鞍钢1450平整模型研究与仿真

　本文摘要：2.1平整机主要工艺概况鞍钢股份有限公司冷轧厂4#线1450mm单机架平坦机组（如图2.1）设计年产量60万吨，成品厚度范围0.3mm~2mm，轧制带钢宽度为700~1380mm。生产钢种还包括CQ、DQ、DDQ等。机架出口速度最低平均1200m/min，仅次于卷重28吨。 该平坦机组由德国西门子公司总包在，机械设备由中国一重负责管理生产供货，三电系统由西门子公司负责管理。

2.1平整机主要工艺概况鞍钢股份有限公司冷轧厂4#线1450mm单机架平坦机组（如图2.1）设计年产量60万吨，成品厚度范围0.3mm~2mm，轧制带钢宽度为700~1380mm。生产钢种还包括CQ、DQ、DDQ等。机架出口速度最低平均1200m/min，仅次于卷重28吨。

该平坦机组由德国西门子公司总包在，机械设备由中国一重负责管理生产供货，三电系统由西门子公司负责管理。整个平坦机组由下列主要设备包含：1）入口好书区：还包括入口Q梁、测宽测径装置、上漆小车、压辊与刮刀、1#与2#上料辊、切头剪、好书机。

2）机架区：还包括压辊装置、入口压辊、入口S辊组、入口导向台、入口激光测速仪、平整机、出口导向台。3）出口区：还包括出口分切剪成、出口激光测速仪、出口S辊组、出口导板、卷取机、自动对中装置、磁力皮带助卷器、运卷小车、出口Q梁、打捆机。

4）介质系统：还包括入口液压站、出口液压站、油膜熟油站、延伸率掌控液压站、工作辊弯辊液压站、滑平坦乳液车站。2.1.1机组工艺生产流程平坦机组在工序上接罩式退火炉之后，对热处理后的带钢展开处置，使其具备较好的机械物理性能和表面质量。从罩式退火炉来的钢卷用吊车将其立式放到1#Q梁上，该Q梁坐落于机组操作者外侧垂直轧制中心线。

通过过程控制系统（二级）发送到来料卷信息，每个钢卷宽度早已记录在PLC（一级）中。1#Q梁将钢卷输送到翻卷机上，翻卷机将钢卷由立式旋转为卧式。

1#钢卷小车根据钢卷宽度自动控制接卷方位，1#钢卷小车将钢卷莲花，向打算车站载运钢卷，运营至钢卷外径测量装置处停，测完钢卷直径后，展开高度对中（对呈请好书机卷筒），然后1#钢卷小车之后向打算车站运营，将钢卷送往打算车站的预好书机卷筒上。卷筒涨径，压辊拉下，钢卷好书刀张开，实好书机卷筒、压辊、矫直机以完全相同的速度旋转，将带材引进矫直机。

当带材抵达矫直机时，上矫直辊压下展开直头，之后向前送料至截断剪处，暂停送料。截断剪成开始剪切，切除的废料头滑入废料箱中。反复以上剪切过程，以后将不合乎平坦拒绝的钢卷头部全部切除。

实好书机卷筒、矫直机翻转，将坚决旋转到好书机卷筒的下方。1#钢卷小车纳卷台托住钢卷，钢卷好书刀松开、压辊摆起、卷筒缩径。1#钢卷小车将钢卷接下运往2#Q梁，行驶至钢卷外径测量装置处停，测完钢卷直径后，1#钢卷小车之后向2#Q梁运营，并将钢卷运返回2#Q梁。

2#Q梁将钢卷向好书机步进式载运，最后运往#2钢卷小车的受卷方位上，2#钢卷小车将钢卷莲花载运1400mm后停车，展开高度自动对中后（对中好书机卷筒），之后行驶将钢卷套在卷筒上。卷筒涨径，压辊拉下。

2#钢卷小车上升低于位。好书机旋转向入口张紧辊送料，结尾刮板装置中的刮板将带材引发向前送料。带材头部抵达下张紧辊时，压辊摆起压紧带材（此时入口、出口的上下张紧辊早已旋转），之后送料至上下张紧辊之间时，下张紧辊照亮，压紧带材，送往上张紧辊顶部时，上压辊挂滑动凸带材。

带材头部咬入入口张紧辊后，手动对中系统使带材对中。之后向前送料，带材经过入口导向台（此时防皱辊、防跳辊皆在上限）以喂料速度转入平整机（此时辊缝已摆好、工作辊已在旋转）。

当带材头部抵达出口张紧辊的上张紧辊时，上压辊挂滑动凸带材，之后送料至上下张紧辊之间时，下张紧辊照亮压紧带材，送往下张紧辊底部时，滑动辊摆起压紧带材。好书机、入口、出口的张紧辊、平整机之后实时向前送料，带材经过出口导向台（此时出口导向台的导板已照亮，活动导板已张开）仍然喂入由皮带助卷器包住的卷取机卷筒处，卷取机早已启动，将带材在卷取机卷筒上绕34圈后，机组暂停送料，皮带助卷器的皮带用力，抱紧辊抱住，皮带助卷器即撤回原位。好书机的压紧辊、入口张紧辊的上滑动辊、出口张紧辊的上滑动辊均摆开，人口、出口下张紧辊上升，结尾刮板、入口导向台、出口导向台均落回上限，防皱辊、防跳辊下降至工作方位，自动对中系统、延伸率自动控制系统、液压力下控制系统、弯辊系统、平坦液喷气系统（滑平坦）皆投放工作，好书机、入口、出口的张紧辊、平整机、卷取机牵头掌控轧制坚决。

当机组创建张力，加快到所拒绝的平坦速度时，开始展开平稳平坦轧制带材。平整机出口处的液压剪是事故处置剪成或将大卷分成小卷时用的。当带材在好书机卷筒上快到尾部时，机组滑行轧制带上尾，自动对中系统、弯辊系统解散工作。机组行驶，带上尾剪切机切除带材尾部。

好书机的压辊、入口张紧辊的上滑动辊、出口张紧辊的上滑动辊均摆起压紧带材，防皱辊、防跳辊皆落回上限，3#钢卷小车的升降台（升降台上有托辊）照亮托住钢卷，当带材尾部正处于卷筒下方时，机组全部行驶。由№3钢卷小车和卷取机的推板联合接下钢卷，№3钢卷小车纳着钢卷运往3#Q梁，Q梁受卷之后，步进式向后送料，在3#Q梁的3卷位除去，在4卷位捆扎，在5、6卷位上由吊车将钢卷吊放到钢卷存放在场上。

同时好书机翻转，将带上尾卷在卷筒的下方（钢卷的内径即废置卷芯由于在热处理过程中已被损毁，由废尾卷清理装置将废置卷芯从好书机上必要吊走，并扔到废料箱中。带钢厚度小于1.5mm时，不经入口张紧辊和出口张紧辊，沿导板在入口张紧辊和出口张紧辊的上张紧辊一处通过（上张紧辊仅有不作改向辊），此时好书刀和带上尾剪切机皆下降至下限即好书和剪切的适合方位。

其它工艺过程与上述完全相同。轧制已完成后机组行驶、运张，2#钢卷小车托辊已高压压上，好书机压辊已压下，入口张紧辊前的带上尾剪切机动作，剪切带上尾。剪切完，机组重新启动，好书机电机翻转将废置带材卷仲在卷筒上，好书机行驶卷筒缩径。

2#钢卷小车行驶电机启动，使废置卷芯与卷筒瓦解运往4000mm后停车，2#钢卷小车托头照亮，废尾卷清理装置的乘载缸张开，夹钳夹紧废置卷芯，然后乘载缸松开，小车电机启动班车线外12000mm停车。乘载缸张开，夹钳用力废置卷芯，废置卷芯掉进废料激中；废尾卷清理装置的乘载缸松开大于方位之后，小车电机启动开至等候方位停车。机组在喂料速度下平坦带材以后滑行行驶之后，入口、出口张紧辊的上滑动辊缸动作，使压辊压紧带材。测张辊压辊松开，防皱辊、防跳辊上升，带钢防缠导板松开。

好书机翻转卷废置带材的同时，入口张紧辊电机、四辊平整机电机、出口张紧辊电机、卷取机电机牵头掌控以喂料速度轧制带上尾。同时3#钢卷小车乘载缸动作，以高压下降使托辊托住钢卷停车。

当卷取机卷筒将带材尾部卷到卷筒的下方时，整个机组行驶。入口、出口张紧辊上滑动辊摆开。

卷取机卷筒涨缩缸动作使卷筒缩径，维护车顶气缸动作，关上安全门，然后卷取机活动受力摆开，3#钢卷小车（或如有适当卷取机推板与3#钢卷小车实时运卷）运卷。3#钢卷小车运营4400mm后停车，然后展开高度调整，转动液压缸动作使托头旋转90°,使钢卷中心线与3#Q梁中心线完全一致。

3#Q梁的活动梁在低于位行驶缸活塞杆张开，到1卷位去接卷。到1卷位之后，活动梁下降托卷，托卷之后行驶缸松开无限大，活动梁上升，已完成一个步距。3#钢卷小车乘载缸上升无限大方位，小车回到卷取机下方等候接卷。

3#Q梁步进式载运钢卷，当钢卷运往3卷位时，展开除去。钢卷运往4卷位时打捆装置对钢卷展开打捆。3#Q梁反复运卷过程，以后将钢卷运往5卷位和6卷位，由吊车将钢卷吊到存储库。

由于平整机压下量较小，利用出入口厚度来测量压下量较为艰难，因此用与压下量成正比的带钢长度变化，即延伸率来回应带钢的变形程度。为了已完成准确的恒延伸率掌控，入口和出口分别装有激光测速仪。激光测速仪动态追踪入口和出口速度，对系统给延伸率自动控制系统展开恒延伸率掌控。表格2.1为该平整机基本设备参数。

本机组配有腊、滑两套平坦系统，可根据产品的拒绝给定搭配。入口末端另设予好书打算车站以及卷尾清理装置，可节省辅助操作者时间。平整机架前后备有大直径的S张力辊组及整块弧形导板，便于穿着带上，所有厚度在2.5以下的带钢，均可通过张力辊组使用较小的张力平坦。

好书机使用精致结构，芯轴为实体结构，因而能忍受较小的张力，卷筒的涨缩靠移动扇形块构建，所产生的偏移量能自动获得补偿。机组使用过程计算机控制。2.1.2机组设备参数该平整机为单机架四辊不可逆轧机，主轧机、好书机和卷取机变频装置使用的是用SIEMENS公司的6SE70模块，使用28MPA液压压上系统，平整机前后配备有BETALaserMike公司的激光测速仪，出入口配备有ABB公司的张力计，具备工作辊正负转弯功能，并配有有原始的平坦液喷淋系统。

该生产线主要设备参数如表格2.1右图。冷轧平坦机组由过程自动化系统、基础自动化系统和人机界面(HMI)三部分构成，人机界面又分成过程自动化HMI与基础自动化HMI，同时腾出有同生产制造执行系统（三级）的模块。

在此对整个系统展开讲解。过程自动化系统在生产线自动控制系统中是用来管理生产过程数据的计算机系统，一般来说已完成生产线上各设备的设定值计算出来、模型优化、生产过程数据和产品质量数据的搜集、搜集设备运营数据、生产计划数据确保、生产原料数据和生产成品数据的管理、物料数据在生产线上的全线追踪、协商各控制系统间的动作和数据传送等。过程计算机控制系统必须和工厂生产管理系统通讯，接管生产计划指令、原料数据、轧辊数据等；上载生产计划已完成工程进度数据、成品结果数据、设备关掉效率数据和各种其它管理必须的数据。

基础自动化系统主要分成三部分：1）工艺控制系统：根据二级模型预设以定数据，首先掌控液压力上缸、弯辊液压缸以等执行机构尽量相似预设值，并根据机组出入口激光GPS速度、轧制力等对系统值对各执行机构展开较慢动态调整，确保最后产品的质量精度。2）主令控制系统：根据道次预设以定数据，掌控主轧机、好书机和卷取机速度，通过原作输入转矩已完成轧制过程中的张力掌控，并作为主要执行机构已完成厚度掌控。3）辅助控制系统：与工艺掌控和主令控制系统融合，已完成轧线单体设备的顺序控制(比如换辊顺控、运卷顺控等)，同时还负责管理高压、高压等公辅系统、平坦液喷淋系统控制。

过程自动化系统、基础自动化系统和人机界面之间皆通过工业以太网展开数据交互通讯。基础自动化系统各部分之间通过西门子现场总线PROFIBUS-DP网和工业以太网两种通讯方式展开数据交换，基础自动化系统与操作台、远程I/O、传动装置之间通过PROFIBUS-DP网展开通讯。

整个计算机控制系统构成及网络布置如图2.3右图。基础自动化级(LEVEL1)其主要设备为SIEMENSFM458PLC控制系统、S7-400PLC控制系统、S7-300PLC控制系统、。主要功能是构建主线协商、自动延伸率掌控、机架掌控、张力掌控、顺序控制、媒介/通风系统控制、急停掌控等。

机组主控制器由一台S7-400PLC分担，已完成顺序控制、主令掌控、全线协调控制、操作台掌控、速度主令、换辊掌控、与HMISERVER的通讯、与DBSERVER的通讯等功能。全线操作台、与机组逻辑动作涉及的检测元器件等皆由S7-400展开信号处理。机组液压控制器由一台S7-400PLC分担，已完成液压站逻辑掌控和液压站起停掌控功能。

与全线液压、润滑剂系统涉及的检测仪表、元器件、执行机构等皆由S7-400展开信号处理。机组机架工艺控制器由S7-FM458PLC分担，已完成液压力下掌控、电动力下掌控、弯辊掌控、延伸率掌控、与传动系统的通讯等功能。与机架工艺掌控涉及的检测仪表、传感器、执行机构等皆由S7-FM458展开信号处理。

鞍钢冷轧厂1450mm单机架平坦机组延伸率自动控制是平坦过程中核心内容，平整机的所有电气系统是延伸率控制系统的下级系统，为延伸率控制系统服务。平整机的所有控制系统都与延伸率实施闭环（如图1－2右图）。

平坦延伸率控制系统是由延伸率测量、通过调节前后两台激光测速仪构建带钢延伸率自动控制、通过调节机架出入口外侧的带钢张力构建带钢延伸率的自动控制、通过调节轧机的轧制力构建带钢延伸率的自动控制这四部分构成。用张力调节带钢的延伸率，仅有用作1.5mm以下的带钢，在单机架平整机上，一般用作0.3～1.5mm的带钢。这是因为从张力对转变延伸率的效果来看，带钢就越厚，用张力调节延伸率的效果就越好。带钢就越薄，则用张力调节的效果越差（如图2－3）。

而用转变轧制力的方式来调节带钢延伸率的效果，与用张力调节的效果正好忽略，即带钢就越厚，用轧制力调节带钢延伸率的效果越差。即带钢就越薄，则用轧制力调节带钢延伸率的效果就越好（如图2－4）。

事实上，在实际平坦轧制中，对于0.3～1.5mm之间的带钢，是使用张力再加轧制力的方法来掌控延伸率的，此时轧机前后的S辊作为张力辊。厚度多达1.5mm的带钢，则几乎使用轧制力掌控延伸率方式，此时S辊作为导向辊。

在使用张力特轧制力的方式掌控延伸率时，两个借以掌控带钢延伸率的可选调节量，即可选张力和可选轧制力就是根据图2－3～4两条曲线得出的（如图2－5）。所谓通过调节前后S辊的速度构建带钢延伸率的自动控制，就是指在轧制力基本恒定的情况下，利用延伸率等价值和实际值之间的差值产生一个可选的速度等价值去转变前后S辊的速度，从而构建对带钢延伸率的掌控。

但是在实践中生产过程中，找到使用调节轧机前后S辊的速度掌控延伸率方式时，掌控延伸率效果很差，只适合于在平坦机组速度V300m/min时用于，生产率较低。因此，生产方将此调节方式模块封锁，仍然投放现场用于。

目前，延伸率掌控只使用前两种调节方式。

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