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） 設計年產量60萬噸，成品厚度范圍03nrnt2nim,軋制帶鋼寬度為 7001380儷。生產鋼種包括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：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：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：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）介質系統：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（二級）發送 來料卷信息，每個鋼卷寬度已經記錄在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、的上下張緊轆已經轉動），繼續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，手動對中系統使帶材對中。繼續向前送 料，帶材經過入口導向臺（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、平整機繼續同步向 前送料，帶材經過出口導向臺（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、延伸率自動 控制系統、液壓壓下控制系統、彎車昆系統、平整液噴射系統（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，開始進行穩定平整 軋制帶材。平整機出口處的液壓剪是事故處理剪或將大卷分為小卷時

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、彎輻系統退出工作。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 統進行恒延伸率控制。表2. 1為該平整機基本設備參數。本機組配備干、濕兩套平整系統，可根據產品的要求任意選用。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，所產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，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。該生產線主要設備參數如表2. 1所示。冷軋平整機組由過程自動化系統、基礎自動化系統和人機界面(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 時預留有同生產制造執行系統(三級)的接口。在此對整個系統進行 介紹。過程自動化系統在生產線自動控制系統中是用來管理生產過程數據 的計算機系統，通常完成生產線上各設備的設定值計算、模型優化、 生產過程數據利產品質量數據的收集、收集設備運行數據、生產計劃 數據維護、生產原料數據和生產成品數據的管理、物料數據在生產線 上的全線跟蹤、協調各控制系統間的動作和數據傳遞等。過程計算機 控制系統需要利工廠生產管理系統通訊，接收半產計劃指令、原料數 據、軋幅數據等；上傳生產計劃完成進度數據、成品結果數據、設備 開動效率數據和各種其它管理需要的

14、數據。基礎自動化系統主要分為三部分：1）工藝控制系統：根據二級模型 預設定數據，首先控制液壓壓上缸、彎輾液壓缸以等執行機構盡可能 接近預設值，并根據機組出入口激光測速速度、軋制力等反饋值對各 執行機構進行快速動態調整，保證最終產品的質量精度。2）主令控 制系統：根據道次預設定數據，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，并作為主要執行機構 完成厚度控制。3）輔助控制系統：與工藝控制和主令控制系統結合， 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、平整液噴淋系統控制。過程自動化系統、基礎自動化系統和人機界面之間均

15、通過工業以太 網進行數據交互通訊。基礎自動化系統各部分之間通過西門子現場總 線profibus-dp網和工業以太網兩種通訊方式進行數據交換，基礎自 動化系統與操作臺、遠程i/o、傳動裝置之間通過profibus-dp網進 行通訊。整個計算機控制系統組成及網絡布置如圖2. 3所示。基礎自動化級(level1)其主要設備為siemens fm458 plc控制系統、 s7-400 plc控制系統、s7-300 plc控制系統、。主要功能是實現主線 協調、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、、 全線協調控制、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 壓站起停控制功能。與全線液壓、潤滑系統相關的檢測儀表、元器件、 執行機構等均由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、與傳動系統的通訊等功能。與 機架工藝控制相關的檢測儀表、傳感器、執行機構等均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 核心內容，平整機的所有電氣系統是延伸率控制系統的下級系統，為 延伸率控制系統服務。平整機的所有控制系統都與延伸率實行閉環（如圖12所示）。平整延仲率控制系統是由延仲率測量、通過調節 前后兩臺激光測速儀實現帶鋼延伸率自動控制、通過調節機架出入口 側的帶鋼張力實現帶鋼延伸率的自動控制、通過調節軋機的軋制力實 現帶鋼延伸率的自動控制這四部分組成。用張力調節帶鋼的延伸率，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，用張力調節延伸率的效果越好。帶鋼越厚， 則用張力調節的效果越差（如圖2-3）o而用改變軋制力的方式來調 節帶鋼延伸率的效果，與用張力調節的效果正好相反，即帶鋼越薄, 用軋制力調節帶鋼延伸率的效果越差。即帶鋼越厚，則用軋制力調節 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