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[摘要]：热轧宽带钢生产线，控制系统采用SIEMENS S7 PLC 和SIMATIC TDC 的方案，系统分为过程控制级（L2 级）和基础自动化级（L1 级）两个层次，并广泛采用工业以太网和PROFIBUS 构成完整的控制网络。较好的完成了诸如微张力控制、AGC、AJC、APC 控制等热轧宽带的关键技术。
[关键词]： 带钢 自动化应用 生产
中图分类号：TG162.86 文献标识码：TG 文章编号：1009-914X（2012）10- 0242–01
一、 项目简介
河北钢铁集团，是国内特大型钢铁联合企业，年产各类钢材20000余万吨。其中热轧带钢生产线，采用半连轧控制方式，设计年产年生产热轧带钢卷：200×104 t。轧线主要工艺设备包括：两座步进式加热炉、粗轧立辊一台（E1）、粗轧平辊轧机一台（R1）、热卷箱、飞剪、精轧立辊轧机一台（E2）、精轧平辊轧机六台（F1-F6）、层流冷却、踏步式卷曲机两台。产品规格：厚度：1.2～20 mm、宽度：700～1350mm、最大卷重：20200kg。钢种：碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢、管线钢。
二、 系统介绍
连铸坯由热送衔接辊道运至称量辊道上，由板坯称重装置称量后，运至炉尾入炉辊道自动对中，然后由装钢机推入加热炉炉内。加热好的坯料，由出钢机托出放到出炉辊道上，经粗轧除鳞箱除去炉生氧化铁皮后，由辊道送往E1、R1 组成的可逆粗轧机组轧制（可逆轧制3～5 道次）。粗轧机组E1、R1 轧机的辊缝设有APC 系统。在R1 末道次粗轧机组具有与热卷箱连轧连卷功能。在R1 出口处设激光测宽仪，用于液压AGC 宽度补偿和将来上AWC 宽度控制测量宽度用。轧出合格的中间坯再由辊道送往热卷箱，卷成热卷，然后移送至开卷工位，铲头、开卷、将带钢头部引出后经飞剪切除不规则的部分后继续运行至精轧机组。精轧机组由一架立辊和六架平辊轧机组成，即E2、F1～F6。轧件依次进入立-平-平-平-平-平-平轧机连续轧制。精轧机架间设有5 台电动活套装置（即H1～H5），当轧件依次进入n+1 架轧机时，n 至n+1 架轧机之间的活套依次升起，通过套高调节系统使轧机自动调速，并通过张力调节系统使带钢在微张力、恒张力状态下轧制，轧成所需要的带钢尺寸。精轧机组F1～F6 压下系统为全液压压下，并设有液压AGC 自动厚度控制系统和工作辊正弯装置。带钢头部从精轧末架出来，经一小段辊道空冷，进入带钢层流冷却装置，根据带钢厚度、钢种、终轧温度及轧制速度，自动调节喷水组数和数量，将带钢由终轧温度冷却至所要求的卷取温度（550～650℃左右）。带钢头部咬入夹送辊，此时进行头部定位，3 个卷曲机助卷辊设定在规定位置，当带钢在卷筒上卷取3～5 圈后，建立卷取张力，并在卷取过程中进行踏步控制，以保证钢卷内圈不产生压痕，然后助卷辊打开，卷取机在恒张力状态下卷取；当带钢尾部通过夹送辊时，进行尾部定位，3 个助卷辊压下至规定位置，使带钢尾部在钢卷下面，并卷紧，保证不散卷。
三、 控制系统构成
整条轧线自动化系统本着先进、可靠、开放、经济、合理的原则全部采用西门子公司产品。总体配置方案是SIEMENS S7 PLC+SIMATIC TDC 的解决方案。系统在纵向分为过程控制级（L2 级）和基础自动化级（L1 级）两个层次，在横向划分为加热炉区、粗轧区、箱剪区、精轧区、卷取区五个区域。在L2 级和L1 级，各个区域均设置一个子网，将本区域的过程机、HMI 服务器和PLC 等控制设备连接起来，使得同一区域的PLC 之间可以快速交换数据，同时过程机和HMI 可以很方便地与本区域的PLC 交换数据。而各区域的过程机及其终端和HMI 设备是通过主干网实现互连的，从而形成一个完整的整体。
四、热带连轧关键工艺技术
1. 粗轧区主要控制技术
1.1 可逆轧机R1 的顺序控制
R1 对轧件一般要轧制多个道次，而立辊轧机E1 只在奇道次轧制，偶道次时打开空过。
1.2 粗轧区APC 控制
自动位置控制（APC）系统是指在指定的时刻将控制对象的位置自动地调节到预先由过程机或是HMI 给出的目标值上，使调节后的位置与目标值之差保持在允许的误差范围内。
1.3 微张力控制
E1 和R1 之间会形成连轧关系，通常在E1 和R1 之间保持一定的张力。由于钢坯表面不均匀及各段温度不完全一致等因素，在轧制过程在，在E1 和R1 之间板坯的张力就会不断变化，张力的变化将会直接影响到板带的宽度。此外，如果板带太松也容易产生堆钢现象。因此，需采取措施控制張力以保证产品的质量，减少事故。张力控制是用间接法，测得E1 和R1 之间张力的大小，只需趋势，不必有特别高精度测量。只需对形成连轧的机架中的后机架的主速度作微调，即可保证E1和R1 之间的微张力在一定的范围之内。间接张力测量法就是不使用张力计，而采用力矩计算方法间接地得到张力。间接控制和方法称作“头部力臂记忆”（轧制力轧制力矩比记忆）法。该方法可以消除温度波动对张力控制的影响。
3. 精轧区主要控制技术
3.1 活套高度及张力控制
恒定活套量和小张力轧制是现代热连轧精轧机组的一个基本特点。在轧制过程中，由于主传动系统总是存在着动态咬钢速降，在稳定轧制阶段又总是存在着各种外部干扰，不可能始终保持各机架之间的速度匹配关系，所以设置活套的主要目的，就是在于检测到这些偏差，进而通过高度调节吸收这些活套量，使得生产正常稳定。此外，因为在热连轧轧制过程中，轧件温度很高，若受到太大的张力，其张应力就有可能超过金属的流动极限，使带钢受拉变形和尾部失张厚跃等一系列降低成品质量的不良后果，而活套装置的另一个作用就是使带钢保持恒定的小张力。活套张力控制，首先根据预设张力、预设带钢的重力，在给定的活套高度下计算出活套合力矩电流给定。一旦由于活套量的变化，会使活套角产生变化，在新的活套角反馈后，又将计算出此刻的张力力矩和重力力矩，再折算出新的合力矩电流设定值。所谓活套高度自动控制系统就是以某一设定的活套高度为基准，用调节轧机速度来维持活套量恒定。即在由主传动控制系统及活套装置的套量信号（活套臂的摆角信号）所组成的活套高度闭环控制系统中，当实际的活套高度（活套量）与基准值不等时，用其差值控制上游（或下游）机架主传动的速度，纠正秒流量偏差，以保证活套量恒定。抛钢前活套降低高度基准进行微套量控制。
3.2 全液压压下伺服系统控制功能
液压压下位置控制的主要功能是：根据给定的液压缸位置参考值和来自直线位移传感器的液压缸位置实时测量信号，采用反馈控制（PID）和前馈控制相结合的控制算法，产生驱动伺服阀的控制信号，使液压压下油缸快速、准确动作，实现压下油缸位置的闭环调节。恒压力控制系统的主要功能是：根据给定的轧机压下力参考值和来自测压头的实际压下力测量值，通过压力调节器将压力差转换为伺服阀控制信号驱动液压缸运动，构成恒压力控制系统。恒压力控制主要用于轧机零调时的压力控制和正常轧制过程中轧辊偏心影响的克服，也可作为末机架的一种控制方式以改善板形。
五、结束语
热连轧宽带计算机系统是冶金系统最为复杂也是要求最高的控制系统，所以系统设计必须充分考虑生产工艺特点以及计算机控制系统硬件软件发展趋势，才能做到先进、可靠、简洁、合理。该系统采用西门子自动化产品较好的解决了热连轧生产线控制功能众多而且集中、要求系统对信号快速响应、要求控制信息在各控制站之间能快速更新、功能间联系紧密且相互影响、多个功能需共享输入和输出模块等突出难点，充分满足了系统要求。
参考文献：
1.西门子电气传动有限公司，《矢量控制使用大全》
2.西门子电气传动有限公司，《SIMATIC S7-400可编程控制器产品目录》
[关键词]： 带钢 自动化应用 生产
中图分类号：TG162.86 文献标识码：TG 文章编号：1009-914X（2012）10- 0242–01
一、 项目简介
河北钢铁集团，是国内特大型钢铁联合企业，年产各类钢材20000余万吨。其中热轧带钢生产线，采用半连轧控制方式，设计年产年生产热轧带钢卷：200×104 t。轧线主要工艺设备包括：两座步进式加热炉、粗轧立辊一台（E1）、粗轧平辊轧机一台（R1）、热卷箱、飞剪、精轧立辊轧机一台（E2）、精轧平辊轧机六台（F1-F6）、层流冷却、踏步式卷曲机两台。产品规格：厚度：1.2～20 mm、宽度：700～1350mm、最大卷重：20200kg。钢种：碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢、管线钢。
二、 系统介绍
连铸坯由热送衔接辊道运至称量辊道上，由板坯称重装置称量后，运至炉尾入炉辊道自动对中，然后由装钢机推入加热炉炉内。加热好的坯料，由出钢机托出放到出炉辊道上，经粗轧除鳞箱除去炉生氧化铁皮后，由辊道送往E1、R1 组成的可逆粗轧机组轧制（可逆轧制3～5 道次）。粗轧机组E1、R1 轧机的辊缝设有APC 系统。在R1 末道次粗轧机组具有与热卷箱连轧连卷功能。在R1 出口处设激光测宽仪，用于液压AGC 宽度补偿和将来上AWC 宽度控制测量宽度用。轧出合格的中间坯再由辊道送往热卷箱，卷成热卷，然后移送至开卷工位，铲头、开卷、将带钢头部引出后经飞剪切除不规则的部分后继续运行至精轧机组。精轧机组由一架立辊和六架平辊轧机组成，即E2、F1～F6。轧件依次进入立-平-平-平-平-平-平轧机连续轧制。精轧机架间设有5 台电动活套装置（即H1～H5），当轧件依次进入n+1 架轧机时，n 至n+1 架轧机之间的活套依次升起，通过套高调节系统使轧机自动调速，并通过张力调节系统使带钢在微张力、恒张力状态下轧制，轧成所需要的带钢尺寸。精轧机组F1～F6 压下系统为全液压压下，并设有液压AGC 自动厚度控制系统和工作辊正弯装置。带钢头部从精轧末架出来，经一小段辊道空冷，进入带钢层流冷却装置，根据带钢厚度、钢种、终轧温度及轧制速度，自动调节喷水组数和数量，将带钢由终轧温度冷却至所要求的卷取温度（550～650℃左右）。带钢头部咬入夹送辊，此时进行头部定位，3 个卷曲机助卷辊设定在规定位置，当带钢在卷筒上卷取3～5 圈后，建立卷取张力，并在卷取过程中进行踏步控制，以保证钢卷内圈不产生压痕，然后助卷辊打开，卷取机在恒张力状态下卷取；当带钢尾部通过夹送辊时，进行尾部定位，3 个助卷辊压下至规定位置，使带钢尾部在钢卷下面，并卷紧，保证不散卷。
三、 控制系统构成
整条轧线自动化系统本着先进、可靠、开放、经济、合理的原则全部采用西门子公司产品。总体配置方案是SIEMENS S7 PLC+SIMATIC TDC 的解决方案。系统在纵向分为过程控制级（L2 级）和基础自动化级（L1 级）两个层次，在横向划分为加热炉区、粗轧区、箱剪区、精轧区、卷取区五个区域。在L2 级和L1 级，各个区域均设置一个子网，将本区域的过程机、HMI 服务器和PLC 等控制设备连接起来，使得同一区域的PLC 之间可以快速交换数据，同时过程机和HMI 可以很方便地与本区域的PLC 交换数据。而各区域的过程机及其终端和HMI 设备是通过主干网实现互连的，从而形成一个完整的整体。
四、热带连轧关键工艺技术
1. 粗轧区主要控制技术
1.1 可逆轧机R1 的顺序控制
R1 对轧件一般要轧制多个道次，而立辊轧机E1 只在奇道次轧制，偶道次时打开空过。
1.2 粗轧区APC 控制
自动位置控制（APC）系统是指在指定的时刻将控制对象的位置自动地调节到预先由过程机或是HMI 给出的目标值上，使调节后的位置与目标值之差保持在允许的误差范围内。
1.3 微张力控制
E1 和R1 之间会形成连轧关系，通常在E1 和R1 之间保持一定的张力。由于钢坯表面不均匀及各段温度不完全一致等因素，在轧制过程在，在E1 和R1 之间板坯的张力就会不断变化，张力的变化将会直接影响到板带的宽度。此外，如果板带太松也容易产生堆钢现象。因此，需采取措施控制張力以保证产品的质量，减少事故。张力控制是用间接法，测得E1 和R1 之间张力的大小，只需趋势，不必有特别高精度测量。只需对形成连轧的机架中的后机架的主速度作微调，即可保证E1和R1 之间的微张力在一定的范围之内。间接张力测量法就是不使用张力计，而采用力矩计算方法间接地得到张力。间接控制和方法称作“头部力臂记忆”（轧制力轧制力矩比记忆）法。该方法可以消除温度波动对张力控制的影响。
3. 精轧区主要控制技术
3.1 活套高度及张力控制
恒定活套量和小张力轧制是现代热连轧精轧机组的一个基本特点。在轧制过程中，由于主传动系统总是存在着动态咬钢速降，在稳定轧制阶段又总是存在着各种外部干扰，不可能始终保持各机架之间的速度匹配关系，所以设置活套的主要目的，就是在于检测到这些偏差，进而通过高度调节吸收这些活套量，使得生产正常稳定。此外，因为在热连轧轧制过程中，轧件温度很高，若受到太大的张力，其张应力就有可能超过金属的流动极限，使带钢受拉变形和尾部失张厚跃等一系列降低成品质量的不良后果，而活套装置的另一个作用就是使带钢保持恒定的小张力。活套张力控制，首先根据预设张力、预设带钢的重力，在给定的活套高度下计算出活套合力矩电流给定。一旦由于活套量的变化，会使活套角产生变化，在新的活套角反馈后，又将计算出此刻的张力力矩和重力力矩，再折算出新的合力矩电流设定值。所谓活套高度自动控制系统就是以某一设定的活套高度为基准，用调节轧机速度来维持活套量恒定。即在由主传动控制系统及活套装置的套量信号（活套臂的摆角信号）所组成的活套高度闭环控制系统中，当实际的活套高度（活套量）与基准值不等时，用其差值控制上游（或下游）机架主传动的速度，纠正秒流量偏差，以保证活套量恒定。抛钢前活套降低高度基准进行微套量控制。
3.2 全液压压下伺服系统控制功能
液压压下位置控制的主要功能是：根据给定的液压缸位置参考值和来自直线位移传感器的液压缸位置实时测量信号，采用反馈控制（PID）和前馈控制相结合的控制算法，产生驱动伺服阀的控制信号，使液压压下油缸快速、准确动作，实现压下油缸位置的闭环调节。恒压力控制系统的主要功能是：根据给定的轧机压下力参考值和来自测压头的实际压下力测量值，通过压力调节器将压力差转换为伺服阀控制信号驱动液压缸运动，构成恒压力控制系统。恒压力控制主要用于轧机零调时的压力控制和正常轧制过程中轧辊偏心影响的克服，也可作为末机架的一种控制方式以改善板形。
五、结束语
热连轧宽带计算机系统是冶金系统最为复杂也是要求最高的控制系统，所以系统设计必须充分考虑生产工艺特点以及计算机控制系统硬件软件发展趋势，才能做到先进、可靠、简洁、合理。该系统采用西门子自动化产品较好的解决了热连轧生产线控制功能众多而且集中、要求系统对信号快速响应、要求控制信息在各控制站之间能快速更新、功能间联系紧密且相互影响、多个功能需共享输入和输出模块等突出难点，充分满足了系统要求。
参考文献：
1.西门子电气传动有限公司，《矢量控制使用大全》
2.西门子电气传动有限公司，《SIMATIC S7-400可编程控制器产品目录》