1、鞍鋼1450平整模型研究與仿真2.1平整機主要工藝概況鞍鋼股份有限公司冷軋廠4#線1450mm單機架平整機組（如圖2. 1） 設計年產(chǎn)量60萬噸，成品厚度范圍03nrnt2nim,軋制帶鋼寬度為 7001380儷。生產(chǎn)鋼種包括cq、dq、ddq等。機架出口速度最高可達 1200m/min,最大卷重為28噸。該平整機組由德國西門了公司總包, 機械設備由中國一重負責制造供貨，三電系統(tǒng)由西門子公司負責。整個平整機組由下列主要設備構成：1）入口開卷區(qū)：包括入口步進梁、測寬測徑裝置、上料小車、壓輾 與刮刀、1#與2#上料車昆、切頭剪、開卷機。2）機架區(qū)：包括壓輻裝置、入口壓轆、入口 s輻組、入口導向臺、

2、 入口激光測速儀、平整機、出口導向臺。3）出口區(qū)：包括出口分切剪、出口激光測速儀、出口 s銀組、出口導板、卷取機、自動對中裝置、磁力皮帶助卷器、卸卷小車、出口步進梁、打捆機。4）介質(zhì)系統(tǒng)：包括入口液壓站、出口液壓站、油膜稀油站、延伸率 控制液壓站、工作餛彎車昆液壓站、濕平整乳液站。2.1.1機組工藝生產(chǎn)流程平整機組在工序上接罩式退火爐之后，對退火后的帶鋼進行處理， 使其具有良好的機械物理性能和表面質(zhì)量。從罩式退火爐來的鋼卷用吊車將其立式放在1#步進梁上，該步進梁 位于機組操作側垂直于軋制中心線。通過過程控制系統(tǒng)（二級）發(fā)送 來料卷信息，每個鋼卷寬度已經(jīng)記錄在plc （級）中。1#步進梁將 鋼卷

3、輸送到翻卷機上，翻卷機將鋼卷由立式翻轉為臥式。1#鋼卷小車 根據(jù)鋼卷寬度自動控制接卷位置，1#鋼卷小車將鋼卷托起，向準備站 運送鋼卷，運行至鋼卷外徑測量裝置處停，測完鋼卷直徑后，進行高 度對中（對準予開卷機卷筒），然后1#鋼卷小車繼續(xù)向準備站運行, 將鋼卷送到準備站的預開卷機卷筒上。卷筒漲徑，壓輾壓下，鋼卷開 卷刀伸出，預開卷機卷筒、壓楹、矯直機以相同的速度轉動，將帶材 引入矯直機。當帶材到達矯直機吋，上矯直輻壓下進行直頭，繼續(xù)向 前送料至切斷剪處，停止送料。切斷剪開始剪切，切掉的廢料頭滑入 廢料箱中。重復以上剪切過程，直至將不符合平整要求的鋼卷頭部全 部切掉。預開卷機卷筒、矯直機反轉，將帶頭

4、轉動到開卷機卷筒的下 方。1#鋼卷小車托卷臺托住鋼卷，鋼卷開卷刀縮回、壓車昆擺起、卷筒 縮徑。1#鋼卷小車將鋼卷卸下運往2#步進梁，行走至鋼卷外徑測量裝置處 停，測完鋼卷直徑后，1#鋼卷小車繼續(xù)向2#步進梁運行，并將鋼卷 運回到2#步進梁。2#步進梁將鋼卷向開卷機步進式運送，最終運到 #2鋼卷小車的受卷位置上,2#鋼卷小午將鋼卷托起運送1400mm后停, 進行高度自動對中后（對中開卷機卷筒），繼續(xù)行走將鋼卷套在卷筒 上。卷筒漲徑，壓車昆壓下。2#鋼卷小車下降最低位。開卷機轉動向入口張緊轆送料，開頭刮板裝置中的刮板將帶材掀起 向前送料。帶材頭部到達下張緊輻時，壓車昆擺起壓緊帶材（此時入口、 出口

5、的上下張緊轆已經(jīng)轉動），繼續(xù)送料至上下張緊車昆之間時，下張 緊輾升起，壓緊帶材，送到上張緊輾頂部時，上壓輾擺下壓緊帶材。 帶材頭部咬入入口張緊輾后，手動對中系統(tǒng)使帶材對中。繼續(xù)向前送 料，帶材經(jīng)過入口導向臺（此時防皺醍、防跳轆均在下限）以喂料速 度進入平整機（此時轆縫已擺好、工作輻已在轉動）。當帶材頭部到 達出口張緊餛的上張緊餛時，上壓幅擺下壓緊帶材，繼續(xù)送料至上下 張緊車昆之間時，下張緊車昆升起壓緊帶材，送到下張緊輾底部吋，下壓 銀擺起壓緊帶材。開卷機、入口、出口的張緊車昆、平整機繼續(xù)同步向 前送料，帶材經(jīng)過出口導向臺（此時出口導向臺的導板已升起，活動 導板已伸出）一直喂入由皮帶助卷器包著的

6、卷取機卷筒處，卷取機己 經(jīng)啟動，將帶材在卷取機卷筒上繞3 4圈后，機組停止送料，皮帶 助卷器的皮帶松開，抱緊輾抬起，皮帶助卷器即退回原位。開卷機的 壓緊車昆、入口張緊車昆的上下壓車昆、出口張緊輻的上下壓餛均擺開，人 口、出口下張緊輾下降，開頭刮板、入口導向臺、岀口導向臺均落回 下限，防皺銀、防跳輾上升至工作位置，自動對中系統(tǒng)、延伸率自動 控制系統(tǒng)、液壓壓下控制系統(tǒng)、彎車昆系統(tǒng)、平整液噴射系統(tǒng)（濕平整） 均投入工作，開卷機、入口、岀口的張緊輻、平整機、卷取機聯(lián)合控 制軋制帶頭。當機組建立張力，加速到所要求的平整速度時，開始進行穩(wěn)定平整 軋制帶材。平整機出口處的液壓剪是事故處理剪或?qū)⒋缶矸譃樾【頃r

7、 用的。當帶材在開卷機卷筒上快到尾部時，機組減速軋制帶尾，自動 對中系統(tǒng)、彎輻系統(tǒng)退出工作。機組停車,帶尾剪切機切掉帶材尾部。 開卷機的壓轆、入口張緊車昆的上下壓轆、岀口張緊槻的上下壓槻均擺 起壓緊帶材，防皺輻、防跳輻均落回下限，3#鋼卷小車的升降臺（升 降臺上有托轆）升起托住鋼卷，當帶材尾部處于卷筒下方時，機組全 部停車。由23鋼卷小車和卷取機的推板共同卸下鋼卷，n°3鋼卷小 車托著鋼卷運往3#步進梁，步進梁受卷之后，步進式向后送料，在 3#步進梁的3卷位稱重，在4卷位捆扎，在5 、6卷位上由吊 車將鋼卷吊放到鋼卷存放場上。同時開卷機反轉，將帶尾卷在卷筒的 下方（鋼卷的內(nèi)徑即廢卷芯

8、由于在退火過程中已被損壞，由廢尾卷清 除裝置將廢卷芯從開卷機上直接吊走，并拋到廢料箱中。帶鋼厚度大于1.5mm時，不經(jīng)入口張緊輻和出口張緊轆，沿導板在 入口張緊車昆和出口張緊車昆的上張緊輻處通過（上張緊輾僅作轉向輾）, 此時開卷刀和帶尾剪切機均上升至上限即開卷和剪切的合適位置。其 它工藝過程與上述相同。軋制完成后機組停車、卸張，2#鋼卷小車托輾已低壓壓上，開卷機 壓輻已壓下，入口張緊輻前的帶尾剪切機動作，剪切帶尾。剪切完畢， 機組重新啟動，開卷機電機反轉將廢帶材卷饒在卷筒上，開卷機停車 卷筒縮徑。2#鋼卷小車行走電機啟動，使廢卷芯與卷筒脫離運出 4000mm后停，2#鋼卷小車托頭升起，廢尾卷清

9、除裝置的升降缸伸出， 夾鉗夾緊廢卷芯，然后升降缸縮回，小車電機啟動開出線外12000 停。升降缸伸出，夾鉗松開廢卷芯，廢卷芯掉入廢料斗中；廢尾卷清 除裝置的升降缸縮回最小位置之后，小車電機啟動開至等待位置停。機組在喂料速度下平整帶材直至減速停車之后，入口、出口張緊輻 的上下壓轆缸動作，使壓輻壓緊帶材。測張銀壓輻縮回，防皺轆、防 跳餛下降，帶鋼防纏導板縮回。開卷機反轉卷廢帶材的同時，入口張 緊轆電機、四車昆平整機電機、出口張緊輾電機、卷取機電機聯(lián)合控制 以喂料速度軋制帶尾。同時3#鋼卷小車升降缸動作，以低壓上升使 托輾托住鋼卷停。當卷取機卷筒將帶材尾部卷到卷筒的下方時，整個 機組停車。入口、出口

10、張緊車昆上下壓輾擺開。卷取機卷筒漲縮缸動作 使卷筒縮徑，保護罩氣缸動作，打開安全門，然后卷取機活動支承擺 開，3#鋼卷小午（或如有必要卷取機推板與3#鋼卷小車同步卸卷） 卸卷。3#鋼卷小車運行4400mm后停，然后進行高度調(diào)整，旋轉液壓 缸動作使托頭轉動90°，使鋼卷中心線與3#步進梁中心線一致。3# 步進梁的活動梁在最低位行走缸活塞桿伸出，到1卷位去接卷。到 1卷位之后，活動梁上升托卷，托卷之后行走缸縮回極限，活動梁 下降，完成一個步距。3#鋼卷小車升降缸下降極限位置，小車返回卷 取機下方等待接卷。3#步進梁步進式運送鋼卷，當鋼卷運到3卷位時，進行稱重。鋼 卷運到4卷位時打捆裝置對

11、鋼卷進行打捆。3#步進梁重復運卷過程, 直至將鋼卷運到5卷位和6卷位，由吊千將鋼卷吊到存儲庫。由于平整機壓下量很小，利用出入口厚度來測量壓下量比較困難， 因此用與壓下量成正比的帶鋼長度變化，即延伸率來表示帶鋼的變形 程度。為了完成精確的恒延伸率控制，入口和出口分別裝有激光測速 儀。激光測速儀實時跟蹤入口和出口速度，反饋給延伸率自動控制系 統(tǒng)進行恒延伸率控制。表2. 1為該平整機基本設備參數(shù)。本機組配備干、濕兩套平整系統(tǒng)，可根據(jù)產(chǎn)品的要求任意選用。入 口端設有予開卷準備站以及卷尾清除裝置，可節(jié)省輔助操作時間。平 整機架前后配有大直徑的s張力轆組及整塊弧形導板，便于穿帶，所 有厚度在2.5以下的帶

12、鋼，均可通過張力輻組采用較大的張力平整。 開卷機采用新穎結構，芯軸為實體構造，因而能承受較大的張力，卷 筒的漲縮靠移動扇形塊實現(xiàn)，所產(chǎn)生的位移量能自動得到補償。機組 采用過程計算機控制。2.1.2機組設備參數(shù)該平整機為單機架四餛不可逆軋機，主軋機、開卷機和卷取機變頻 裝置采用的是用siemens公司的6se70模塊，采用28mpa液壓壓上系 統(tǒng)，平整機前后配置有beta lasermike公司的激光測速儀，出入口 配置有abb公司的張力計，具有工作轆止負彎功能，并配備有完整的 平整液噴淋系統(tǒng)。該生產(chǎn)線主要設備參數(shù)如表2. 1所示。冷軋平整機組由過程自動化系統(tǒng)、基礎自動化系統(tǒng)和人機界面(hmi)

13、 三部分組成，人機界面又分為過程自動化hmi與基礎自動化hmi,同 時預留有同生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)(三級)的接口。在此對整個系統(tǒng)進行 介紹。過程自動化系統(tǒng)在生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)中是用來管理生產(chǎn)過程數(shù)據(jù) 的計算機系統(tǒng)，通常完成生產(chǎn)線上各設備的設定值計算、模型優(yōu)化、 生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)利產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)的收集、收集設備運行數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計劃 數(shù)據(jù)維護、生產(chǎn)原料數(shù)據(jù)和生產(chǎn)成品數(shù)據(jù)的管理、物料數(shù)據(jù)在生產(chǎn)線 上的全線跟蹤、協(xié)調(diào)各控制系統(tǒng)間的動作和數(shù)據(jù)傳遞等。過程計算機 控制系統(tǒng)需要利工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)通訊，接收半產(chǎn)計劃指令、原料數(shù) 據(jù)、軋幅數(shù)據(jù)等；上傳生產(chǎn)計劃完成進度數(shù)據(jù)、成品結果數(shù)據(jù)、設備 開動效率數(shù)據(jù)和各種其它管理需要的

14、數(shù)據(jù)?；A自動化系統(tǒng)主要分為三部分：1）工藝控制系統(tǒng)：根據(jù)二級模型 預設定數(shù)據(jù)，首先控制液壓壓上缸、彎輾液壓缸以等執(zhí)行機構盡可能 接近預設值，并根據(jù)機組出入口激光測速速度、軋制力等反饋值對各 執(zhí)行機構進行快速動態(tài)調(diào)整，保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量精度。2）主令控 制系統(tǒng)：根據(jù)道次預設定數(shù)據(jù)，控制主軋機、開卷機和卷取機速度, 通過設定輸出轉矩完成軋制過程中的張力控制，并作為主要執(zhí)行機構 完成厚度控制。3）輔助控制系統(tǒng)：與工藝控制和主令控制系統(tǒng)結合， 完成軋線單體設備的順序控制（比如換車昆順控、卸卷順控等），同時還 負責高壓、低壓等公輔系統(tǒng)、平整液噴淋系統(tǒng)控制。過程自動化系統(tǒng)、基礎自動化系統(tǒng)和人機界面之間均

15、通過工業(yè)以太 網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交互通訊?；A自動化系統(tǒng)各部分之間通過西門子現(xiàn)場總 線profibus-dp網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)兩種通訊方式進行數(shù)據(jù)交換，基礎自 動化系統(tǒng)與操作臺、遠程i/o、傳動裝置之間通過profibus-dp網(wǎng)進 行通訊。整個計算機控制系統(tǒng)組成及網(wǎng)絡布置如圖2. 3所示?；A自動化級(level1)其主要設備為siemens fm458 plc控制系統(tǒng)、 s7-400 plc控制系統(tǒng)、s7-300 plc控制系統(tǒng)、。主要功能是實現(xiàn)主線 協(xié)調(diào)、自動延伸率控制、機架控制、張力控制、順序控制、媒介/通 風系統(tǒng)控制、急停控制等。機組主控制器由一臺s7-400 plc承擔，完成順序控制、主令控制

16、、 全線協(xié)調(diào)控制、操作臺控制、速度主令、換車昆控制、與hmi server 的通訊、與db server的通訊等功能。全線操作臺、與機組邏輯動作 相關的檢測元器件等均由s7-400進行信號處理。機組液壓控制器由一臺s7-400 plc承擔，完成液壓站邏輯控制和液 壓站起?？刂乒δ?。與全線液壓、潤滑系統(tǒng)相關的檢測儀表、元器件、 執(zhí)行機構等均由s7-400進行信號處理。機組機架工藝控制器由s7-fm458 plc承擔，完成液壓壓下控制、電 動壓下控制、彎輻控制、延伸率控制、與傳動系統(tǒng)的通訊等功能。與 機架工藝控制相關的檢測儀表、傳感器、執(zhí)行機構等均rh s7-fm458 進行信號處理。鞍鋼冷軋廠1

17、450mm單機架平整機組延伸率自動控制是平整過程中 核心內(nèi)容，平整機的所有電氣系統(tǒng)是延伸率控制系統(tǒng)的下級系統(tǒng)，為 延伸率控制系統(tǒng)服務。平整機的所有控制系統(tǒng)都與延伸率實行閉環(huán)（如圖12所示）。平整延仲率控制系統(tǒng)是由延仲率測量、通過調(diào)節(jié) 前后兩臺激光測速儀實現(xiàn)帶鋼延伸率自動控制、通過調(diào)節(jié)機架出入口 側的帶鋼張力實現(xiàn)帶鋼延伸率的自動控制、通過調(diào)節(jié)軋機的軋制力實 現(xiàn)帶鋼延伸率的自動控制這四部分組成。用張力調(diào)節(jié)帶鋼的延伸率，僅用于1.5mm以下的帶鋼，在單機架平 整機上，一般用于0. 31. 5mm的帶鋼。這是因為從張力對改變延伸 率的效果來看，帶鋼越薄，用張力調(diào)節(jié)延伸率的效果越好。帶鋼越厚， 則用張力調(diào)節(jié)的效果越差（如圖2-3）o而用改變軋制力的方式來調(diào) 節(jié)帶鋼延伸率的效果，與用張力調(diào)節(jié)的效果正好相反，即帶鋼越薄, 用軋制力調(diào)節(jié)帶鋼延伸率的效果越差。即帶鋼越厚，則用軋制力調(diào)節(jié) 帶鋼延伸率的效果越好（如圖2-4）o事實上，在實際平整軋制中, 對于0. 31. 5mm之間的帶鋼，是采用張力加上軋制力的方法來控制 延伸率的，此時軋機前后的s餛作為張力車昆。厚度超過1. 5mm的帶鋼， 則完全采用軋制力控制延伸率方式，此時s轆作為導向鶴。在采用張 力加軋制力的方式控制延