鞍钢1450平整模型研究与仿真

1、鞍钢1450平整模型研究与仿真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单机架平整机组（如图2. 1） 设计年产量60万吨，成品厚度范围03nrnt2nim,轧制带钢宽度为 7001380俪。生产钢种包括cq、dq、ddq等。机架出口速度最高可达 1200m/min,最大卷重为28吨。该平整机组由德国西门了公司总包, 机械设备由中国一重负责制造供货，三电系统由西门子公司负责。整个平整机组由下列主要设备构成：1）入口开卷区：包括入口步进梁、测宽测径装置、上料小车、压辗 与刮刀、1#与2#上料车昆、切头剪、开卷机。2）机架区：包括压辐装置、入口压辘、入口 s辐组、入口导向台、

2、 入口激光测速仪、平整机、出口导向台。3）出口区：包括出口分切剪、出口激光测速仪、出口 s银组、出口导板、卷取机、自动对中装置、磁力皮带助卷器、卸卷小车、出口步进梁、打捆机。4）介质系统：包括入口液压站、出口液压站、油膜稀油站、延伸率 控制液压站、工作馄弯车昆液压站、湿平整乳液站。2.1.1机组工艺生产流程平整机组在工序上接罩式退火炉之后，对退火后的带钢进行处理， 使其具有良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在1#步进梁上，该步进梁 位于机组操作侧垂直于轧制中心线。通过过程控制系统（二级）发送 来料卷信息，每个钢卷宽度已经记录在plc （级）中。1#步进梁将 钢卷

3、输送到翻卷机上，翻卷机将钢卷由立式翻转为卧式。1#钢卷小车 根据钢卷宽度自动控制接卷位置，1#钢卷小车将钢卷托起，向准备站 运送钢卷，运行至钢卷外径测量装置处停，测完钢卷直径后，进行高 度对中（对准予开卷机卷筒），然后1#钢卷小车继续向准备站运行, 将钢卷送到准备站的预开卷机卷筒上。卷筒涨径，压辗压下，钢卷开 卷刀伸出，预开卷机卷筒、压楹、矫直机以相同的速度转动，将带材 引入矫直机。当带材到达矫直机吋，上矫直辐压下进行直头，继续向 前送料至切断剪处，停止送料。切断剪开始剪切，切掉的废料头滑入 废料箱中。重复以上剪切过程，直至将不符合平整要求的钢卷头部全 部切掉。预开卷机卷筒、矫直机反转，将带头

4、转动到开卷机卷筒的下 方。1#钢卷小车托卷台托住钢卷，钢卷开卷刀缩回、压车昆摆起、卷筒 缩径。1#钢卷小车将钢卷卸下运往2#步进梁，行走至钢卷外径测量装置处 停，测完钢卷直径后，1#钢卷小车继续向2#步进梁运行，并将钢卷 运回到2#步进梁。2#步进梁将钢卷向开卷机步进式运送，最终运到 #2钢卷小车的受卷位置上,2#钢卷小午将钢卷托起运送1400mm后停, 进行高度自动对中后（对中开卷机卷筒），继续行走将钢卷套在卷筒 上。卷筒涨径，压车昆压下。2#钢卷小车下降最低位。开卷机转动向入口张紧辘送料，开头刮板装置中的刮板将带材掀起 向前送料。带材头部到达下张紧辐时，压车昆摆起压紧带材（此时入口、 出口

5、的上下张紧辘已经转动），继续送料至上下张紧车昆之间时，下张 紧辗升起，压紧带材，送到上张紧辗顶部时，上压辗摆下压紧带材。 带材头部咬入入口张紧辗后，手动对中系统使带材对中。继续向前送 料，带材经过入口导向台（此时防皱醍、防跳辘均在下限）以喂料速 度进入平整机（此时辘缝已摆好、工作辐已在转动）。当带材头部到 达出口张紧馄的上张紧馄时，上压幅摆下压紧带材，继续送料至上下 张紧车昆之间时，下张紧车昆升起压紧带材，送到下张紧辗底部吋，下压 银摆起压紧带材。开卷机、入口、出口的张紧车昆、平整机继续同步向 前送料，带材经过出口导向台（此时出口导向台的导板已升起，活动 导板已伸出）一直喂入由皮带助卷器包着的

6、卷取机卷筒处，卷取机己 经启动，将带材在卷取机卷筒上绕3 4圈后，机组停止送料，皮带 助卷器的皮带松开，抱紧辗抬起，皮带助卷器即退回原位。开卷机的 压紧车昆、入口张紧车昆的上下压车昆、出口张紧辐的上下压馄均摆开，人 口、出口下张紧辗下降，开头刮板、入口导向台、岀口导向台均落回 下限，防皱银、防跳辗上升至工作位置，自动对中系统、延伸率自动 控制系统、液压压下控制系统、弯车昆系统、平整液喷射系统（湿平整） 均投入工作，开卷机、入口、岀口的张紧辐、平整机、卷取机联合控 制轧制带头。当机组建立张力，加速到所要求的平整速度时，开始进行稳定平整 轧制带材。平整机出口处的液压剪是事故处理剪或将大卷分为小卷时

7、 用的。当带材在开卷机卷筒上快到尾部时，机组减速轧制带尾，自动 对中系统、弯辐系统退出工作。机组停车,带尾剪切机切掉带材尾部。 开卷机的压辘、入口张紧车昆的上下压辘、岀口张紧槻的上下压槻均摆 起压紧带材，防皱辐、防跳辐均落回下限，3#钢卷小车的升降台（升 降台上有托辘）升起托住钢卷，当带材尾部处于卷筒下方时，机组全 部停车。由23钢卷小车和卷取机的推板共同卸下钢卷，n°3钢卷小 车托着钢卷运往3#步进梁，步进梁受卷之后，步进式向后送料，在 3#步进梁的3卷位称重，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场上。同时开卷机反转，将带尾卷在卷筒的 下方（钢卷的内径即废卷芯

8、由于在退火过程中已被损坏，由废尾卷清 除装置将废卷芯从开卷机上直接吊走，并抛到废料箱中。带钢厚度大于1.5mm时，不经入口张紧辐和出口张紧辘，沿导板在 入口张紧车昆和出口张紧车昆的上张紧辐处通过（上张紧辗仅作转向辗）, 此时开卷刀和带尾剪切机均上升至上限即开卷和剪切的合适位置。其 它工艺过程与上述相同。轧制完成后机组停车、卸张，2#钢卷小车托辗已低压压上，开卷机 压辐已压下，入口张紧辐前的带尾剪切机动作，剪切带尾。剪切完毕， 机组重新启动，开卷机电机反转将废带材卷饶在卷筒上，开卷机停车 卷筒缩径。2#钢卷小车行走电机启动，使废卷芯与卷筒脱离运出 4000mm后停，2#钢卷小车托头升起，废尾卷清

9、除装置的升降缸伸出， 夹钳夹紧废卷芯，然后升降缸缩回，小车电机启动开出线外12000 停。升降缸伸出，夹钳松开废卷芯，废卷芯掉入废料斗中；废尾卷清 除装置的升降缸缩回最小位置之后，小车电机启动开至等待位置停。机组在喂料速度下平整带材直至减速停车之后，入口、出口张紧辐 的上下压辘缸动作，使压辐压紧带材。测张银压辐缩回，防皱辘、防 跳馄下降，带钢防缠导板缩回。开卷机反转卷废带材的同时，入口张 紧辘电机、四车昆平整机电机、出口张紧辗电机、卷取机电机联合控制 以喂料速度轧制带尾。同时3#钢卷小车升降缸动作，以低压上升使 托辗托住钢卷停。当卷取机卷筒将带材尾部卷到卷筒的下方时，整个 机组停车。入口、出口

10、张紧车昆上下压辗摆开。卷取机卷筒涨缩缸动作 使卷筒缩径，保护罩气缸动作，打开安全门，然后卷取机活动支承摆 开，3#钢卷小午（或如有必要卷取机推板与3#钢卷小车同步卸卷） 卸卷。3#钢卷小车运行4400mm后停，然后进行高度调整，旋转液压 缸动作使托头转动90°，使钢卷中心线与3#步进梁中心线一致。3# 步进梁的活动梁在最低位行走缸活塞杆伸出，到1卷位去接卷。到 1卷位之后，活动梁上升托卷，托卷之后行走缸缩回极限，活动梁 下降，完成一个步距。3#钢卷小车升降缸下降极限位置，小车返回卷 取机下方等待接卷。3#步进梁步进式运送钢卷，当钢卷运到3卷位时，进行称重。钢 卷运到4卷位时打捆装置对

11、钢卷进行打捆。3#步进梁重复运卷过程, 直至将钢卷运到5卷位和6卷位，由吊千将钢卷吊到存储库。由于平整机压下量很小，利用出入口厚度来测量压下量比较困难， 因此用与压下量成正比的带钢长度变化，即延伸率来表示带钢的变形 程度。为了完成精确的恒延伸率控制，入口和出口分别装有激光测速 仪。激光测速仪实时跟踪入口和出口速度，反馈给延伸率自动控制系 统进行恒延伸率控制。表2. 1为该平整机基本设备参数。本机组配备干、湿两套平整系统，可根据产品的要求任意选用。入 口端设有予开卷准备站以及卷尾清除装置，可节省辅助操作时间。平 整机架前后配有大直径的s张力辘组及整块弧形导板，便于穿带，所 有厚度在2.5以下的带

12、钢，均可通过张力辐组采用较大的张力平整。 开卷机采用新颖结构，芯轴为实体构造，因而能承受较大的张力，卷 筒的涨缩靠移动扇形块实现，所产生的位移量能自动得到补偿。机组 采用过程计算机控制。2.1.2机组设备参数该平整机为单机架四馄不可逆轧机，主轧机、开卷机和卷取机变频 装置采用的是用siemens公司的6se70模块，采用28mpa液压压上系 统，平整机前后配置有beta lasermike公司的激光测速仪，出入口 配置有abb公司的张力计，具有工作辘止负弯功能，并配备有完整的 平整液喷淋系统。该生产线主要设备参数如表2. 1所示。冷轧平整机组由过程自动化系统、基础自动化系统和人机界面(hmi)

13、 三部分组成，人机界面又分为过程自动化hmi与基础自动化hmi,同 时预留有同生产制造执行系统(三级)的接口。在此对整个系统进行 介绍。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，通常完成生产线上各设备的设定值计算、模型优化、 生产过程数据利产品质量数据的收集、收集设备运行数据、生产计划 数据维护、生产原料数据和生产成品数据的管理、物料数据在生产线 上的全线跟踪、协调各控制系统间的动作和数据传递等。过程计算机 控制系统需要利工厂生产管理系统通讯，接收半产计划指令、原料数 据、轧幅数据等；上传生产计划完成进度数据、成品结果数据、设备 开动效率数据和各种其它管理需要的

14、数据。基础自动化系统主要分为三部分：1）工艺控制系统：根据二级模型 预设定数据，首先控制液压压上缸、弯辗液压缸以等执行机构尽可能 接近预设值，并根据机组出入口激光测速速度、轧制力等反馈值对各 执行机构进行快速动态调整，保证最终产品的质量精度。2）主令控 制系统：根据道次预设定数据，控制主轧机、开卷机和卷取机速度, 通过设定输出转矩完成轧制过程中的张力控制，并作为主要执行机构 完成厚度控制。3）辅助控制系统：与工艺控制和主令控制系统结合， 完成轧线单体设备的顺序控制（比如换车昆顺控、卸卷顺控等），同时还 负责高压、低压等公辅系统、平整液喷淋系统控制。过程自动化系统、基础自动化系统和人机界面之间均

15、通过工业以太 网进行数据交互通讯。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进行数据交换，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网进 行通讯。整个计算机控制系统组成及网络布置如图2. 3所示。基础自动化级(level1)其主要设备为siemens fm458 plc控制系统、 s7-400 plc控制系统、s7-300 plc控制系统、。主要功能是实现主线 协调、自动延伸率控制、机架控制、张力控制、顺序控制、媒介/通 风系统控制、急停控制等。机组主控制器由一台s7-400 plc承担，完成顺序控制、主令控制

16、、 全线协调控制、操作台控制、速度主令、换车昆控制、与hmi server 的通讯、与db server的通讯等功能。全线操作台、与机组逻辑动作 相关的检测元器件等均由s7-400进行信号处理。机组液压控制器由一台s7-400 plc承担，完成液压站逻辑控制和液 压站起停控制功能。与全线液压、润滑系统相关的检测仪表、元器件、 执行机构等均由s7-400进行信号处理。机组机架工艺控制器由s7-fm458 plc承担，完成液压压下控制、电 动压下控制、弯辐控制、延伸率控制、与传动系统的通讯等功能。与 机架工艺控制相关的检测仪表、传感器、执行机构等均rh s7-fm458 进行信号处理。鞍钢冷轧厂1

17、450mm单机架平整机组延伸率自动控制是平整过程中 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行闭环（如图12所示）。平整延仲率控制系统是由延仲率测量、通过调节 前后两台激光测速仪实现带钢延伸率自动控制、通过调节机架出入口 侧的带钢张力实现带钢延伸率的自动控制、通过调节轧机的轧制力实 现带钢延伸率的自动控制这四部分组成。用张力调节带钢的延伸率，仅用于1.5mm以下的带钢，在单机架平 整机上，一般用于0. 31. 5mm的带钢。这是因为从张力对改变延伸 率的效果來看，带钢越薄，用张力调节延伸率的效果越好。带钢越厚， 则用张力调节的效果越差（如图2-3）o而用改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相反，即带钢越薄, 用轧制力调节带钢延伸率的效果越差。即带钢越厚，则用轧制力调节 带钢延伸率的效果越好（如图2-4）o事实上，在实际平整轧制中, 对于0. 31. 5mm之间的带钢，是采用张力加上轧制力的方法来控制 延伸率的，此时轧机前后的s馄作为张力车昆。厚度超过1. 5mm的带钢， 则完全采用轧制力控制延伸率方式，此时s辘作为导向鶴。在采用张 力加轧制力的方式控制延