轧制过程自动化作业

1、 轧制过程自动化系统主要包括哪些子系统？分别有什么功能？

2、 试说明影响板带轧机出口厚度的主要因素，并用PH 图说明当来料厚度变化

时，怎么调整，从而保证出口厚度保持基本不变的原理。

3、 试列举一个冷连轧机轧制过程自动化系统的总体网络结构图，并说明各部分

的功能。

4、 板形控制常用的几种控制手段是什么？分别控制什么样的板形缺陷？

1. 答：

A. 以某1450酸洗冷连轧机组的轧机段为例，包括以下控制子系统（按PLC 划分）：轧机机架控制系统（SIMATIC TDC ），轧区工艺控制系统（TDC ），GDM 网络通讯（TDC ），轧机辅助控制系统（S7-400），轧机出入口控制系统（S7-400），轧区公辅系统控制系统（S7-400），轧区急停控制系统（S7-300）。 B. 各控制系统的功能：

a) 轧机机架控制系统主要实现液压辊缝控制（HGC ），工作辊弯辊和窜辊控制，中间辊的弯辊和窜辊控制，轧辊偏心补偿控制，轧机的调零和刚度测试，设备运行联锁控制；

b) 轧区工艺控制系统主要实现自动厚度控制（AGC ），张力控制（ATC ），自动板型控制（AFC ），轧线主令控制（MM ），与HMI 数据交换、联锁控制，生产线故障诊断控制；

c) GDM 网络通讯实现TDC 基架间数据通讯，高速数据采集；

d) 轧机辅助控制系统实现5机架的工作辊、中间辊、支撑辊换辊控制，轧区的快停控制，机架间辅助设备控制，与HMI 数据交换，数据等通讯功能；

e) 轧机出入口控制系统实现出口卸卷控制，飞剪剪切控制，检查站上卷控制等功能；

f) 轧区公辅系统控制系统实现乳化液控制，除尘除雾控制，低压/高压液压站控制等功能；

g) 轧区急停控制系统实现连轧区的急停控制。 2. 答：

影响板带轧机出口厚度的主要因素：轧件温度、成分和组织性能不均匀的影响；来料厚度不均匀及变形抗力偏差；机架间张力变化的影响；轧制速

度变化的影响；原始辊缝的影响；轧辊磨损、偏心、热膨胀及轴承油膜波动等因素。

图1为来料厚度变化的PH 曲线。在来料厚度变化时，可以通过调整辊缝来保持轧机出口厚度基本不变。具体思路如下：假设原料厚度为H ，突然增加∆H 变为H 1，如何不做任何处理，轧件出口的厚度变为h 1，出口厚度增加∆h 。

根据轧机弹跳方程：

p

h =S 0+ (1)

K

当轧机出口有∆h 变化时，辊缝变化量∆s 与出口偏差∆h 之间的关系如下：

K +M ∆s =∆h (2)

K

这时为了保证轧机出口厚度仍为h ，可以通过减少辊缝来保证厚度不变，减少的辊缝量为∆s 。∆H ，∆s 与∆h 的关系如下：

gc K

gc gc ⎛K +M ⎫⎛K +M

bd =bc +cd =+= ⎪gc =

K M ⎝K ⨯M ⎭⎝M

⎛M ⎫⎛M ⎫∆h = bd =⎪ ⎪∆H

⎝K +M ⎭⎝K +M ⎭∆H =bd , ∆h =bc =

⎫⎛K +M

⎪bc = ⎭⎝M

⎫

⎪∆h (3) ⎭

当来料后差为∆H 时，厚度调整量∆s 为：

∆s =

K +M K +M ⎛M

∆h =⨯ K K ⎝K +M

M ⎫

∆H =∆H (4) ⎪

K ⎭

图1为来料厚度变化的PH 曲线

3 答：

总体网络结构图如图2所示。本网络包括现场级(LO)，基础自动化级(L1)，过程自动化级(L2)。

自动化系统组成及网络布置图

图2 5机架冷连轧轧制过程自动化系统的总体网络结构

网络构成

1) 各级自动化控制系统间采用以太网通讯，通过主交换机、以太网通讯光缆或RJ45电缆及分布式边缘交换机等网络设备使整个生产线上的L1、HMI 系统、特殊仪表计算机及L2等连接起来。L1、L1与L2、L1与HMI 、L1与特殊仪表之间的数据交换。

2) L1与传动系统、现场ET200M 及特殊仪表之间采用Profibus-DP 网通讯。为了防止DP 网络产生干扰，在PLC 主站与第一个传动远程站或主从站之间距离较远时采用光纤传输，主站和从站的两端增加Profibus 光电转换器。

3) 基础自动化的TDC 基架之间以及高速数据采集系统采用高速GDM 网络通讯。 主要功能

1) 过程自动化系统(L2)由过程计算机系统组成，主要功能是对轧钢生产过程进行模型优化控制及生产过程监示，根据计划内容协同数学模型制定相关工艺参数，并下达给L1，同时监控、接收L1级传送来的各种过程数据和质量数据，进行处理和记录，对生产计划进行管理。 2) 基础自动化系统(L1)由电气传动自动化和仪表自动化系统组成，主要功能是管理L2下达工艺参数，对实际的生产过程进行控制，并向上级L2反馈。

3) L0主要负责执行由L1级下发的控制命令，对要求的数据进行采集和上传，不具备智能功能，是直接与生产设备相连的控制系统。

4 答：

常用的板形控制手段有倾斜控制，工作辊正负弯，中间辊正弯，中间辊窜辊、分段冷却控制方式、轧辊热辊控制、张力控制以及轧制速度控制等方法。

1) 倾斜控制主要用来控制或减少单边浪缺陷；

2) 工作辊正弯辊量增大，可减轻双边浪缺陷；出现中间浪时，减少正弯的弯辊量，可减轻中间浪缺陷，通常采用正弯辊来消除板形中的对称两边波浪及小二肋波浪；

3) 采用负弯辊可以消除板形中中间波浪及大二肋波浪； 4) 窜辊控制通过动态调节轧辊的凸度来调节板形；

5) 分段冷却控制（调温控制）通过调节工作辊边部或中部的乳化液的喷射量，可以改善板形变浪或者中浪。通过将冷却液经喷嘴喷向轧辊中部，使轧辊中间温度降低，边部区域温度升高，使轧辊表面温度均匀一致，

以获得良好的板形。通过调温控制可以实现弯辊控制解决了局部板形问题。如果倾斜、弯辊、窜辊解决不了的板形缺陷问题，分段冷却控制却是唯一有效的解决方式。

6) 在轧制镀锡板时，最好预热轧辊，这样可以改善板形。张力控制法：要求操作侧和传动侧的张力要相当，如果不一致，将会发生跑偏，将导致板带单侧褶皱，甚至断带等板形不良。故张力轧制有利于保证良好的板形。

7) 轧制速度控制法：轧制速度的变换影响到张力、温度和摩擦系数等因素的变化。生产中，一直低速轧制，板形一般不太好。因而升速要快速使速度尽快达到设定值，并保持恒定。从而减少板形的波动次数。