摘要：介绍了柳州钢铁(集团)公司新建的2032mm宽带钢热连轧生产线的基本情况、自动化控制系统的结构以及主要控制功能。
关键词：带钢热连轧；自动化系统；控制功能
l 前言
柳州钢铁(集团)公司最近新建了一条年产热轧卷150万t(二期将增至230万t)的2032mm宽带钢热连轧生产线，其基本参数见表1。该生产线的自动化系统综合利用了目前的成熟先进技术，由国内自主设计、施工。
2 自动化系统结构
2032mm热连轧生产线自动化系统控制范围为：上料辊道、步进梁式加热炉、粗轧机组(1平2立3架轧机)、转鼓式飞剪、精轧机组(6架四辊轧机)、层流冷却装置、三辊助卷式地下卷取机及称重、喷印直至入库装置。该系统由传动系统、基础自动化系统(L1)、过程自动化系统(L2)等部分组成。
2．1 基础自动化系统结构
根据工艺设备的特点，基础自动化系统按照加热区、粗轧区、精轧区、卷取运输区4个区域进行分区配置，其中对控制任务密集的精轧区，工艺控制采用了多CPU结构的SIMATIC TDC系统，分别担任速度主令与活套、F1～F2、F3～F4、F5～F6机架控制和层流冷却控制；粗轧、卷取的工艺控制则采用了PLC。各区采用了不同层次的PLC作为顺序控制器及介质控制器。
在各区的操作室设置监控站(HMI)，以便操作工进行过程监控、数据设定及数据存储等，监控系统的结构为CLIENT／SERVER，即客户／服务器计算环境。过程计算机、HMI服务器、数据库服务器等为系统的服务器，前端客户端即各区的监控站放置在各操作室内。对系统的修改可在服务器上进行，而对客户端的应用没有影响。2032rnm热连轧生产线在各区域配置l台HMI服务器，客户机利用服务器提供的服务，通过独立的终端总线与服务器通讯，各操作室内的客户机可自动寻找分配给它们项目的服务器，这就可能在以后方便地切换服务器而又不会引起任何不利的后果。
2．2过程自动化系统结构
过程自动化系统由承担不同功能的服务器及网络设备构成。
选用PC服务器作为系统的炉区和轧区的过程计算机，配置l台服务器作为PDI计算机，即数据管理计算机。系统盘采用硬件RAIDl镜象备份，确保系统运行安全可靠。数据盘统一放在磁盘柜中，采用存储区域网络(SAN)和RAID结构保证存储系统的高性能、高可靠性和良好的可扩充性。在每台PC服务器上的网络通信设备采用冗余结构，以确保故障情况下不影响系统的工作。
在2032mm热连轧生产线自动化系统的网络配置方面，过程自动化系统与基础自动化系统之间、各区域PLC之间采用交换式以太网进行数据通信，交换机作为网络通信设备，通信介质采用光纤，系统使用TCP／IP协议；基础自动化系统与传动系统、基础自动化系统与安装在现场的远程I／O之间采用现场总线进行数据通信。
各个区域均设置一个环型光纤子网，采用高速交换机将本区域}HMI服务器和PLC等控制设备连接起来，使同一区域的PLC之间可以快速交换数据，同时过程机和HMI服务器也可以很方便地与本区域的PLC交换数据。而各区域的过程机及其终端、HMI服务器和HMI设备通过主干网实现互连，同时，采用一个高性能的以太网交换机作为主交换机，二级交换机使用光纤与主交换机相接，这样，网络系统就成为一个统一的整体。
3 自动化系统主要功能
3．1轧件跟踪
轧件跟踪的目的是确定轧件(板坯、带坯、带钢、钢卷)在轧线上的具体实际位置，并在相应的时序启动对应的控制功能。轧件跟踪的范围从称重辊道上板坯核对开始，直至运输链成品入库结束。轧件跟踪功能由基础自动化控制系统L1与过程控制系统L2共同完成，L1实现轧件的微跟踪，负责将跟踪信号和跟踪修正信号传递给L2；L2实现宏跟踪，根据L1上传物料的ID号、各检测器信号及带坯运行的方向、轧制道次数等信息，确定带钢实际位置，并在跟踪画面上进行显示。
3．2粗轧区主要控制功能
粗轧区主要是控制粗轧出口的板坯目标厚度、目标宽度以及粗轧区的轧制节奏，其中宽度控制及机组连轧是本区的关键技术。L2将对粗轧机组中R1的压下道次、辊缝、E1/E2开口度、侧导板位置及轧机速度进行设定，L1根据L2的设定参数对设备进行相应的反馈控制。
(1)板坯宽度控制。系统首先进行精轧、粗轧机组目标宽度计算，然后进行粗轧各道次宽展的计算，由此进行立辊总压缩量的计算以及各立辊宽度压下量的分配，再计算出各立辊开口度设定值，下载到L1进行各轧机的辊缝设定。
(2)机组连轧。E1立辊轧机和R1粗轧机进行奇数道次轧制时形成连轧，此时E2立辊打开空过。E2立辊轧机和R1可逆轧机进行偶数道次轧制时形成连轧，此时E1立辊打开空过。
3．3精轧区主要控制功能
精轧区的主要控制功能有速度控制、活套控制、终轧温度控制及卷取温度控制。
(1)机组速度控制。精轧机组采用升速轧制工艺，速度设定值由过程计算机根据轧制工艺状况和设备能力，按负荷分配得到各机架出口厚度，并根据终轧温度确定末机架出口速度un后，用秒流量方程反推出各机架速度设定值。并根据单调/联调调节量、活套高度闭环调节量、AGC调节补偿量以及下游机架的级联补偿量等调节轧机速度，级联方向是下游向上游机架进行。
(2)活套控制。活套控制包括起落套控制、活套高度调节及活套张力控制3项主要功能。活套高度闭环控制通过调节主传动速度实现。预设定活套角与反馈活套角有差值时，调节相邻上游机架的主速度，同时，按精轧机速度级联关系调节上游其他机架主传动速度，使带钢活套量在预设范围内。活套张力调节是根据计算的活套总力矩，通过控制驱动活套电机的电流实现。活套起落套控制主要功能为活套起套时的软接触控制和落套时的软着陆控制。
(3)带钢厚度控制。厚度控制采用绝对AGC和相对AGC 2种控制方式。采用绝对AGC 时，以过程计算机计算的目标厚度和预报轧制力作为目标厚度，锁定各机架轧制力进行自动厚度调节，追求与要求的成品厚度差最小。当实测带钢出口厚度与给定的目标厚度之差超过某极限值时，将以实测值作为本块钢的给定目标厚度。相对．AGC有2种控制方式，一是LOCK—ON方式：以计算各机架头部平均厚度为目标厚度，锁定各机架的轧制力和辊缝，进行自动厚度调节，追求同带差最小。二是HOLD方式：以前一块带钢头部锁定值作为本次锁定值进行本块带钢自动厚度调节。
(4)终轧温度控制。终轧温度的控制有3个方面：一是按终轧温度预测模型推算出穿带速度，以控制带钢头部的终轧温度。二是升速轧制时通过实测精轧出口温度，反馈控制加速度以使温度实测值控制在目标值内。三是冷却控制，即对精轧除鳞水的控制和机架间冷却水的控制。
(5)卷取温度控制。对带钢卷取温度的控制主要通过层流冷却系统来实现，在自动化控制系统中，L2系统主要确定系统的控制策略并完成预设定计算、动态设定计算、反馈控制和自适应控制；L1系统则根据L2系统的指令完成带钢的段跟踪、水阀的动态控制和实际数据的收集并传送给L2系统。精轧机出口温度计FT和层冷区出口温度计CT分别参与系统的动态设定计算和反馈控制计算。由于工艺上对带钢的头部、中部和尾部分别控制的功能。带钢头部采用预设定控制方式，其余部分将采用前馈控制为主、反馈微调为辅的方式进行控制。
3．4 卷取区主要控制功能
卷取区的基本控制包括：卷取机逻辑、顺序和操作控制，卷取机辊道、夹送辊、助卷辊位置控制，卷取机张力控制，卷取机卷径计算，卷取机尾部定位控制，卷取机卷筒涨缩控制，卸卷小车控制，翻卷机控制。
(1)侧导板短行程控制。当侧导板喇叭口处的热金属检测器HMD检测到带钢头部时，延时一定时间后发出侧导板短行程关闭指令，保证带钢未进入夹送辊前，将带钢对中。随后带钢咬人夹送辊，操作员可手动干预同时减小侧导板两侧的开口度，直到带钢边缘拉出轻微火花。当热金属检测器HMD检测到带钢尾部时，为保证带尾顺利进入卷取机，侧导板开口度变为：
LSG = W+C (1)
夹送辊抛钢后，开口度变为：
L SG = W+S (2)
式中，W为带钢宽度；S为短行程距离；C为常数；L SG为侧导板的开口度。
(2)助卷辊辊缝调节。每个助卷辊被安装在支撑臂上，由3组气液缸分别控制其抱紧和离开卷筒。根据带钢厚度，助卷辊与卷筒之间的辊缝可以手动和自动方式进行精确调整。
(3)卷筒速度控制。卷取机卷简的速度控制分为手动和自动方式2种，自动方式下卷筒的速度控制为：带钢头部未到达精轧机末架时，卷简以等待速度运行(约等于最大终轧速度的10％)；带钢头部离开精轧机末架时，卷简以设定的超前速度运行；当带钢缠绕在卷筒上，并且卷筒负荷信号产生后，卷筒就从速度控制方式转换为张力控制方式；夹送辊抛钢后，卷筒失张，又变为速度控制，此时尾部自动定位功能投人，直至带尾准确定位，卷筒电机停止运行；卸卷小车将带卷从卷取机中运走，卷筒电机启动到达等待速度，等待下一根带钢的到来。
(4)卷筒的涨缩控制。卷简分3级涨缩，由液压缸控制，分为手动方式和自动方式。
(5)卷径计算。卷取机上钢卷的卷径可通过安装在卷取机及其相应测速辊上的脉冲发生器的计数值计算出来；也可以利用带钢实测厚度、卷简直径和卷简编码器所测出的圈数来计算。
(6)卷取张力控制。为保持卷取过程中带钢张力的恒定，张力控制主要考虑了张力矩、弯曲力矩、摩擦力矩、随卷径变化的转动惯量补偿和加减速时的动态补偿力矩。在实际控制中，卷取机有2种工作状态：速度控制状态和张力控制状态。在点动和穿带期间，采用速度控制；穿带后当卷取张力已建立时，采用张力工作状态。
4 结语
柳钢2032mm热轧带钢生产线于2005年10月16日成功投产，从而使柳钢板材比超过了50％，投产后于12月初日产突破4000t，2005年试生产的一个多月，即完成了10万t的产量，为柳钢2006年实现600万t钢材奠定了基础。
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