作者：李英杰，男，33歲，工程師

收稿日期：2024-04-03

摘 要：介紹了山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司4 300 mm寬厚板生產(chǎn)線MULPIC冷卻系統(tǒng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)及維護(hù)策略，以幫助提升技術(shù)技能水平。

關(guān)鍵詞：MULPIC；自動(dòng)化控制；維護(hù)策略

ANALYSIS OF? AUTOMATION CONTROL AND MAINTENANCE STRATEGIES FOR 4 300 mm WIDE AND THICK PLATE MULPIC

Li Yingjie

（SD Steel Rizhao Co.， Ltd.? ? Rizhao? ? 276800，China）

Abstract：This article introduces the automation control system and maintenance strategy of the MULPIC cooling system on the 4300mm wide and thick plate production line of Shandong Iron and Steel Group Rizhao Co.， Ltd. to help improve technical skills.

Keywords： MULPIC; automation control; maintenance strategy

0? ? 引? ? 言

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(jī)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，僅僅一種設(shè)備既有實(shí)現(xiàn)在線快速冷卻的能力也有直接淬火的功能，其自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)MULPIC冷卻系統(tǒng)各區(qū)域設(shè)備的動(dòng)作執(zhí)行的準(zhǔn)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

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(yàn)、噴號(hào)→（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(qiáng)度的同時(shí)，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(xì)化、碳化物的析出強(qiáng)化、獲得相變組織）。

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四個(gè)冷卻區(qū)組成，每個(gè)冷卻區(qū)長度6 m，設(shè)備全長24 m，使用高密度噴嘴實(shí)現(xiàn)本設(shè)備的噴射冷卻和層流冷卻，噴嘴共計(jì)50 000多個(gè)，出入口配有熱掃描式高溫計(jì)，實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)測、反饋及自適應(yīng)。

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(shí)A區(qū)采用DQ泵供水），可以實(shí)現(xiàn)在線淬火功能，同時(shí)也可以配合B、C、D區(qū)實(shí)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(jìn)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）三種模式。

DQ：冷卻水由水泵直接提供，為壓力噴射冷卻。

ACC：冷卻水由高位水箱提供，為層流冷卻。

OSC：鋼板在MULPIC內(nèi)部來回游蕩冷卻，根據(jù)鋼板的厚度自動(dòng)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(dòng)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(biāo)是找到設(shè)定點(diǎn)，得到目標(biāo)的冷卻速率和沿整個(gè)板材長度方向上的均勻的溫度，進(jìn)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1 m長一段，利用MULPIC入口掃描式高溫計(jì)測量板材溫度， 根據(jù)測量的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)對(duì)測量值和預(yù)計(jì)算比較，進(jìn)行模型參數(shù)調(diào)整。

2.2? ? A區(qū)ACC和DQ模式控制

MULPIC自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用SIEMENS公司S7-400系列PLC，通過PLC控制兩個(gè)進(jìn)水閥來實(shí)現(xiàn)A區(qū)運(yùn)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(gè)上框架絲杠頂起（screw jack）的高度調(diào)整。自動(dòng)模式下，上框架高度設(shè)定值來自MULPIC PAS。手動(dòng)模式下，可以從HMI或從與MULPIC各區(qū)相鄰的本地維護(hù)柜調(diào)整框架高度。MULPIC PLC根據(jù)要上框架要到達(dá)的位置設(shè)定值，要求上框架高度調(diào)整電機(jī)提升或降低框架。每個(gè)絲杠頂起（screw jack）上固定一個(gè)編碼器，由編碼器將上框架位置的實(shí)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(dá)設(shè)定點(diǎn)前，命令對(duì)應(yīng)的電機(jī)停止。在框架高度調(diào)整執(zhí)行器上安裝一個(gè)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(dòng)位置越過操作極限。限位開關(guān)信號(hào)通過硬線連接到啟動(dòng)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(gè)區(qū)都配備一對(duì)邊部遮擋設(shè)備（驅(qū)動(dòng)和操作側(cè)）。每個(gè)區(qū)有兩臺(tái)鼠籠式感應(yīng)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)控制兩側(cè)的遮擋螺旋，兩側(cè)螺旋可以分別移動(dòng)。電機(jī)的電源是由變頻器驅(qū)動(dòng)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(gè)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(gè)邊部遮擋單元一個(gè)位置給定值。驅(qū)動(dòng)和操作側(cè)的邊部遮擋定位將同時(shí)啟動(dòng)，定位過程通過執(zhí)行一個(gè)位置閉環(huán)控制器來實(shí)現(xiàn)。由于該系統(tǒng)采用調(diào)速電機(jī)，因此，MULPIC PLC 通過PID調(diào)節(jié)來控制電機(jī)的速度以獲得設(shè)定的遮擋位置。邊部遮擋單元進(jìn)入預(yù)期位置的+/-5 mm范圍內(nèi)，將停止運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)最終控制冷卻效果。

2.5? ? 流量控制閥控制

每個(gè)集管的水流量是通過并聯(lián)的一對(duì)閥控制實(shí)現(xiàn)的。兩閥的大小不同，以實(shí)現(xiàn)在流量超限時(shí)對(duì)流量的完全控制。當(dāng)流量設(shè)定值低于閾值時(shí)，投用小閥，當(dāng)設(shè)定值超過給定閾值時(shí)，投用大閥。系統(tǒng)有兩個(gè)閾值設(shè)定值，一個(gè)用于ACC模式，另一個(gè)用于DQ模式，在任何時(shí)間內(nèi)，只有一個(gè)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(duì)A區(qū)的每個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)鋼板頭尾的遮擋控制。

頭尾部遮擋原理分別如圖4和圖5所示。

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(jìn)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(dòng)開關(guān)閥，每個(gè)閥有兩個(gè)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(duì)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(shí)，閥門開啟。

3? ? 維護(hù)策略

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

3.1? ? 日常維護(hù)

在日常的工作中，加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)管理工作可以有效地防治自動(dòng)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(dòng)的問題，要對(duì)檢測設(shè)備進(jìn)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(jìn)行元器件的及時(shí)更換，并且做好詳細(xì)的設(shè)備備件更換記錄工作。另外，要定期做好電源接線的檢查，并且要保持現(xiàn)場儀表自動(dòng)化設(shè)備的整潔，做好日常清潔工作，重點(diǎn)做好現(xiàn)場檢測元器件的防水。

3.2? ? 周期性維護(hù)

除了要對(duì)儀表自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)外，還要進(jìn)行周期性的維護(hù)管理。加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的工作參數(shù)和人工檢測記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以及時(shí)有效的發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中存在的問題。加強(qiáng)自動(dòng)化設(shè)備的周期性維護(hù)可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障問題并進(jìn)行處理。在進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)備的周期維護(hù)過程中，需要保證儀表接線的可靠性?？赏ㄟ^定期檢修對(duì)設(shè)備進(jìn)行周期性維護(hù)，對(duì)維護(hù)過程中的異常情況進(jìn)行高度重視，將發(fā)現(xiàn)的故障及時(shí)排除解決。

3.3? ? 預(yù)防性維護(hù)

自動(dòng)化設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)工作是有效預(yù)防設(shè)備故障的關(guān)鍵措施。這種維護(hù)主要是利用設(shè)備管理系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)維護(hù)措施進(jìn)行全方位的管理，同時(shí)運(yùn)用評(píng)估手段實(shí)現(xiàn)設(shè)備維護(hù)管理的優(yōu)化。企業(yè)在采取預(yù)防性維護(hù)措施的時(shí)候，要加強(qiáng)對(duì)維護(hù)人員的培訓(xùn)管理，制定科學(xué)的設(shè)備操作、維護(hù)、保養(yǎng)和維修相關(guān)制度，加強(qiáng)預(yù)防性維護(hù)的科學(xué)合理性，有效降低自動(dòng)化設(shè)備故障的發(fā)生幾率。

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

1）對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期點(diǎn)檢，尤其是對(duì)生產(chǎn)過程中無法點(diǎn)檢的部位要認(rèn)真仔細(xì)；對(duì)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(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，保障現(xiàn)場檢測元件穩(wěn)定性。

2）緊固。對(duì)螺栓易松動(dòng)的部位進(jìn)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(jī)聯(lián)軸器等，提高設(shè)備穩(wěn)定性。

3）潤滑。對(duì)手動(dòng)加油點(diǎn)利用檢修時(shí)間進(jìn)行潤滑，部位主要有：框架抬升電機(jī)、邊部遮擋電機(jī)及框架絲杠等。

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

5）清理。定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行清理，主要是清理影響設(shè)備正常運(yùn)行的不合理環(huán)境因素、對(duì)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(shí)，仍需做好各方面設(shè)備維護(hù)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(yùn)行的穩(wěn)定性，保證產(chǎn)品力學(xué)性能和組織性能。

參考文獻(xiàn)

[1]? ? 杜平.基于MULPIC裝置的寬厚板均勻冷卻控制[J].軋鋼，2012（6）：7-10.