李義，何天慶，姜大鵬，劉英明，昌亮

（鞍鋼股份有限公司冷軋廠，遼寧 鞍山 114021）

現(xiàn)代冷軋板材對于表面質(zhì)量的要求越來越高，因此對設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和功能精度的要求也越來越高。鞍鋼股份有限公司冷軋廠4#線擁有一條連續(xù)退火生產(chǎn)線，該連續(xù)退火機(jī)組集清洗、退火、光整、分卷工藝于一體，能夠節(jié)省大量的中間環(huán)節(jié)、降低剪切廢料，生產(chǎn)效率顯著提高。但是在連退爐快冷段鋼板很容易出現(xiàn)擦劃傷，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。

1 存在的問題及原因

連退機(jī)組的重要組成部分連退爐是由預(yù)熱段、加熱段、緩冷段、快冷段、時(shí)效段、終冷段、水淬槽等組成。冷軋板在經(jīng)過連退爐區(qū)處理后，鋼板性能達(dá)到了退火工藝要求?？炖涠问卿摪逶诩訜岷罂焖倮鋮s的區(qū)域，快冷區(qū)域有3組可以獨(dú)立控制對鋼板上下表面冷卻的雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，共6臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)。以其中1組快冷控制為例分析，由于原系統(tǒng)采用的是2臺(tái)風(fēng)機(jī)分別給鋼板上下表面進(jìn)行冷卻，采用鋼板表面溫度閉環(huán)控制方法，將設(shè)定溫度與實(shí)際溫度比較后，經(jīng)PID控制輸出到變頻風(fēng)機(jī)，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，對鋼板進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。而2臺(tái)風(fēng)機(jī)的特性不可能完全一致，因此在風(fēng)機(jī)噴嘴處產(chǎn)生的壓力也不完全一致，導(dǎo)致鋼板易偏向壓力較小的一側(cè)，造成帶鋼與噴嘴之間產(chǎn)生擦劃等問題，損傷鋼板表面。嚴(yán)重的還可能造成鋼板刮破裂口、斷帶，造成比較大的設(shè)備生產(chǎn)事故。因此必須對該控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使2臺(tái)風(fēng)機(jī)在噴嘴出口處壓力相等，在鋼板的上下表面形成的壓力相同，不產(chǎn)生偏移，保證鋼板的表面質(zhì)量和生產(chǎn)的安全。

2 解決措施

如果能將鋼板上下表面的壓力保持同步調(diào)整，就可以實(shí)現(xiàn)鋼板上下表面壓力一致，避免鋼板產(chǎn)生偏移，從而解決鋼板擦劃問題。

2.1 現(xiàn)有系統(tǒng)的組成

連退爐區(qū)工藝控制系統(tǒng)是一套基于西門子公司PCS7的控制系統(tǒng)，主要包括硬件和軟件兩部分，通過工業(yè)以太網(wǎng)與中央控制器、HMI人機(jī)畫面信息系統(tǒng)相連。其配置如圖1所示：

圖1 連退爐控制系統(tǒng)圖

2.1.1 硬件部分

連退爐控制系統(tǒng)硬件主要包括：

（1）中央處理器：采用SIMATIC S7_417 PLC。S7_417是西門子公司S7系列PLC的一種，是西門子公司專門開發(fā)的高可靠性PLC,適用于安全性要求較高的地方。

（2）變頻器：采用6SE7037-0EK60變頻風(fēng)機(jī)，起到調(diào)節(jié)出風(fēng)壓力作用，使鋼板的降溫達(dá)到要求。

（3）操作界面：采用WINCC制作的操作界面，啟停均由界面觸屏操作。

（4）風(fēng)機(jī)動(dòng)力：電機(jī)采用400 kW，1500 r/min變頻電機(jī)。

2.1.2 軟件部分

軟件部分即風(fēng)機(jī)控制程序，主要包括兩部分：

（1）該風(fēng)機(jī)平衡控制是建立于原有控制改進(jìn)程序，采用CFC語言進(jìn)行編程，利用工廠模式進(jìn)行目錄式管理，每臺(tái)風(fēng)機(jī)擁有自己的一個(gè)控制模塊。

（2）其他輔助程序，主要是畫面編程和功能鏈接。

2.2 實(shí)現(xiàn)平衡控制程序思路

2.2.1 壓力平衡控制思路

造成鋼板上下表面壓力不平衡的原因是因鋼板上下表面2臺(tái)風(fēng)機(jī)特性不可完全一致，為了消除這種差異，避免鋼板上下表面的任何壓力不平衡，在鋼板上下表面風(fēng)機(jī)的出口新增2個(gè)壓力傳感器，對風(fēng)機(jī)的出口壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，且對風(fēng)機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制，以達(dá)到鋼板上下表面壓力平衡的目的。

2.2.2 控制程序改進(jìn)思路

原控制系統(tǒng)如果一側(cè)風(fēng)機(jī)速度達(dá)到最大值，該側(cè)噴嘴壓力不再上升，而另一側(cè)風(fēng)機(jī)速度還有提升空間，就會(huì)造成鋼板上下表面壓力不平衡。將鋼板上下表面壓力檢測值采集到控制系統(tǒng)中，進(jìn)行分析對比。當(dāng)風(fēng)機(jī)的速度低于最大速度值100%的時(shí)候，風(fēng)機(jī)速度設(shè)定值就是系統(tǒng)由鋼板溫度傳感器反饋的值換算出來的風(fēng)機(jī)輸出給定值，控制鋼板上下表面風(fēng)機(jī)壓力一致即可。如果一臺(tái)風(fēng)機(jī)速度達(dá)到100%，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出口壓力不能再提升，則利用邏輯比較觸發(fā)設(shè)定值切換，將此壓力值引入作為另一側(cè)電機(jī)的壓力設(shè)定值，對該電機(jī)速度進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)該側(cè)壓力與前面的壓力保持一致。比如鋼板上表面風(fēng)機(jī)速度反饋達(dá)到100%，那么，另一側(cè)風(fēng)機(jī)的壓力設(shè)定值就限定在鋼板上表面風(fēng)機(jī)的出口壓力值,以達(dá)到鋼板上下表面風(fēng)機(jī)的壓力值相等的目的。

通過以上控制可以保證在2臺(tái)電機(jī)能力達(dá)到極限的條件下,實(shí)現(xiàn)鋼板上下表面的壓力均衡。同時(shí)對鋼板上下表面兩側(cè)壓力差進(jìn)行監(jiān)控，防止異常原因?qū)е率鹿拾l(fā)生。目前壓力設(shè)定值為0.5 KPa超過20 s即進(jìn)行報(bào)警提示。其邏輯控制見圖2。

圖2 邏輯控制圖

2.3 改進(jìn)后系統(tǒng)

2.3.1 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)生產(chǎn)的要求以及連退機(jī)組加熱爐實(shí)際情況，在上下表面風(fēng)機(jī)出口各自新增壓力傳感器，對出風(fēng)口壓力進(jìn)行檢測，通過上下表面的風(fēng)壓檢測且在爐子的新增程序中進(jìn)行邏輯控制以實(shí)現(xiàn)上下表面風(fēng)機(jī)出口壓力相等。

（1）在風(fēng)機(jī)出口新增壓力傳感器，檢測快冷風(fēng)機(jī)噴嘴處壓力實(shí)際值。

（2）采用西門子CFC系統(tǒng)進(jìn)行編程，在CFC中編制控制接口，加入PID控制器模塊，引入鋼板上下表面風(fēng)機(jī)壓力檢測值對比邏輯運(yùn)算處理，并且在檢測過程中引入風(fēng)機(jī)壓力極限值，以限定一側(cè)風(fēng)機(jī)達(dá)到最大值的時(shí)候可以使另一側(cè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行能力限定，實(shí)現(xiàn)2臺(tái)風(fēng)機(jī)的平衡控制連鎖。

（3）將外部信號(hào)，比如斷路器合閘信號(hào)，風(fēng)門關(guān)閉信號(hào)通過CFC接入程序，利用編程將啟動(dòng)條件與風(fēng)門之間建立連鎖。

2.3.2 參數(shù)設(shè)置

（1）風(fēng)機(jī)啟動(dòng)風(fēng)門關(guān)閉時(shí)間設(shè)為15 s（根據(jù)風(fēng)機(jī)起動(dòng)電流平穩(wěn)狀態(tài)設(shè)定）。

（2）由于風(fēng)機(jī)不能長時(shí)間工作在變頻極低的速度下，長期低頻運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，因此風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度范圍設(shè)定為10%～100%。

（3）風(fēng)機(jī)控制的PID參數(shù)依據(jù)鋼板表面溫度控制目標(biāo)值的到達(dá)時(shí)間及穩(wěn)定度設(shè)定，相關(guān)參數(shù)為 P=8、I=3 s、D=0。

2.3.3 風(fēng)機(jī)運(yùn)行流程

（1）系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，由畫面操作啟動(dòng)該風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)首先檢查各安全部件是否正常，翻板位置是否正確，然后該風(fēng)機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)。

（2）風(fēng)機(jī)系統(tǒng)首先發(fā)出關(guān)閉風(fēng)門指令，以減少風(fēng)機(jī)啟動(dòng)負(fù)荷。

（3）系統(tǒng)檢測風(fēng)門關(guān)閉后，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行指令。

（4）啟動(dòng)風(fēng)機(jī)后15 s系統(tǒng)發(fā)出打開風(fēng)門指令。

（5）溫度控制模式由系統(tǒng)所帶的鋼板表面高溫檢測計(jì)進(jìn)行測量反饋，與要求的設(shè)定溫度進(jìn)行比較，對快冷段風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行PID控制。以調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，給定風(fēng)機(jī)的壓力輸出,進(jìn)而控制鋼板表面溫度。

（6）風(fēng)機(jī)壓力控制經(jīng)由風(fēng)機(jī)壓力控制設(shè)定點(diǎn)和實(shí)際風(fēng)機(jī)速度比較。保證鋼板上下表面的2臺(tái)風(fēng)機(jī)輸出相同的壓力，以保證鋼板上下表面承受的風(fēng)壓均等。

3 風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)改進(jìn)效果

快冷段風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)改進(jìn)后，極大地改善了連續(xù)退火爐的冷卻段風(fēng)機(jī)的平衡性，解決了以往出現(xiàn)的快冷噴嘴擦刮鋼板現(xiàn)象。

改進(jìn)前按每次生產(chǎn)的產(chǎn)品出現(xiàn)擦劃傷30 m每月出現(xiàn)10次，每月產(chǎn)生的廢品就有300 m，改進(jìn)后因快冷噴嘴擦刮鋼板產(chǎn)生的廢品基本為零。

4 結(jié)語

通過改進(jìn)快冷段風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，可以防止鋼板偏移中心線，避免鋼板表面與快冷噴嘴之間發(fā)生劃擦，消除了鋼板斷帶的可能性，從而提高了帶鋼的表面質(zhì)量和機(jī)組的成材率。