軋制模型是指依據生產現場所收集的軋機軋制過程的各項工藝參數建立有限元三維動態軋制模型，分別考慮鋼坯的材料特性、接觸摩擦特性以及軋機孔型與鋼坯之間的相對運動特性，針對鋼坯單元格線的劃分規則對軋制結果的影響，對軋制模型進行合理的最佳化討論，得出比較符合該軋制工況的三維動態仿真模型。
基本介紹
- 中文名：軋制模型
- 學科：冶金工程
- 領域：軋制
- 依據：生產現場收集的軋制過程工藝參數
- 控制模型：16個
簡介,主要內容,工藝描述,控制系統描述,主要控制模型及功能,實際調試效果,總結,
簡介
長材領域的自動化控制難點在於：連軋軋機數量多(最多達到30 多架軋機)，軋制耦合性強，軋制速度快(最高的軋制出口速度達100 m/s 以上)，出口軋件長(最長時達10000 m左右)；在整個連軋過程中有的要求微張力軋制，有的又要求無張力軋制。這對於自動化控制是一個挑戰，它要求精準的軋件位置跟蹤、快速高效的微張力和活套控制模型、適時快速的控制精度和回響速度（局部回響周期要求達1ms 以內完成）；同時過長的出口軋件又要求精準的溫度預報模型和冷卻閉環調節模型實現常化軋制和低溫軋制，以控制軋件頭尾溫差，提高產品質量。
主要內容
1.依據生產現場所收集的軋機軋制過程的各項工藝參數建立有限元三維動態軋制模型，分別考慮鋼坯的材料特性、接觸摩擦特性以及軋機孔型與鋼坯之間的相對運動特性，針對鋼坯單元格線的劃分規則對軋制結果的影響，對軋制模型進行合理的最佳化討論，得出比較符合該軋制工況的三維動態仿真模型；
2.運用建立的有限元模型，對萬能軋機的軋輥壓下偏差進行多種工況的研究。分別針對水平輥的水平壓下偏差與立輥的水平壓下偏差對同一鋼坯軋制結果的影響規律進行研究，獲得了軋輥各自的壓下偏差量對軋制結果的影響規律；
3.綜合分析兩種壓下偏差對同一軋制工況的軋制結果影響程度，針對軋坯截面變形、軋輥軋制力以及金屬流動規律等結果參數，對比分析各項參數受兩輥各自壓下偏差的影響強烈程度，得到了兩種軋輥壓下偏差與軋制缺陷之間的關係。
工藝描述
該工程棒材軋線主要工藝設備為全線共23 架軋機、9 個活套、4 個飛剪，工藝布置情況為粗軋機6 架－>粗軋後飛剪－>中軋機6 架－>中軋後飛剪－>精軋機6 架(5 個活套)－>精軋後飛剪－減定徑機5 架(4 個活套)－>倍尺飛剪－>冷床，其中粗軋與中軋機組之間為脫頭軋制，後面17 架軋機為全連軋。棒材最大設計出口速度為13 m/s。目前棒材軋線已經投入正常生產。
控制系統描述
該工程棒材軋線部分共設計2 台西門子PLC S7CPU 416-2DP 控制，其中1 台主要控制粗軋機區域、倍尺飛剪和冷床上鋼區域，另外1 台主要控制中軋機、精軋機和減定徑機區域。2 台PLC 間採用Profibus-DP 交換數據。軋線共設1 台工程師站，3台操作員站，1 台網路印表機，採用西門子WINCC監控軟體。HMI 與PLC 通過標準乙太網光纖快速交換數據。
主要控制模型及功能
在該工程中調試並成功投入了如下16 個主要控制模型及功能：
1 模擬軋鋼功能
在不需要熱試車的情況下通過冷調即可檢查設備聯動是否正常，速度級聯及級聯阻斷功能是否正確，微張力和活套控制模型的趨勢是否正確等，大大減少了熱試車時間。模擬軋鋼不僅具有線上模擬功能，同時具有離線模擬功能，使得我們在程式開發階段沒有真正傳動變頻器設備和沒有真正PLC連線的情況下均能測試各個模組軟體編制的正確性。該功能為首次在棒材軋線中實現。
2 微張力控制及自適應模型
通過工程實踐證明，採用微張力軋制2～3 支鋼即可得到真實穩定的延伸率。特別是中精軋機組之間距離為30 多米，棒材直徑為40 mm 左右； 國外某知名公司在其控制功能書中明確指出，棒材直徑小於43 mm，同時機架間距離大於4 m，用微張力控制是有問題的；我們在現場的實際軋制情況是中精軋機組之間採用微張力軋制軋到第3 支鋼，就穩定軋制了。與傳統的PID 調節算法相比，該模型無需在現場為PID 的參數取值傷腦筋，我們知道PID的參數是非常難取的，全靠經驗和軋制情況現場更改參數。採用本模型大大縮短了現場調試時間。
3 微張力仿真模型
該功能為首次在棒材軋線中實現。
4 活套控制及自適應模型
通過工程實踐證明，採用該模型活套起套快，軋制及收套過程中活套平穩。與傳統的PID 調節算法相比，該模型無需在現場為PID 的參數取值傷腦筋，我們知道PID 的參數是非常難取的，全靠經驗和軋制情況現場更改參數。採用本模型大大縮短了現場調試時間。
5 活套仿真模型
該功能為首次在棒材軋線中實現。
6 倍尺飛剪控制功能及速度拐點給定曲線計算模型
該功能為首次在剪下10m/s 以上棒材軋線上自主開發並調試成功，使得我公司從此擺脫西門子T400 標準軟體及其傳動裝置的硬體約束。倍尺飛剪的控制精度要求是非常高的。
7 減定徑機轉矩控制功能
由於本工程為軋制特鋼，工藝在棒材生產線中首次布置減定徑機，並且為控制產品質量和精度，最後2 架為緊湊型布置，機架之間沒有活套，軋制速度為13 m/s 左右，對於這2 架成功投入了轉矩控制後解決了軋機間的堆拉鋼問題。
8 軋機和活套的自由選擇功能
由於本工程產品規格為Φ5.5～100 mm，分布範圍廣，要求控制系統能自由選擇軋機，相應要活套和微張力能自由投入，這個級聯關係和邏輯關係也是比較複雜的。
9 軋件位置跟蹤功能
10 速度級聯功能
11 級聯阻斷功能
12 軋機依次起動功能
為避免軋機起動對電網的衝擊，根據軋制表自動依次起動軋機。
13 倍尺飛剪最佳化剪下模型
為提高產品成材率，要求飛剪具有最佳化剪下的功能。
14 軋制節奏控制功能
15 冷床上鋼控制功能
程式自動計算棒材加速距離、加速時間、制動距離、制動時間、制動板滾鋼時間等參數。
16 換輥控制功能
其中減定徑機後3 架為操作人員任意選擇機架半自動聯動換輥。
實際調試效果
該工程真正屬於聯調的時間總共1 個月左右，各個模型及功能模組投入都比較順利，這主要得益於模擬軋鋼模組的成功投入。特別是微張力模型，在現場沒有經過任何調試，一次性投入成功，並且一直穩定運行；甚至在首次換規格的情況下，第1支鋼就投入微張力控制，軋制2～3 支鋼就得到了真實穩定的延伸率。
總結
該工程由於種種原因客觀上也給了我們相對寬鬆的軟體編制和完善時間，從而在該工程中首次成功實現了較多控制模型和功能，成為中冶賽迪長材事業部的經典示範工程之一。
當然由於知識面的限制，難免存在不足或錯誤的觀點，希望能拋磚引玉，與其他同行們進行分享並交流，並提升自己。
