李英杰

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東日照 276800）

加速冷卻過程是提高寬厚板產(chǎn)品性能的重要措施，冷卻均勻程度、終冷溫度控制精度是決定產(chǎn)品機械性能和組織性能的關(guān)鍵要素。MULPIC 冷卻系統(tǒng)的適應(yīng)性比較廣，僅一種設(shè)備既有實現(xiàn)在線快速冷卻的能力，也有直接淬火的功能，其自動化控制系統(tǒng)對MULPIC 冷卻系統(tǒng)各區(qū)域設(shè)備動作執(zhí)行的準確性及穩(wěn)定性具有關(guān)鍵作用。

1 工藝及設(shè)備簡介

1.1 寬厚板生產(chǎn)工藝流程

寬厚板生產(chǎn)工藝流程為：板坯加熱→高壓水除鱗→粗軋→精軋→（加速冷卻）→矯直→冷卻→切割→檢驗、噴號→（探傷）→入庫。

控制軋制和控制冷卻相配合（在控制軋制的基礎(chǔ)上，設(shè)置在線冷卻技術(shù)），在提高強度的同時，也改善了塑性和韌性，得到較高的綜合力學(xué)性能（鋼的組織細化、碳化物的析出強化、獲得相變組織），如圖1所示。

圖1 不同軋制溫度曲線圖及軋制產(chǎn)品性能目標

1.2 MULPIC系統(tǒng)設(shè)備及功能簡介

MULPIC 系統(tǒng)水冷設(shè)備，由A，B，C，D 4個冷卻區(qū)組成，每個冷卻區(qū)長度6 m，設(shè)備全長24 m，使用高密度噴嘴實現(xiàn)本設(shè)備的噴射冷卻和層流冷卻，噴嘴共計50 000多個，出入口配有熱掃描式高溫計，實現(xiàn)溫度的監(jiān)測、反饋及自適應(yīng)。

MULPIC 系統(tǒng)水冷設(shè)備具有多種冷卻功能，其中A 區(qū)為DQ 區(qū)（采用DQ 模式冷卻時A 區(qū)采用DQ 泵供水），可以實現(xiàn)在線淬火功能，同時也可以配合B，C，D 區(qū)實現(xiàn)ACC 冷卻功能，B，C，D 區(qū)為常規(guī)冷卻區(qū)域，使用高位水箱進行供水，用于常規(guī)的ACC 冷卻。

冷卻模式分為DQ（直接淬火）、ACC（快速冷卻）、OSC（游蕩-用于厚板冷卻）3種模式。其中：DQ 為冷卻水由水泵直接提供，為壓力噴射冷卻；ACC 為冷卻水由高位水箱提供，為層流冷卻；OSC 為鋼板在MULPIC 內(nèi)部來回游蕩冷卻，根據(jù)鋼板的厚度自動設(shè)定冷速，減少鋼板冷卻后表面與中心的溫差。

2 主要自動化控制

2.1 過程控制系統(tǒng)

過程控制系統(tǒng)主要完成流量設(shè)定、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)功能。過程控制系統(tǒng)的流量設(shè)定的目標是找到設(shè)定點，得到目標的冷卻速率和沿整個板材長度方向上的均勻的溫度，進行冷卻區(qū)域、集管數(shù)的設(shè)定、速度設(shè)定、上下集管的流量比設(shè)定、水凸度設(shè)定、邊部遮蔽設(shè)定、頭尾遮蔽設(shè)定。前饋功能是基于PDI，將板材分成1m 長一段，利用MULPIC 入口掃描式高溫計測量板材溫度，根據(jù)測量的實際數(shù)據(jù)進行流量修正。自適應(yīng)控制在MULPIC 系統(tǒng)冷卻后，利用掃描式高溫計對測量值和預(yù)計算比較，進行模型參數(shù)調(diào)整，如圖2所示。

圖2 過程控制系統(tǒng)

2.2 A區(qū)ACC和DQ模式控制

MULPIC 自動化控制系統(tǒng)采用SIEMENS 公司S7-400系列PLC，通過PLC 控制兩個進水閥來實現(xiàn)A 區(qū)運行在ACC 和DQ 冷卻模式之間轉(zhuǎn)換。如果選擇了ACC 操作模式，那么，連接高壓水箱的閥門打開，通往DQ 泵組的閥門關(guān)閉；如果選擇了DQ 操作模式，那么，連接高壓水箱的閥門關(guān)閉，通往DQ 泵組的閥門打開。

2.3 上框架高度調(diào)節(jié)控制

MULPIC PLC 控制A，B，C，D 區(qū)每個上框架絲杠頂起（screw jack）的高度調(diào)整。自動模式下，上框架高度設(shè)定值來自MULPIC PAS。手動模式下，可以從HMI 或從與MULPIC 各區(qū)相鄰的本地維護柜調(diào)整框架高度。MULPIC PLC 根據(jù)上框架要到達的位置設(shè)定值，要求上框架高度調(diào)整電機提升或降低框架。每個絲杠頂起（screw jack）上固定一個編碼器，由編碼器將上框架位置的實際值發(fā)送給MULPIC PLC。位置控制系統(tǒng)預(yù)算停車距離，并在到達設(shè)定點前，命令對應(yīng)的電機停止。在框架高度調(diào)整執(zhí)行器上安裝一個旋轉(zhuǎn)式限位開關(guān)，來檢測完全上升/下降位置。限位開關(guān)可以用來避免移動位置越過操作極限。限位開關(guān)信號通過硬線連接到啟動回路，并通過Profibus 與MULPIC PLC 通訊。

2.4 邊部遮擋位置控制

邊部遮擋功能適用于上部集管，通過遮擋鋼板的邊部來控制冷卻效果。每個區(qū)都配備一對邊部遮擋設(shè)備（驅(qū)動和操作側(cè)）。每個區(qū)有兩臺鼠籠式感應(yīng)電機分別驅(qū)動控制兩側(cè)的遮擋螺旋，兩側(cè)螺旋可以分別移動。電機的電源是由變頻器驅(qū)動設(shè)備控制的。MULPIC PLC 將根據(jù)MULPIC PAS 設(shè)定值來調(diào)節(jié)每個邊部遮擋絲杠頂起（screw jack）的位置。假設(shè)鋼板位于輥道的中心，MULPIC PAS 提供給每個邊部遮擋單元一個位置給定值。驅(qū)動和操作側(cè)的邊部遮擋定位將同時啟動，定位過程通過執(zhí)行一個位置閉環(huán)控制器來實現(xiàn)。由于該系統(tǒng)采用調(diào)速電機，因此，MULPIC PLC 通過PID 調(diào)節(jié)來控制電機的速度以獲得設(shè)定的遮擋位置。邊部遮擋單元進入預(yù)期位置的+/-5 mm 范圍內(nèi)，將停止運動，實現(xiàn)最終控制冷卻效果。

2.5 流量控制閥控制

每個集管的水流量是通過并聯(lián)的一對閥控制實現(xiàn)的。兩閥的大小不同，以實現(xiàn)在流量超限時對流量的完全控制。當(dāng)流量設(shè)定值低于閾值時，投用小閥，當(dāng)設(shè)定值超過給定閾值時，投用大閥。系統(tǒng)有兩個閾值設(shè)定值，一個用于ACC 模式，另一個用于DQ 模式，在任何時間內(nèi)，只有一個閥門打開來控制流量。

2.6 頭尾部遮擋控制（A區(qū)）

頭尾部遮擋控制技術(shù)通過減少鋼板頭尾部的冷卻量，以避免頭尾部的過冷。該控制僅應(yīng)用到A 區(qū)。MULPIC PAS 將對A 區(qū)的每個集管發(fā)送頭尾部遮擋流量參考值及頭尾部遮擋長度的設(shè)定值，來實現(xiàn)對鋼板頭尾的遮擋控制。

（1）通常，在鋼板頭部到達集管前20s，流量已經(jīng)建立。

（2）頭部遮擋控制中，轉(zhuǎn)化到減少的流量值的預(yù)測時間，積分參數(shù)存儲，并且流量控制切換為開環(huán)控制。

（3）頭部遮擋長度通過集管后，流量給定值切換回正常的流量值。

（4）當(dāng)流量偏差在閾值內(nèi)時，流量控制切換回閉環(huán)控制，并使用存儲的積分參數(shù)參與控制。

（1）開環(huán)控制中轉(zhuǎn)換到尾部遮擋流量控制的預(yù)測時間。

（2）當(dāng)鋼板尾部離開集管時，流量參考值減為0。

2.7 超低流量控制

用于調(diào)整下部噴水高度，以獲得底部集管的低流量。這些噴水口是為了避免鱗片進入下部集管的管口，并協(xié)助保持集管的冷卻。該閥門為氣動開關(guān)閥，每個閥有兩個限位開關(guān)來判斷閥門開啟或關(guān)閉。在非冷卻模式，這些閥門打開以避免對下部集管的熱損壞。冷卻模式下，當(dāng)流量設(shè)定值低于閾值（通常20 L/s）時，閥門開啟。

3 維護策略

MULPIC 自動化控制系統(tǒng)現(xiàn)場檢測元件及儀器儀表自動化設(shè)備較多，保證了MULPIC 系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。但是在生產(chǎn)運行過程中也會遇到一些儀表及自動化設(shè)備損壞的問題，因而影響工作的正常進行。這一問題的出現(xiàn)不僅會影響正常生產(chǎn)，而且還會在一定程度上造成鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟損失。設(shè)備維護水平直接影響著設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，因此要堅持日常點檢、定期點檢，不斷提高現(xiàn)場檢測元器件的穩(wěn)定性及高溫計的精度，做好以下幾方面的工作。

3.1 日常維護

在日常的工作中，加強對自動化控制系統(tǒng)設(shè)備的維護管理工作可以有效地防止自動化設(shè)備故障的出現(xiàn)。為了避免現(xiàn)場檢測元器件出現(xiàn)老化和松動的問題，要對檢測設(shè)備進行定期的檢查，由于不同設(shè)備元件的使用壽命不同，要參照技術(shù)要求進行元器件的及時更換，并且做好詳細的設(shè)備備件更換記錄工作。另在，要定期做好電源接線的檢查，并且要保持現(xiàn)場儀表自動化設(shè)備的整潔，做好日常清潔工作，重點做好現(xiàn)場檢測元器件的防水。

3.2 周期性維護

除了要對儀表自動化設(shè)備進行日常維護外，還要進行周期性的維護管理。加強對設(shè)備的工作參數(shù)和人工檢測記錄數(shù)據(jù)進行對比，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行中存在的問題。加強自動化設(shè)備的周期性維護可以在第一時間發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障問題并進行處理。在進行自動化設(shè)備的周期維護過程中，需要保證儀表接線的可靠性。可通過定期檢修對設(shè)備進行周期性維護，對維護過程中的異常情況進行高度重視，將發(fā)現(xiàn)的故障及時排除解決。

3.3 預(yù)防性維護

自動化設(shè)備的預(yù)防性維護工作是有效預(yù)防設(shè)備故障的關(guān)鍵措施。這種維護主要是利用設(shè)備管理系統(tǒng)對生產(chǎn)維護措施進行全方位的管理，同時運用評估手段實現(xiàn)設(shè)備維護管理的優(yōu)化。企業(yè)在采取預(yù)防性維護措施時，要加強對維護人員的的培訓(xùn)管理，制定科學(xué)的設(shè)備操作、維護、保養(yǎng)和維修相關(guān)制度，加強預(yù)防性維護的科學(xué)合理性，有效降低自動化設(shè)備故障的發(fā)生幾率。

自動化設(shè)備具體維護過程，可通過以下幾方面工作，做好設(shè)備維護工作：

（1）對設(shè)備進行定期點檢，尤其是對生產(chǎn)過程中無法點檢的部位要認真仔細；對現(xiàn)場檢測元器件，包括限位開關(guān)、編碼器及編碼器聯(lián)軸器、熱電阻等定期進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，保障現(xiàn)場檢測元件穩(wěn)定性。

（2）緊固。對螺栓易松動的部位進行定期緊固，如編碼器聯(lián)軸器、現(xiàn)場元器件、端子接線、電機聯(lián)軸器等，提高設(shè)備穩(wěn)定性。

（3）潤滑。對手動加油點利用檢修時間進行潤滑，部位主要有：框架抬升電機、邊部遮擋電機及框架絲杠等。

（4）調(diào)整。適當(dāng)調(diào)整設(shè)備運行過程中出現(xiàn)的不合理參數(shù)，做到設(shè)備運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、沖擊小。

（5）清理。定期對設(shè)備進行清理，主要是清理影響設(shè)備正常運行的不合理環(huán)境因素、對設(shè)備有損害的灰塵以及一些不利于正常生產(chǎn)的其他問題。

4 結(jié)束語

MULPIC 冷卻系統(tǒng)是提高寬厚板產(chǎn)品性能的重要措施，操作人員和工程技術(shù)人員在了解設(shè)備結(jié)構(gòu)、性能的同時，仍需做好各方面設(shè)備維護工作，通過不斷提高設(shè)備穩(wěn)定性及設(shè)備精度來保障MULPIC 冷卻系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，保證產(chǎn)品機械性能和組織性能。