CN102650871B

CN102650871B - 一种热轧板生产线板坯出炉控制方法

Info

Publication number: CN102650871B
Application number: CN201110044228.7A
Authority: CN
Inventors: 朱进兴; 陆江海; 于光伟; 杨小兵; 马宪华
Original assignee: Baosteel Special Steel Co Ltd
Current assignee: Baosteel Special Steel Co Ltd
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: CN102650871A

Abstract

本发明提供热轧板生产线板坯的出炉控制方法，将原有控制系统的时序控制流程进行重新设计，将部分顺序控制的流程改为并行控制过程，即，将不同的控制系统间的接口设计由单纯的顺序方式改为并行方式。由此，与传统的出钢方案比较有较大的创新。能把出钢流程的几种机械动作分解成几个相对独立执行步奏，控制系统也分成几个相对独立控制模块。由此，对时序控制步奏进行了优化。另外，根据本发明的热轧板生产线板坯的出炉控制方法，提高了板坯出钢节奏，提高轧机产能；提前触发模型控制系统，减少了模型占用时间；减少板坯在辊道上停留时间；节约能源，降低生产过程成本。

Description

一种热轧板生产线板坯出炉控制方法

技术领域

本发明涉及冶金加工领域，具体地，本发明涉及一种步进加热炉的出钢自动控制方法。

背景技术

热轧厂生产线产品均属各类特殊品种钢，如钛板卷等，大部分应用于国防、核电等国家战略项目上。但是，热轧厂生产线目前存在一系列控制系统的技术问题。其中，包括加热炉板坯的出钢控制。

目前的出钢流程主要通过PLC(可编程控制器)去控制炉门开/闭、出钢机前进/后退和出钢机上升/下降来实现。

自动出钢流程通常包括：

1)炉门半开：当钢坯到达炉内出料侧激光位置，接受到出钢启动信号后，炉门上升，到半开位置自动停止；

2)出钢机前进：按照板坯宽度和坯料过激光的距离，自动计算出出钢前进行程(画面显示)，出钢机高速前进，经过逐级减速，在目标位置停止；

3)炉门及出钢机上升：当出钢机停止前进后，出钢机和炉门同时开始上升，到上位自动停止；

4)出钢机后退及炉门下降：按照板坯宽度和出钢机前进行程，自动计算出出钢机后退将坯料放在出料辊道中心要后退的行程，出钢机高速后退，经过逐级减速，在目标位置停止，当出钢机行程退到炉门联锁位后，炉门开始自动下降，到下位自动停止；

5)出钢机下降：出钢机停稳后，开始下降，到下位自动停止；

6)出钢机后退回原位：出钢机到下位后，自动开始低速后退，到后位接近开关位置自动停。

例如，在宝钢特钢事业部的热轧厂，步进式加热炉是主轧线上重要的设备。步进式加热炉整个过程由全自动过程控制系统(L2)与生产制造控制系统(L3)(公司产销一体化管理计算机系统)、步进式加热炉基础自动化系统(L1)等几个系统协作完成。该设备纳入整个加热区过程控制系统(加热区L2)系统管理之下，所有的加热工艺及加热计划都从生产制造控制系统L3下达给加热区L2，再由加热区L2系统转发给步进炉L1。

目前，一般情况下，上述自动出钢流程控制系统的应用，例如在宝钢，加热炉的顺序控制过程是：

出钢机入炉取板坯，向炉门方向移动板坯到输送辊道上方，加热区L1控制出钢机把板坯放到辊道上，出钢机落到最低点时发送出钢完成信号给轧线基础自动化系统(轧线L1)(ABB公司L1)；

轧线基础自动化系统(轧线L1)(ABB公司L1)发信息给轧线过程控制系统(轧线L2)(ABB公司L2)；

轧线过程控制系统(轧线L2)(ABB公司L2)触发轧制模型控制系统，轧制模型控制系统根据最新板坯温度完成轧制表的设定计算，形成最新的轧制表给轧线基础自动化系统(轧线L1)(ABB公司L1)，轧制模型控制系统和轧线跟踪系统包括在轧线过程控制系统(轧线L2)里。

这个过程需要12秒时间。

如图1所示，自动出钢过程包括下述顺序的步骤：

1.出炉：出钢机抬起到位，炉门打开，出钢机进炉取板坯-出钢机横向移动板坯出炉门并到指定位置-炉门随着出钢机横移而慢速下移-步进式加热炉基础自动化系统(加热区L1)将板坯出炉信息数据发送至加热区过程控制系统(加热区L2)，板坯出炉完成。也有的热轧板生产线没有加热区L2，直接是加热区L1和轧线L1通讯。

出钢机下移，到达指定位置，同时，加热区L2显示板坯出炉画面；

2.辊道传输：步进式加热炉基础自动化系统(加热区L1)将“板坯已在辊道上”的信息发送至轧线L1；

轧线L1启动辊道转动；

3.板坯跟踪和轧制准备：轧线过程控制系统(轧线L2)的跟踪系统跟踪板坯位置，轧线过程控制系统(轧线L2)里模型系统计算轧制表，监控板坯位置；

4.板坯到达轧机后开始轧制。

上述是以ABB公司的轧线基础自动化系统(轧线L1)(ABB公司L1)和轧线过程控制系统(轧线L2)(ABB公司L2)及SMS公司轧制模型控制系统运行情况为例。

步进式加热炉板坯从出炉到板坯进入轧机入口用时表：

注1：里面含有板坯到达除鳞机入口的等待时间，一般在4-11秒之间。

注2：ABB L1接到出钢信号开始到接受模型控制控制结果用时12秒，已经包括在“板坯放到辊道上开始到除鳞机入口用时”里了，但是如果模型控制系统返回结果有问题，或通讯不正常时，返回结果可能发生延迟，实际生产中也发生过延迟10秒的现象，正常情况下，花费时间12秒。

加热炉出钢过程限位信号的连锁设计

1、加热炉出钢过程控制对象

出钢过程主要通过PLC去控制炉门开/闭、出钢机前进/后退和出钢机上升/下降来实现的。见图5。

2、自动出钢连锁条件

自动开始出钢要满足以下联锁条件：

1、进梁在向前移送板坯的过程中，在前进或下降过程中激光检测到板坯，且板坯过炉内激光检测器的距离正常(-5mm＜距离＜550mm)；

2、板坯宽度在正常范围之内；不能超过极限尺寸。

3、输送辊道不能运行。

4、按照不同的出料位置，相应的出钢机变频器没有故障，没有“出钢机编码器故障”报警；时出钢机才能工作。

5、自动计算出的出钢前进行程不大于出钢机最大行程(4100mm)；

6、步进梁在中位或以下且没有上升动作；

7、液压系统工作正常；否则出钢机不能工作。

8、出钢机在前进或后退时，若炉门离开了上位，进退动作立刻停止；

9、在出钢过程中，若以上③④⑤⑦⑧条件不满足，出钢过程自动停止。

10、出钢机在炉内升起100mm时，自动停止移动。

信息数据发送时刻

加热区L1给轧线L1和加热区L2发送“出钢完成”信号时刻：出钢机在炉内升起100mm位置时。

加热区L1发送给轧线L1可以启动板坯输送辊道的时刻：出钢机把板坯放到输送辊道上，且出钢机下落到指定位置时(触发限位开关)。

加热区L2发送给轧线L2“出钢完成”信号信息数据时刻：在接到加热区L1发来的“出钢完成”信号后。其信息数据内容有：板坯号、钢种、板坯长、板坯厚、板坯宽、出钢温度。

由此可知，步进炉在钢板生产线上是一个很重要的设备，步进炉的控制系统要完成优化燃烧自动控制，还要在系统实现板坯温度分布计算、炉温设定值优化计算、延迟策略和轧制温度反馈等功能，满足板坯的最终出炉温度和温度均匀度的要求。

关于步进梁式加热炉出钢控制方面的资料，经过对相关冶金板坯加热领域的检索，有如下所述：

温亚成等著的“步进梁式加热炉出钢节奏计算与分析”(《冶金能源》、1999年第6期)。该文根据加热炉设计参数计算了各种规格板坯的装载数量和出钢节奏，分析了出钢流程中炉内参数的匹配，但是对控制系统的连锁优化方面没有提及，该文主要考虑热轧生产线在大批量生产宽厚规格产品时，采取提高热装率和热装温度等措施外，还必须适当控制出钢节奏，但如何在系统控制方面提高出钢节奏没有描述。

刊载《宝钢技术》2003年06期的“高线最佳调度控制研究”(作者张贞宝)一文，阐述了高线调度控制的主要任务是控制加热炉的出钢节奏和轧机的轧制节奏，使之保持一致。文章分析影响宝钢高线调度精度的诸多因素，并逐一提出改进措施，最终实现线材最佳调度控制。其主要内容是：在进行加热炉左右定位补偿计算时，由于设计原因，出炉时左右定位数据无法直接检测得到，因此采用了间接测量方法。在出炉侧中设计有4个探针，用于检测步进梁上是否有钢坯。其补偿算法即利用这4个信号，根据钢坯状况进行组合，从而判断当前钢坯的位置，然后对每种情况进行补偿计算。根据该文所述，加热炉出钢时间的控制算法必须对上述因素加以考虑，并进行补偿，以保证加热炉能够准时地将钢坯输送到保温辊道。改进后加热炉出钢控制取得较好效果。该文对加热炉内板坯定位系统进行完善，提高了出钢节奏，误差大大缩短，但是，该文没有涉及对出炉门后的控制系统的优化。

申请号为“95230169.5”的“悬挂式装出料机”专利揭示内容与步进炉出钢机有相似之处，但是它也仅仅提及这个出料机的设计，没有提到控制系统的设计。

另外，申请号为“95230169.5”，发明名称为“一种双向步进梁式钢卷运输装置”的专利谈及步进炉出钢机的有相似之处，但仅仅是就钢卷运输装置设计的改进，也未提到控制系统。

如上所述，现有的出钢技术存在一定的缺陷，即，出钢流程尽管能满足正常出钢要求，系统也能正常运行，但是对于提高生产节奏和降低能耗却没有进一步考虑，然而，这又是目前加热炉的通用模式，也是目前常见的步进加热炉的情况。

为此，本领域需要一个能以一个完整的控制系统进行综合立体地考虑出钢流程的各个工序，即，优化整个控制系统，进一步加快出钢流程。并由此提高轧机产能；节约能源，降低生产过程成本。

发明内容

为克服上述问题，本发明人通过对现有技术的不断研究和实践，提供一种热轧板生产线板坯的出炉控制方法，所述热轧板生产线板坯的出炉控制方法系对现有技术存在的问题提出的改进方案。

根据本发明的热轧板生产线板坯的出炉控制方法，将原有控制系统里的时序控制流程进行重新设计，即，将部分顺序控制的流程改为并行控制过程，将不同的控制系统间的接口设计由单纯的顺序方式改为并行方式。由此，与传统的出钢方案比较，能把出钢流程的几种机械动作分解成几个相对独立执行步奏，控制系统也分成几个相对独立控制模块。由此，对时序控制步奏进行了优化。

另外，根据本发明的热轧板生产线板坯的出炉控制方法，提高了板坯出钢节奏，提高轧机产能；提前触发模型控制系统；减少板坯在辊道上停留时间；节约能源，降低生产过程成本。

本发明的热轧板生产线板坯的出炉控制方法的技术方案如下：

一种热轧板生产线板坯的出炉控制方法，用于热轧板生产线板坯的自动出钢流程，所述自动出钢流程包括下述步骤：

1.出炉：出钢机抬起到位，炉门打开，出钢机进炉取钢坯-步进式加热炉基础自动化系统(加热区L1)将板坯出炉信息数据发送至轧线基础自动化系统(ABB公司L1)-板坯出炉；

2.辊道传输：同步进行下述步骤：

出钢机横向移动钢坯出炉门并到位；

炉门随着出钢机横移而慢速下移；

步进式加热炉基础自动化系统(加热区L1)将板坯出炉信息数据发送至加热区过程控制系统(加热区L2)；上述信息数据包括板坯尺寸，温度等数据。

轧线过程控制系统(ABB公司的L2)触发轧制模型控制系统，轧制模型控制系统和轧线跟踪系统包括在轧线过程控制系统(轧线L2)，

跟踪系统(ABB公司L2)与轧线基础自动化系统(ABB公司L1)同步；

3.跟踪和轧制准备：同步进行下述步骤：

轧线L2模型控制系统工作，轧制表发送给轧线基础自动化系统(ABB公司L1)；

出钢机下移，板坯放在辊道上；

轧线跟踪系统(ABB公司L2)开始工作，监控板坯位置；

加热区L2显示板坯出炉画面；

板坯到达除磷机入口，等待轧线基础自动化系统(ABB公司L1)接受允许信号后启动辊道传输板坯；

4.板坯到达轧机后开始轧制。

根据本发明，在步进式加热炉出钢过程中，从出钢机动作开始到把板坯输送到除鳞机出口，这段时间的长短直接影响轧钢过程的顺利完成。在板坯入炉时轧线L2模型控制系统已经完成轧制表的预计算过程，板坯出炉后如何尽快触发模型控制系统，完成轧制表计算，发给轧线L1(ABB公司的L1)最新的轧制表，减少板坯在辊道上停留时间是研究的首要目的。

经过对出钢流程的环节细化，发现把有些控制环节提前触发是可能的，同时还要保证辊道的动作绝对安全。

根据本发明，宝钢特殊钢分公司热轧厂的步进式加热炉整个出钢过程都由过程控制系统(L2)与生产制造管理系统(L3)、步进式加热炉基础自动化系统(L1)等几个系统协作完成。

根据本发明，该设备纳入整个加热区L2系统管理之下，所有的加热工艺及加热计划都从L3下达给加热区L2，再由加热区L2系统转发给步进式加热区L1。

还对启动辊道的时刻也进行优化。在进行这个优化过程时，加热区L1也在完成其他动作，这样就把顺序完成的动作，用并行的时序完成。也即，在一个时间段内把几个动作同时执行，采用最优的方案实现了轧线控制系统和加热区控制系统的衔接。

根据本发明的轧板生产线板坯的出炉控制方法，其特征在于，所述轧线基础自动化系统即轧线(L1)，和所述轧线过程控制系统，即轧线(L2)采用ABB公司的产品，所述轧线机械采用德国SMS产品，所述轧制模型控制系统采用SMS公司的轧制控制模型。步进炉由凤凰公司提供。

根据本发明的轧板生产线板坯的出炉控制方法，其特征在于，在步骤(3)的跟踪和轧制准备过程中，在轧制表发送给轧线基础自动化系统(轧线L1)轧制表的同时，加热区(L2)显示板坯出炉。

根据本发明的轧板生产线板坯的出炉控制方法，其特征在于，在步骤(3)的跟踪和轧制准备过程中，在板坯到达除磷机前时，跟踪系统开始工作，监控板坯位置。板坯到达除鳞机出口后，板坯出炉过程结束。

根据本发明的轧板生产线板坯的出炉控制方法，所述轧制控制模型控制系统根据L3下达的原料尺寸，材料种类计算轧制表，计算过程分3个过程：

1).预计算轧制表：该过程是在板坯出炉前，首先在模型控制系统上算出个轧制表，板坯一旦入炉，ABB L2自动发给模型控制系统PDI数据，请求预计算轧制表，并且将预计算结果在ABB L2上显示出来，发生错误时，在ABBL2上可以有提示信息，以便及时查找原因。这是个初步的轧制表。需要根据温度等因素调整。

2).修正轧制表：钢板出炉后根据温度信息，轧制又重新计算一次，并作为设定值下达给ABB L2，最后的动作由ABB L1完成。

3).再计算轧制表：每个轧制道次结束后，模型控制系统都要根据系统采集的数据对参数进行调整，为下一道次设定值作休整，同时把实际数据保存，用于今后的模型控制系统完善。

根据本发明的热轧板生产线板坯的出炉控制方法，将原有控制系统的时序控制流程进行重新设计，将部分顺序控制的流程改为并行控制过程，即，将不同的控制系统间的接口设计由单纯的顺序方式改为并行方式。由此，与传统的出钢方案比较有较大的创新。能把出钢流程的几种机械动作分解成几个相对独立执行步奏，控制系统也分成几个相对独立控制模块。由此，对时序控制步奏进行了优化。

另外，根据本发明的热轧板生产线板坯的出炉控制方法，提高了板坯出钢节奏，提高轧机产能；提前触发模型控制系统，减少了模型占用时间；减少板坯在辊道上停留时间；节约能源，降低生产过程成本。

附图说明

图1为原程序控制图。

图2为改进后的程序控制图。

图3为原出钢机时序控制图。

图4为本发明出钢机时序控制图。

图5为出钢机控制HMI图。

具体实施方式

以下，举实施例，具体说明本发明的热轧板生产线板坯的出炉控制方法。

实施例1

在热轧厂步进式加热炉上使用上述热轧板生产线板坯的出炉方控制方法，用于热轧板生产线板坯的自动出钢流程，主要是出钢机、输送辊道、炉门连锁、模型控制系统触发等设备的联动控制优化。见图2.

根据本实施例的热轧板生产线板坯的出炉控制方法，用于热轧板生产线板坯的自动出钢流程。

一、自动出钢过程包括下述步骤：

1.出炉：出钢机抬起到位，炉门打开，出钢机进炉取板坯-步进式加热炉基础自动化系统(加热区L1)将板坯出炉信息数据发送至轧线基础自动化系统(ABB公司L1)-板坯出炉；

2.辊道传输：同步进行下述步骤：

出钢机横向移动板坯出炉门并到位；

炉门随着出钢机横移而慢速下移；

步进式加热炉基础自动化系统(加热区L1)将板坯出炉信息数据发送至加热区L2；

轧线L2触发轧制模型控制系统(SMS公司的产品)，轧线L2跟踪系统(ABB公司的L2)与轧线基础自动化系统(ABB公司L1)信息同步；

3.跟踪和轧制准备：同步进行下述步骤：

轧线L2模型控制系统工作，计算轧制表并发送给轧线基础自动化系统(ABB公司L1)；

出钢机下移，板坯放在辊道上；

轧线L2跟踪系统(ABB公司L2)开始工作，监控板坯位置；

轧线基础自动化系统(ABB公司L1)刷新轧制表，加热区L2显示板坯出炉；

4.跟踪和轧制准备：板坯达到除磷机入口，轧线基础自动化系统(ABB公司L1)接受允许信号后启动辊道，传输板坯；

5.板坯到达轧机后开始轧制。

在本发明中，主轧线机械采用德国SMS产品，电气系统采用ABB公司产品，轧线L2模型控制系统采用SMS公司的产品，步进式加热炉由国内凤凰公司提供。

在ABB控制区域里配置了一台初轧机、一台立辊轧机、一台炉卷轧机、一台卷取机、一套层流冷却装置、一座在线补温炉、一台飞剪装置、4套在线特殊仪表。这些设备需要ABB实现其整体联动。根据L3下达的计划指令，ABB公司的轧线L2负责完成指令下达给ABB公司的轧线L1，再由ABB公司的轧线L1完成具体的动作。ABB公司的轧线L2实时和SMS模型控制系统进行通讯联系，及时提供轧制表给轧线L1。ABB公司的轧线L2还完成主轧线的材料跟踪等功能，实时完成生产过程的跟踪控制。特殊仪表采集的数据通过ABB公司的轧线L1上传给ABB公司的轧线L2.

轧线L1/L2的网络结构特点：

ABB公司的控制系统有3条主线，分别是TCP/PServer/Client NW、TCP/IP-VIP NW和TCP/IP Control NW。CP/IP Server/Client NW 用于连接所有的L1终端、L2终端和服务器；

TCP/IP-VIP NW用于连接模型控制系统的服务器和AC 800，完成设定值后直接下达给ABB公司的轧线L1，数据反馈给模型控制系统的服务器；

VIP(Vendor Internet Protoco1)还有个功能是连接每个AC 800控制器，以支持TCP协议。

所述TCP/IP Control NW用于每个AC 800的联接，用于连锁控制和AC 800信号传递，构成基础的网络系统。

轧线L2模型控制系统是德国SMS公司完成的，轧线L2模型控制系统和ABB公司的轧线L2的连接是通过网络连接在一起的，轧线L2模型控制系统同时还和ABB公司的轧线L1进行通讯。

在本实施例中，生产线提高了轧制节奏，大大提高了产线的产能，一块板坯从放在辊道上到启动辊道原先用时8秒，现在用时5秒，从输送辊道启动开始直到板坯停留除鳞机入口用时(包括等待时间)从20秒减到9秒。板坯由于输送时间缩短，温度降低少，轧制要求温度保持时间长，可大大节省能源。因为轧线模型控制系统提前触发了，如果轧线遇到轧制表或跟踪系统问题，可以比以前有多于11秒的解决时间。以前由于发现问题时板坯已经出钢32秒，处理慢时，板坯已无法轧制，现在可提前11秒发现问题。这期间可以重设定轧制表或改参数等事项。

本实施例经过改进后的系统用时统计：

Claims

1.一种热轧板生产线板坯的出炉控制方法，用于热轧板生产线板坯的自动出钢流程，所述自动出钢流程包括下述步骤：

（1）出炉：出钢机抬起到位，炉门打开，出钢机进炉取钢坯进入步进式加热炉基础自动化系统（即加热区L1），将板坯出炉信息数据发送至轧线基础自动化系统（即轧线L1），板坯出炉；

（2）辊道传输：同步进行下述步骤：

出钢机横向移动钢坯出炉门并到位；

炉门随着出钢机横移而慢速下移；

步进式加热炉基础自动化系统（即加热区L1），将板坯出炉信息数据发送至加热区过程控制系统（即加热区L2）；上述信息数据包括板坯尺寸，温度等数据；

轧线过程控制系统(即轧线L2),触发轧制模型控制系统，轧制模型控制系统和轧线跟踪系统包括在轧线过程控制系统（即轧线L2）中，

轧线跟踪系统与轧线基础自动化系统（即轧线L1）同步；

（3）跟踪和轧制准备：同步进行下述步骤：

轧线过程控制系统（即轧线L2）的轧制模型控制系统工作，轧制表发送给轧线基础自动化系统（即轧线L1）；

出钢机下移，板坯放在辊道上；

轧线跟踪系统开始工作，监控板坯位置；

加热区过程控制系统（即加热区L2）显示板坯出炉画面；

板坯到达除磷机入口，等待轧线基础自动化系统（即轧线L1）接受允许信号后启动辊道传输板坯；

（4）板坯到达轧机后开始轧制，

在步骤（3）的跟踪和轧制准备过程中，在板坯到达除磷机前时，跟踪系统开始工作，监控板坯位置，板坯到达除鳞机出口后，板坯出炉过程结束。

2.如权利要求1所述的热轧板生产线板坯的出炉控制方法，其特征在于，整个出钢过程都由加热过程控制系统，加热区过程控制系统（即加热区L2）与生产制造管理系统L3、步进式加热炉基础自动化系统(即加热区L1)几个系统协作完成，且纳入整个加热区过程控制系统（即加热区L2）系统管理之下，所有的加热工艺及加热计划都从生产制造管理系统L3下达给加热区过程控制系统（即加热区L2）,再由加热区过程控制系统（即加热区L2）系统转发给步进式加热炉基础自动化系统(即加热区L1）。

3.如权利要求1所述的热轧板生产线板坯的出炉控制方法，其特征在于，所述轧线基础自动化系统（即轧线L1），和所述轧线过程控制系统（即轧线L2）采用ABB公司的产品，所述轧线机械采用德国SMS产品，所述轧制模型控制系统采用SMS公司的轧制控制模型。

4.如权利要求1所述的热轧板生产线板坯的出炉控制方法，其特征在于，在步骤(3)的跟踪和轧制准备过程中，在轧制表发送给轧线基础自动化系统（即轧线L1）轧制表的同时，加热区过程控制系统（即加热区L2）显示板坯出炉。