冶金工業(yè)軋制工藝的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展

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摘要：闡述冶金工業(yè)軋制自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)，總結(jié)軋制自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，指出軋制自動(dòng)化技術(shù)未來(lái)發(fā)展將以大數(shù)據(jù)，云計(jì)算等為基礎(chǔ)，向更有效服務(wù)制造裝備業(yè)的智能化。綠色化方向發(fā)展，除階級(jí)傳統(tǒng)的精度與效率問(wèn)題外，軋制自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展中應(yīng)注意相關(guān)技術(shù)與流程信息化的融合。重點(diǎn)關(guān)注依賴進(jìn)口關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)的消化吸收。

關(guān)鍵詞：冶金工業(yè)；軋制自動(dòng)化；技術(shù)發(fā)展

1冶金工業(yè)軋制工藝自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

傳統(tǒng)意義的軋制自動(dòng)化系統(tǒng)為典型由基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，過(guò)程自動(dòng)化與生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)組成的三級(jí)結(jié)構(gòu)。隨著軋制工藝進(jìn)步，軋制自動(dòng)化技術(shù)內(nèi)容有了擴(kuò)展，向后可以外延到以生產(chǎn)管控為核心的制造執(zhí)行系統(tǒng)，向前包含以電氣與液壓傳動(dòng)為代表的設(shè)備執(zhí)行系統(tǒng)。

1.1設(shè)備執(zhí)行系統(tǒng)

軋制中的設(shè)備執(zhí)行系統(tǒng)主要包括各類電動(dòng)機(jī)與開(kāi)關(guān)等，自動(dòng)化控制關(guān)鍵設(shè)備主要為軋制機(jī)的主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制。軋制主傳動(dòng)系統(tǒng)要求電流和速度響應(yīng)快，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低。過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)以直流傳動(dòng)為主，直流電動(dòng)機(jī)固有缺陷制約了軋機(jī)主傳動(dòng)箱高速化方向發(fā)展。隨著矢量控制等先進(jìn)控制算法出現(xiàn)，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng)［1］。交交變頻容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)運(yùn)行，正反轉(zhuǎn)，具有轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)已在低速的大功率軋制傳動(dòng)中得到成熟應(yīng)用。交交變頻系統(tǒng)具有調(diào)速范圍窄等缺點(diǎn)。交直交交變頻調(diào)速能克服以上缺點(diǎn)，但交直交型軋機(jī)主傳動(dòng)技術(shù)目前基本被國(guó)外幾家公司壟斷。2013年，國(guó)內(nèi)首次將交直交變頻技術(shù)應(yīng)用于超寬幅鋁合金板帶熱連軋生產(chǎn)線，對(duì)促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生重要影響。

1.2基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)

軋制中的基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)采用高性能控制器等對(duì)軋機(jī)進(jìn)行直接控制，承擔(dān)各種生產(chǎn)工藝參數(shù)的計(jì)量檢測(cè)任務(wù)，控制主要依據(jù)金屬檢測(cè)器，測(cè)力儀，測(cè)厚儀等檢測(cè)儀表，通常配置人機(jī)接口系統(tǒng)。L1級(jí)通關(guān)現(xiàn)場(chǎng)總線等多種通信與L0設(shè)備執(zhí)行級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換?；A(chǔ)自動(dòng)化是設(shè)備與工藝直接銜接的重要部分，生產(chǎn)工藝控制復(fù)雜，基礎(chǔ)自動(dòng)化復(fù)雜程度越高，如熱軋帶鋼生產(chǎn)中，速度級(jí)聯(lián)控制等在L1級(jí)中實(shí)現(xiàn)。中冶金企業(yè)中的控制系統(tǒng)基本得到普及，由于L1級(jí)控制直接關(guān)系到設(shè)備執(zhí)行情況，針對(duì)技術(shù)升級(jí)改造是近年最為頻繁的。中國(guó)在系統(tǒng)集成控制上已具備與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)抗衡的能力，成套技術(shù)已應(yīng)用于武漢鋼鐵公司1700等熱軋生產(chǎn)線。目前L1級(jí)使用的高性能控制器等核心硬件依賴進(jìn)口。

2冶金工業(yè)軋制工藝自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)

軋制中涉及到的自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)較多，軋制自動(dòng)化技術(shù)實(shí)施目的是提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本等，包括對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)一次性投資等進(jìn)行控制，產(chǎn)品質(zhì)量包括表面狀況等方面。軋制產(chǎn)品外形尺寸控制技術(shù)主要指按產(chǎn)品尺寸設(shè)定值要求進(jìn)行的動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)，相對(duì)成熟的AGC技術(shù)包括根據(jù)軋機(jī)出口測(cè)厚儀測(cè)出厚度偏差調(diào)節(jié)輥縫，根據(jù)入口測(cè)厚儀測(cè)得厚度偏差調(diào)節(jié)輥縫，根據(jù)各機(jī)架入出口金屬秒流量恒定原理調(diào)節(jié)輥縫等，各種AGC控制實(shí)施效果與模型計(jì)算精度，檢測(cè)儀表響應(yīng)速度等有密切關(guān)系。冷軋中速度快，產(chǎn)品精度要求高，不同機(jī)架需采用不同的AGC，通常需要加入加減速中慣性補(bǔ)償?shù)裙δ?，以得到理想的控制效果。目前現(xiàn)代冷連軋機(jī)組厚度偏差精度可以控制在厚度尺寸的±1%內(nèi)。

3軋制工藝自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1高端裝備技術(shù)的研發(fā)

中國(guó)大型冷熱連軋機(jī)，大批先進(jìn)設(shè)備制造已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。軋制自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展，相關(guān)技術(shù)與大數(shù)據(jù)等信息化概念的融合是重要方向。需重點(diǎn)關(guān)注進(jìn)口的關(guān)鍵技術(shù)的自主研發(fā)［2］。冶金軋制領(lǐng)域基本普及了多級(jí)自動(dòng)化功能的檢測(cè)系統(tǒng)，但中壓交直角軋機(jī)主傳動(dòng)，或軋制線高端檢測(cè)分析儀表，都依賴國(guó)外進(jìn)口，這些設(shè)備的研發(fā)有大量工作需完成。具有高精度軋制能力的成套裝備技術(shù)成為重要的發(fā)展方向。中國(guó)已具備交交變頻主傳動(dòng)能力，但核心控制器軟硬件依賴進(jìn)口。整體先進(jìn)的大功率交直交中壓變頻軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)沒(méi)有具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的成熟設(shè)備，導(dǎo)致冶金企業(yè)投資成本處于被動(dòng)狀態(tài)。中國(guó)掌握熱連軋全線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)后，企業(yè)建設(shè)同等水平生產(chǎn)線投資成本將縮減原有1/4.高端技術(shù)不僅會(huì)降低使用成本，也是提高中國(guó)冶金行業(yè)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的必由之路。

3.2精準(zhǔn)快速化檢測(cè)技術(shù)研究

發(fā)展高精度快速化的檢測(cè)技術(shù)能降低企業(yè)設(shè)備維修成本，增加產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。主要包括產(chǎn)品質(zhì)量綜合監(jiān)控，多功能質(zhì)量缺陷檢測(cè)技術(shù)等，非線性信號(hào)處理方法有望提高設(shè)備故障診斷準(zhǔn)確性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，信號(hào)處理技術(shù)的不斷完善，基于Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，微型智能傳感器，激光與遠(yuǎn)紅外測(cè)量技術(shù)等新技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。很多國(guó)外冶金企業(yè)搭建了融合核心業(yè)務(wù)的信息網(wǎng)，為生產(chǎn)線的高度信息化管理奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快速化監(jiān)測(cè)控制。有利于整合生產(chǎn)線裝備信息。

結(jié)語(yǔ)

中國(guó)冶金裝備與自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)起步較晚，缺少核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，對(duì)能耗等統(tǒng)籌優(yōu)化不完善，但目前中國(guó)冶金工業(yè)各方面具有雄厚的基礎(chǔ)，得益于國(guó)家企業(yè)投入，材料加工國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科，大型企業(yè)研發(fā)中心等建設(shè)，使相關(guān)軋制生產(chǎn)核心裝備得以快速發(fā)展。目前受到產(chǎn)能過(guò)剩等影響，多數(shù)企業(yè)意識(shí)到技術(shù)升級(jí)的必要性，面對(duì)第四次工業(yè)革命浪潮的契機(jī)，實(shí)施工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)專項(xiàng)行動(dòng)等舉措。為軋制技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇。以大數(shù)據(jù)，云計(jì)算等為及時(shí)的，以模型控制等為主要內(nèi)容的軋制自動(dòng)化技術(shù)將向信息化方向快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

［1］張勇軍，何安瑞，郭強(qiáng).冶金工業(yè)軋制自動(dòng)化主要技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向［J］.冶金自動(dòng)化，2015，39（3）：1-9.

［2］彭天乾.國(guó)外板帶軋制自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.冶金自動(dòng)化，1992，（6）：11-15+57.

作者：李小明 單位：南京鋼鐵股份有限公司特鋼事業(yè)部