào)整過程，保證焊接過程中不產(chǎn)生搭接，避免重焊，減少焊接時(shí)間；l 改進(jìn)刮削系統(tǒng)，加裝吹掃裝置保持鋼帶表面清潔，避免因焊縫表面毛刺造成平整機(jī)工作輥的劃傷。通過通過對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)中焊機(jī)控制系統(tǒng)和活套控制系統(tǒng)綜合研究、改進(jìn)和完善，優(yōu)化焊機(jī)控制系統(tǒng)系統(tǒng)響應(yīng)，焊機(jī)系統(tǒng)入口的焊接時(shí)間減少到2分半左右，減少了焊接時(shí)間，提高活套的利用率，為生產(chǎn)線連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保證。2.2對(duì)生產(chǎn)線尾部影響邊部質(zhì)量的切邊剪控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，將鋼材硬度和切邊剪的剪間隙和重疊量控制結(jié)合起來，減少刀片消耗，提高邊部質(zhì)量；在生產(chǎn)過程中經(jīng)常因?yàn)槌隹趨^(qū)域切邊剪錛

6、刀造成出口停車。通常情況下切邊剪間隙和嚙合量與鋼種和鋼帶厚度有關(guān)，如下圖：根據(jù)實(shí)際將帶鋼材質(zhì)厚度和操作工日常使用的重疊量和剪間隙寫進(jìn)二級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，并添加了自動(dòng)調(diào)刀功能，當(dāng)焊縫到達(dá)切邊剪時(shí)，自動(dòng)根據(jù)跟蹤鋼帶的鋼卷ID從二級(jí)的數(shù)據(jù)庫中下載設(shè)定當(dāng)前材質(zhì)、厚度下的刀隙和重疊量并進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。這樣減少了出口的換刀時(shí)間，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了出口運(yùn)行時(shí)間。以3.5mm帶鋼為例，出口區(qū)域速度、出口活套套量和時(shí)間的關(guān)系如下圖：通過測(cè)算，速度模型投入后，生產(chǎn)一卷3.5mm的帶鋼由原來的8分鐘減少到6分鐘左右。按此測(cè)算，每班可多增加產(chǎn)量200噸。2.3對(duì)破鱗機(jī)和平整機(jī)兩個(gè)子系統(tǒng)綜合分析，研究它們對(duì)自

7、動(dòng)控制系統(tǒng)的影響，通過對(duì)破鱗機(jī)嚙合量、延伸率、張力等的控制和平整機(jī)軋制力、平整機(jī)延伸率等的控制，摸索出合適的張力控制和延伸率控制參數(shù)模型，降低酸液消耗，提高平整板材的表面質(zhì)量；2.4通過對(duì)酸循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化控制和其他輔助設(shè)備的控制提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源介質(zhì)的消耗，降低生產(chǎn)成本。從生產(chǎn)過程中，針對(duì)影響酸洗效果的主要因素采取了如下措施：2.4.1控制氧化鐵皮的破碎程度氧化鐵皮的破碎程度關(guān)系到酸液消耗量，直接關(guān)系到酸洗的成本。經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐，我們把將用于頭部處理的拉矯機(jī)的控制程序進(jìn)行了改進(jìn)，根據(jù)不同的鋼種對(duì)入口和出口矯平輥壓下量自動(dòng)計(jì)算和調(diào)節(jié)，既平整了板型又在一定程度上起到了鋼帶頭部氧化鐵皮破碎的作用。

8、在酸槽入口，我們通過對(duì)破鱗機(jī)輥箱嚙合量自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)將氧化鐵皮進(jìn)行進(jìn)一步的破除，提高酸洗質(zhì)量。2.4.2酸循環(huán)溫度控制酸洗溫度的控制主要是酸液經(jīng)過蒸汽熱交換器加熱，控制蒸汽控制閥開度來控制酸液溫度。通過安裝在酸液輸送管道上的溫度檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)酸液溫度的閉環(huán)控制。在溫度控制中不僅充分考慮到對(duì)酸循環(huán)的溫度影響，還要考慮到漂洗區(qū)域漂洗水溫度對(duì)漂洗質(zhì)量的影響。通過對(duì)漂洗水溫度的控制和邊部吹掃烘干達(dá)到最好的漂洗效果，防止停車斑的產(chǎn)生。2.4.3控制酸液等各種介質(zhì)的離子濃度連續(xù)酸洗生產(chǎn)線的濃度控制是通過對(duì)酸液H+濃度和Fe2+離子濃度控制實(shí)現(xiàn)的。在酸洗生產(chǎn)工藝中對(duì)酸罐的酸液濃度（H+離子濃度、總酸濃度、F

9、e2+離子濃度）進(jìn)行控制，達(dá)到比較合理的酸洗環(huán)境。2.4.5鋼帶速度控制和流量控制相結(jié)合流量控制實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)是控制酸液的噴射量。通過設(shè)定的工藝段速度計(jì)算入口和出口噴射量，再通過噴射量設(shè)定來設(shè)定酸循環(huán)系統(tǒng)中酸循環(huán)泵的設(shè)定速度。l 對(duì)酸循環(huán)中間介質(zhì)進(jìn)行合理的添加為了更加有效的控制酸洗鋼帶的質(zhì)量，在酸循環(huán)區(qū)域和漂洗區(qū)域添加緩釋劑減緩鹽酸和金屬鐵反應(yīng)速度，保證酸槽內(nèi)合理的酸洗環(huán)境。l 當(dāng)鋼帶低速運(yùn)行時(shí)（小于20m/min）, 通過在漂洗區(qū)域高速噴入定量防銹劑，防止FeCl2在鋼帶表面形成結(jié)晶，影響鋼帶質(zhì)量。l 控制酸洗過程中酸性介質(zhì)的添加量，通過對(duì)酸循環(huán)流量的合理控制減少廢酸、廢水、酸霧的排放量，達(dá)到環(huán)保指標(biāo)要求。l 自動(dòng)控制系統(tǒng)二級(jí)設(shè)定功能實(shí)現(xiàn)對(duì)酸循環(huán)控制在電氣系統(tǒng)中著重通過過程PLC對(duì)酸洗線進(jìn)行控制，通過現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表檢測(cè)相應(yīng)控制點(diǎn)的狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況計(jì)算各種數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)速度控制、溫度控制、液位控制、濃度控制、流量控制、壓力控制等。過程PLC與二級(jí)服務(wù)器通訊，實(shí)現(xiàn)一級(jí)和二級(jí)的數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)框圖如下：二級(jí)服務(wù)器過程和酸洗PLC速度控制溫度控制液位控制濃度控制流量控制壓力控制等變頻器控制酸循環(huán)和生產(chǎn)線設(shè)備酸分析儀檢測(cè)酸液濃度儀器儀表實(shí)現(xiàn)對(duì)各種控制回路的檢測(cè)和閥門控制結(jié)束語：對(duì)連續(xù)酸洗線工藝改進(jìn)后，通過跟蹤計(jì)算機(jī)二級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)生