摘 要:自动化轧钢得到了越来越广泛的应用,其中对轧件的精确跟踪是实现轧钢自动化的前提条件。首钢4300mm宽厚板轧机采用德国西门子公司开发的物料跟踪系统。本文讲述了跟踪系统的构成和原理,论述了物料的注册注销、板坯映像、道次计数器和跟踪同步等系统功能。
关键词:宽厚板;物料跟踪;板坯映像;同步
中图分类号:TG333 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0033-01
一、前言
首钢4300mm宽厚板轧机主体设备从德国引进,装备达到国际先进水平。宽厚板轧机的工艺和物流情况都非常复杂,而这些都要求易于操作、控制先进的自动化系统来实现。物料跟踪系统作为自动化轧钢的前提条件,对自动化控制具有非常重要的作用,值得我们深入研究[1]。
二、设备布置与跟踪实现方式
(一)跟踪设备布置
首钢4300mm宽厚板轧机轧线从除磷机前1号热检开始到矫直机输出辊道,全长284.83米,其中包括除磷机、粗轧机、精轧机、测厚仪、ACC(加速冷却)和HPL(热矫直机)各一台。为了精确跟踪轧线上的轧件,全线安装了22台Delta公司生产的热金属检测器(HMD)。粗轧机和精轧机轧制力信号具有很高的可靠性,因而成为了轧机物料跟踪的首选。另外,高温计和三点测厚仪等设备的占用信号也应用到了该系统中,以增加跟踪同步点,提高跟踪精度。鉴于钢板经ACC冷却后温度较低以及钢板上面残留的冷却水和水蒸气对HMD的影响,在ACC出口和HPL区域安装有HMD的位置安装6台冷金属检测器(光栅),以保证能够可靠的检测低温钢板。
(二)跟踪实现方式
首钢4300mm宽厚板物料跟踪系统利用分组控制的原理,把轧线辊道分成23组,TDC控制系统将同一速度给定发送给每组辊道内的所有变频器,同时变频器将辊道电机的实际速度实时反馈给TDC控制系统。根据轧件所占用辊道的实际速度,程序中23个跟踪模块通过实时计算,可以提供轧线上最多10块板坯的头尾位置、长度、Basic ID、External ID、Color ID等信息,跟踪系统将这些信息发送给基础自动化和过程自动化的相关功能单元[2]。
三、物料映像
物料映像是为了更直观的表示板坯的相关信息而定义的虚拟板坯,包括板坯ID、头尾位置和某些特殊的位置占用信息(如轧机和测厚仪)。这些信号被反复的发送到二级,根据这些信息,二级为相应板坯进行设定值计算。物料跟踪在轧线跟踪每一块板坯,并相应生成每一块板坯的物料映像,用于顺序控制(逻辑功能单元“轧线协调器”)。该映像同时也在HMI(人机接口)上进行动态显示。预定义轧制方向是从加热炉到冷床,这一方向称为正向,反方向则是轧制负方向。
四、物料的注册与注销
(一)物料的注册
每块板坯在出炉前由轧机二级发送出炉报文通知轧机一级,报文包括板坯厚度等尺寸规格,用于除磷机上集管高度设定。轧机一级对接收到的设定数据进行有效性判断,确定有效后板坯被注册到除磷机前1号HMD所在的轧线起始位置。如果1号HMD检测到轧件,且轧件是以正方向接近,将启动物料跟踪,此过程自动进行,无需操作工确认。新板坯的头尾位置和ID等信息将被加进跟踪系统,之后,跟踪系统接收到后续的传感器信号的变化将用于物料跟踪和同步。
(二)物料的注销
每正常轧完一块钢板或者异常下线都需要跟踪注销,有一下3种方式:(1)当钢板正常轧完离开跟踪区域时,跟踪信息被自动注销;(2)当设备故障或者钢板轧制异常需要下线时,操作工可以手动注销1块或几块钢板;(3)当需要一次性注销轧线上所有钢板或者程序发生错误时,操作工可以进行跟踪复位(Tracking Reset)。
五、道次计数器
跟踪系统为每块板坯都分配一个Basic ID和道次计数器。Basic ID和道次计数器一同描述了轧机中的轧材。在这些数据的基础上,每个执行单元(逻辑功能单元如机架控制系统、冷却系统等等)可以要求设定值处理器为下一步程序提供实际道次数据。当有新材料时,道次计数器预置为1,此后物料跟踪接管道次计数器的计算,在轧制的正、负方向,轧机卸载时,道次计数器将自动加一。例外情况是空过道次:比如最后一个道次为空过道次时,此时没有轧制力,道次计数器根据板坯位置自加。在多块轧制时,当整个批次的钢板一起从轧机出口侧移到轧机入口侧时,道次计数器也增加,这时轧机辊缝是打开的,没有负荷信号产生。
六、跟踪同步和修正
(一)自动同步
由于跟踪系统计算钢板头、尾位置所依据的辊道速度是计算得出的而并非是现场实测速度,并且考虑到钢板和辊道之间的打滑、传动系统的响应时间等因素,系统计算出来的钢板头、尾位置与现场实际位置势必会产生一定的误差。然而,在钢板经过相应的HMD及其他用作跟踪检测的设备时,跟踪系统会把计算的钢板头、尾位置修正为现场检测设备的位置,从而将产生的误差自动消除,这就叫做自动同步。
(二)同步窗口
由于在现场使用中HMD等检测设备有时会出现异常触发、信号闪烁等不稳定现象导致错误的自动同步触发。只有当钢板头、尾位置在设定的同步窗口内并且同步信号触发才是有效的并执行跟踪同步。否则,触发信号被认为是无效的从而不执行跟踪同步,这样就避免了因为触发信号的不稳定造成错误的跟踪同步。
(三)跟踪修正
当由于种种原因出现跟踪错误时,可以通过跟踪修正功能进行修正。操作工可以在HMI上根据钢板的实际位置基于某一个HMD进行位置修正。跟踪系统根据修正值并利用最近1个HMD的同步来消除人工修正所造成的误差。如果轧制道次错误也可以在HMI进行修正,修正后系统将通知过程计算机请求下发新的轧制规程。
七、结束语
首钢4300mm宽厚板轧机物料跟踪系统在粗轧机投产后已稳定运行半年,其在常规轧制、交叉轧机以及批轧制过程中表现出了十分优异的性能,极大地提高了轧制节奏和轧制效率。系统功能及跟踪精度完全满足生产工艺要求,为生产过程的自动控制提供了强有力的保证。
参考文献:
[1]孙本荣,王有铭,陈瑛.中厚钢板生产[M].北京:冶金工业出版社,1993
[2]廖研.宝钢5m宽厚板轧机材料跟踪系统[J].中国冶金2006,16,8:39-41
