棒材超细晶粒钢自动控制系统研发

2009年10月中国设备工程棒材机组物料跟踪控制系统的研制与开发李永强（安阳钢铁集团公司第一轧钢厂，河南安阳455004）摘要：介绍300棒材机组基本情况，重点阐述机组的物料跟踪控制系统情况、控制流程以及对生产的影响。

关键词：控制；物料跟踪；研制中图分类号：TP2文献标识码：B安阳钢铁集团公司第一轧钢厂φ300mm 棒材机组是一条年产70万t 的半连轧生产线，生产规格为φ20～φ28mm 的圆钢和螺纹钢。

轧件从加热炉的装钢到出炉、轧制、剪切、冷床、头部筛选、打包等各工序，采用自动化物料跟踪控制。

各点控制设备分别是：装钢、出炉安装一套微机和红外线测温仪。

连轧区安装一套1＃切头、事故碎断飞剪；在预精轧前安装了一套活套装置；冷床前设有2#倍尺飞剪，通过PLC 模拟运算，实现倍尺分段；精整区安装头部筛选和下卸钢控制PLC 等。

整套物料控制系统是以连轧主PLC 为核心，通过以太网通信方式构建的，信息传递方式见图1。

一、物料跟踪信息传递原理1.加热炉装钢、出炉检测系统系统采用一台微机和红外线检测仪进行控制。

坯料入炉前根据炉号、支数、重量输入微机，出炉时由红外线热金属检测仪对出炉钢的支数进行统计，并与输入的支数校对，检测出的各种参数信息，通过以太网传输到连轧PLC 中进行数据处理。

检测采样原理见图2。

2.1#飞剪控制系统1#飞剪系统采用GE90-30作为控制核心，硬件由热金属检测仪、GE90-30PLC 、电机和各保护信号检测装置组成。

钢料经500轧机和1#飞剪剪前轧机轧制后，被热金属检测仪检测到，信号传送到PLC 输入模块中，进行数据处理，并将数据传送到主PLC 中，以待后期使用。

3.连轧主PLC 控制系统采用GE90-70控制系统，应用实时通信网络，通过以太网采集各监测点的数据信息，内部进行运算，结果送到各站所，进行物料控制。

主PLC 还将各可编程控制器及人机接口计算机联结在一起。

人机接口计算机系统以画面形式向操作人员提供系统工作状态显示，并能输入及修改控制数图1物料跟踪控制系统信息传递网络文章编号：1671-0711（2009）10-0061-03自动化工程61中国设备工程2009年10月据。

棒材加热炉自动控制系统的应用棒材加热炉是用于加热金属棒材的一种热处理设备，广泛应用于钢铁、有色金属等行业。

随着产业的发展和技术的进步，传统的手动控制方式已经无法满足生产的需要，自动控制系统开始逐渐应用于棒材加热炉。

本文将就棒材加热炉自动控制系统的应用进行详细的介绍。

一、控制系统的组成棒材加热炉的自动控制系统主要由控制器、传感器、执行器、控制元件等几部分组成。

其中：1、控制器：是控制系统的核心部件，主要功能是接收传感器采集的信号，经过处理后控制执行器完成相应的控制任务。

目前，常见的控制器有PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分布式控制系统）、PC机控制等。

2、传感器：是控制系统获取现场反馈信息的重要设备，主要用于测量温度、压力、位移等，并将测量结果转化成电信号输送到控制器中。

3、执行器：是指控制系统中完成状态改变或动作执行的装置，主要由电磁阀、变频器、电动机等组成。

4、控制元件：由开关、继电器、传感器等组成，负责完成控制功能，如传感器变化时开关控制执行器等。

以上四部分设备组合成棒材加热炉的自动控制系统，通过自动化程序实现对加热炉加热过程中的温度、时间、气体流量等参数的实时监控和控制。

二、该系统的特点自动控制系统相比于传统的手动控制方式，具有以下特点：1、操作方便：自动控制系统具有人机接口，操作简单明了，不需要专业技能和培训。

2、准确度高：采用了精密的传感器和数字控制技术，实现对加热过程的精准控制，避免了人工操作中的误差，确保了工艺的稳定性和可靠性。

3、节约能源：自动控制系统可以有效弥补人工操作中存在的业余和休息时间，根据工作情况自适应调整加热功率，实现能耗的节约。

4、提高工作效率：自动化程序可以优化工艺流程，提高生产效率，同时缩短生产周期，提高生产效益。

5、确保安全：自动控制系统可以安全、可靠地控制加热过程，避免了因操作失误而造成的人员伤亡和设备损坏的风险。

三、应用案例金属制品公司的棒材加热炉在原来的人工控制的基础上，改为自动控制。

棒材打包机自动控制系统的设计及应用摘要：棒材打包的过程中如果使用自动化的控制系统则会有着更高的工作效率，在这样的背景下为了能够充分的做到自动化的控制要求，文章分析了相关系统的设计以及具体的应用过程。

关键词：棒材打包；自动控制；系统设计1 系统结构及工艺过程高速棒材打包机的可编程控制器（ＰＬＣ）控制系统结构按功能划分为３部分：其机械部分主要由车体、蓄丝机构、拧丝机构和抱臂构成，是设备的支撑和最终执行机构;电气系统包括控制柜、各种检测开关、电缆和可编程控制器PLC等，是:设备的控制核心;液压系统则包括泵站、控制阀、液压缸、液压马达等，是设备的动力源。

该打捆机的特点是结构紧凑,操作方便，可靠性高，成本低，可适应不同辊道的需求。

由于钢铁厂环境恶劣，生产连续，且打捆机的一个打捆周期由蓄丝、合臂、伸钳、送丝、拉紧、合钳、剪切、开臂、拧进、松钳、退钳、挤平12个动作组成，动作多,运动复杂，因此对控制系统的性能及可靠性提出了严格的要求。

PLC具有结构小:巧,运行速度高，通用性好，可靠性高等特点，能适应工业现场的高温、振动、粉尘等恶劣环境，所以选用PLC作为控制系统的核心部件。

2 棒材打捆机控制过程棒材打捆是棒材生产线上的最后几道工序之一,若捆得太紧,捆线容易断;若捆得太松，行车起吊时容易散捆。

打捆线一般采用06.5的热轧盘条,打捆过程是:当选择开关处于自动位并且有打捆机就绪信号时，棒材由传输辊道送至打捆机,光电管感应到有钢材,将信号送至机控制系统，打捆机由打捆预备位前进到打捆位,打捆头压下，压到位后，快速回线捆紧,完成后,剪断打捆线,扭结打捆线,到位后，夹住打捆线,接受来自轧制主系.统的信号,准备下一次打捆。

当选择开关处于手动位时，可以在控制面板上进行手动操作。

现场装有摄像头，监视打捆状况。

棒材捆的松紧可以通过调节压下到位光电管和在控制程序中改变扭结时间来实现。

捆线之间的距离可以通过在主轧制程序中调节辊道转数来实现,通过摄像机方便地在操作台内进行人工调节，打捆机还设有故障位和检修位。

51工业技术1　综述 中小型车间自动化控制系统采用ABB Master系统，由多个AC450RMC过程站和PPA监控系统组成。

此轧线系统主要由18台轧机组成,包括粗轧区域6台轧机，中轧区域6台轧机，精轧区域6台轧机，此外还包括3台剪子以及各轧机间的设备检测元件。

在超细晶粒钢的控制系统调试中，用淬冷设备替代精轧区域的11号和12号轧机，需要增加穿水淬冷系统的控制部分，比如流量调节阀和各个切断阀的控制，通过调节水流量来控制轧件在此区域的速度并调整轧件温度。

穿水淬冷设备除了出入口外是一个密封的系统，因此原有的活套扫描仪检测不到轧件，只能靠模拟原有检测信号以完成整个系统的速度级联控制及轧件的测长控制。

2　穿水设备功能实现 在轧线区域增加三个水阀：开关阀V1、溢流阀V2、开关阀V3，操作画面上增加超晶细粒钢的穿水监控等功能。

增加一个流量检测点和一个压力检测点在进水管道上，可以根据流量或者压力来进行PID 调节控制阀的开口度，并以此来控制轧件的温度及其搬运速度。

在11号轧机前，将检测轧件位置的检测元件由活套扫描仪换型为热金属探测器（HMD），用来控制三个水阀的启停。

设定淬冷设备到HMD的距离为L1, 2#剪到HMD的距离为L2，轧件的搬运速度为V。

t1=L1/V t2=L2/V 轧制精细粒钢时，为减少冷却水对管道及水阀的冲击，调节阀应在任意时间内应保持一定的开口度：不轧钢时，开关阀V1、V3常闭，溢流阀V2常开；轧钢时，在HMD检测到轧件后，开关阀V1、V3延时t1-0.3秒打开，溢流阀V2延时t1秒关闭。

HMD检测不到轧件后，延时t2秒后，所有调节阀恢复初始状态。

3　轧线速度级联及测长 在轧线区域替换11号和12号两台轧机，切断了轧件控制系统中轧钢的连续性，所以需要在实际的轧制过程中不断进行速度调整，从而实现淬冷设备和轧机速度的匹配。

3.1　上游主速度参考值级联 在工艺计算时,首先需设定成品轧机的MCCU值,然后根据系数R向前推算各工作轧机的速度，计算公式为: MCCU n-1=MCCU n/R n （MCCU:主速度上游级联值，成品轧机的MCCU为定值）。

180棒材生产线精整区自动控制系统改造发布时间：2022-11-13T09:32:36.853Z 来源：《科学与技术》2022年14期7月作者：张浩[导读] 本文主要针对180棒材的生产线的精加工设备存在的问题张浩宝武杰富意特殊钢有限公司广东省韶关市 512000摘要：本文主要针对180棒材的生产线的精加工设备存在的问题，提出一种改进的自动化控制系统，本方案既能降低工人操作失误，又能保障人员和设备的安全，同时还能有效地提高工作效率。

关键词：180棒材生产线；精整区；自动控制引言钢铁工业是我国国民经济的重要支柱产业，而钢筋又是建筑业不可缺少的重要原料，随着建筑业的发展，钢材的需求量也在快速增加，传统的钢筋生产线已不能满足日益增加的需求。

采用全自动化的棒料生产线，能够使生产效率得到极大的提升，从原来的几米/秒的加工速度提升到40多米/秒。

此外，自动化控制也使人员和设备的安全得到很大的改善。

目前，全自动生产已成为棒材生产线的一个重要组成部分，而自动化控制技术则是整条生产线的关键所在。

1 精整设备存在的主要问题 180棒材生产线的精加工设备主要包括：上料、冷床、冷剪、三组检验台、下料以及包装等系统。

精加工设备的电气控制很简单，各工序的电气控制不能互相联系，不能实现自动控制，而且故障率高，严重地影响生产的正常生产。

180棒材机组是根据当前的轧制需求，与国内同类轧机进行比较的，其主要问题如下：第一，上卸钢结构落后，电动机牵引装置失效频发，技术事故多，严重影响生产指标。

第二，冷床对钢的加工能力不强、电动机控制简单、制动器性能差、事故频发、弯头现象多，造成成材率、定尺率等经济技术指标落后于国外同行。

第三，检查台收集结构落后，轧辊道堆钢频繁出现，对生产速度造成很大的影响。

第四，裁剪机容量严重不足、电器及控制系统陈旧、故障率高、维修保养难度大。

第五，采集包装质量不佳、劳动强度大。

2 棒材自动化控制的整体布局 180棒材生产线可划分为加热炉区、轧线区和精加工区3个相对独立的控制区。

摘要在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。

目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车(23％)，粮食加工(16．4%)、化学／制药(14．6%)、金属／矿山(11．5%)、纸浆／造纸(11．3％)等行业。

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30%—40%。

在这个时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，而且在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

现今，PLC已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强，编程简单等特点。

在可预见的将来，PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的主导地位，是其他控制技术无法取代的。

本文介绍了S7-200 PLC控制系统在轧钢棒材生产中系统中的应用，着重描述了系统配置及冷床控制功能。

最后通过，通过测试和实验的成功表明本文研究成果的可行性和可靠性。

关键词：PLC控制系统；轧钢；棒材生产；冷床顺序控制；ABSTRACTIn the area of Automation Control,Programmable Logic Controller is an important control equipment.Currently,there are over 200 manufacturers that produce more than 300 varieties of PLC products,which are now applied in auto industry(23%),grain processing(16.4%),chemical&pharmacy(14.6%),metals&mine(11.5%),paper pulp and paper making(11.3%) and many other industries.The PLC develop fastest during the 1980s and the mid-1990s,the value of gross output of PLC increase at the speed of 30%-40% per year.In this period,the PLC technology has developed rapidly in the field of analogy processing,digital quantity operation,man-machine interface,network service,gradually the PLC entered the field of process control because of these,and in some fields the PLC has token the place of Distributed Control System-the once king in the field of process control.And now,the PLC has been equipped with good commonality,ease of use,wide applicability,high reliability,good anti-interference,easy programmability and some other advantages.In the foreseeable future,the PLC will dominate the industrial automation and control,especially Sequence Control,and it can't be replaced by other control technologies.This article will introduce how s7-200 PLC system works in rolling steel bar production,and it focus on describing System Configuration and cooling bed stly,tests and experiments show that the research results this article describes are practical and reliable.Key words:PLC control system; steel rolling; bar production;sequence control of the cooling bed;目录第一章绪论 01.1 课题研究背景和意义 01.2 国内外发展状况与发展趋势 (2)第二章可编程控制器简介 (9)2.1 可编程控制器的发展历史 (9)2.2 PLC的特点 (10)2.3 PLC的工作原理 (11)2.4 PLC的体系结构 (12)2.5 PLC控制程序设计 (15)第三章轧钢棒材生产线冷床控制系统的硬件设计部分 (17)3.1 硬件组成及控制要求 (17)3.2 PLC输入、输出的安排 (19)第四章系统软件设计部分 (25)4.1 系统流程设计图 (25)4.2 顺序功能图 (25)4.3 PLC程序 (26)第五章结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)第一章绪论钢棒材是经济建设中必不可少的一种材料，钢棒材品种繁多，广泛应用于汽车制造、电气机械、船舶制造工业、大跨度桥梁、高层建筑等社会生活各个方面。

2#棒材自动化控制系统的设计与实现介绍了2#棒材自动化控制系统在全连轧棒材线上的设计与实现。

详细阐述了棒材线自动化控制系统的硬件配置及各种功能的实现。

标签：计算机速度；张力；活套；控制；凌源钢铁集团公司第一轧钢厂2#棒材车间于2007年11月开始建设，2008年9月投入试生产。

全线采用了先进的计算机控制系统，该系统体现了当前轧钢自动化控制的几个特点：（1）计算机、仪表、电气全部采用PLC“三电合一”；（2）设备控制，包括交、直流传动装置、操作台（箱）通过PROFIBUS—DP现场总线连网，大大减少了电缆使用量，降低了建设成本，还为系统提供了更大的灵活性和扩展性；（3）工作站具备全厂设备监控、参数设定、轧件跟踪、故障诊断、模拟轧制趋势分析等多项功能，构成完善友好的人机界面，为产品质量、作业率的提高提供了可靠的保证。

1 设计步骤初步设计时首先要对用户提出的关于生产过程自动化的要求进行需求分析。

通过系统设计要确定过程计算机的任务，过程自动化解决问题的方法，过程计算机系统结构、硬件设置以及程序构成。

系统设计时要本着高可靠性、高利用率、良好的响应特性、操作性好、通用性好以及经济效益高的原则来进行设计。

设计阶段应从以下几方面考虑：首先根据应用目标确定系统规模，在确定RAM和R0M的容量后，主要考虑I/0的点数、A/D及D/A的数量，尽可能节省硬件，又要使软件尽量简化，以实现软硬件构成的最佳比。

接着进行CPU以及系统软件的选择，CPU的性能以及系统软件的后续支持能力和软件的丰富程度。

在开发控制程序时要根据轧线的控制要求，给出数学模型公式来描述生产过程中各个工艺参数的定量关系，最好有自适应自学习功能，使得模型的设定计算精度更接近不断变化的实际过程。

其后利用计算机灵活的指令编制相应的程序。

最后进入系统的硬件、软件分调，继而联调出适用于生产的轧制程序。

2 工艺简介2#棒材车间年设计生产∮16—∮40圆钢和螺纹钢90万t。