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热轧板材生产厂主要生产多种汽车板材、冷轧原料板材、花纹钢板材、硅钢板材、X系列管线钢板材等多种不同规格、材料的板材产品。现代轧钢厂目前使用比较广泛的主流卷取机品牌有来自德国的SMS、来自日本的IHI,自动控制系统则大多采用日本的TMEIC品牌[1]。TMEIC公司的热轧自动控制系统则凭借其优秀的控制性能被国内各大热轧厂广泛采用,具有非常多的优点和广阔的发展前景,值得深入研究。卷取是热轧生产线的最后一道工序,负责将轧制成型的长直带钢弯曲卷取成为热轧钢卷,再取出入库,以方便贮存、运输、出售。高品质的热轧卷卷形紧密、薄厚匀称、参数标准、表面光滑、曲线柔韧,尤其是一些高强度的管线钢和超薄的宽带钢,更是对品质要求极高,这就需要一套高精度、稳定性好、张力控制稳定、卷形控制精准的卷取机及其自动控制系统。本文以国内某热轧厂的卷机生产过程为例开展研究,为了进行良好的恒张力卷取和踏步跟踪控制,保证热轧卷的产品性能和卷形符合行业优秀标准,设计实现了热轧卷取机的自动控制系统,并为实际生产中遇到问题,提出了可行的解决方案,具有深厚的课题背景和重大的研究意义及实践价值。本文首先对热轧卷取的工艺流程和工艺需求进行分析,梳理出控制功能和时序逻辑需要解决的问题,比如:在恒张力控制方面,首先,二级下发的张力给定,到基础级执行时,是要先考虑到带钢弯曲形变、机械损耗、速度加减变化、卷径的变化等对张力转矩影响;其次,带钢表面张力平衡的建立与保持在卷取的不同阶段是有区别的,卷取机加载前,由精轧机提供后向张力,需要卷取机方向保持升速来提供前向张力;卷取机加载后,前向张力将替换为芯轴转矩提供;精轧机抛尾后,需要夹送辊和层冷辊道共同提供后向张力;张力平衡结构变化,需要夹送辊起到平衡协调的作用。这样就需要转矩控制和速度控制的紧密组合与平滑切换,保障张力稳定。在卷形控制方面,带钢头部一旦进入卷取机由于没有直接的测量元件,目前只能通过计算间接得出,很难精确跟踪;助卷辊的踏步控制是位置控制与压力控制按照跟踪安排时序,跟踪稍有偏差,轻则产生压痕,重则直接堆钢;带钢尾部的定尾也是需要跟踪控制时序。设计一套完善的卷取自动控制系统确实是一项非常复杂、难度颇高的工作。其次,本文依据上面提到的种种控制需求,构建出了整体控制结构图。针对恒张力控制设计了电流闭环、速度闭环、张力闭环三层闭环,以电流为内环,张力为外环,并对电机模型和张力模型进行数学建模,同时对二级张力给定做加减速转矩补偿、弯曲转矩补偿和机械损耗补偿,对速度控制做超前率补偿、滞后率补偿、低张力补偿、负荷平衡补偿等,保障恒张力卷取控制。针对卷形控制对助卷辊自动控制过程进行优化,由于助卷辊自动控制的精确执行主要依赖于对带钢头部的跟踪,比如带钢头部到达某个助卷辊的时间,钢卷缠绕圈数的计算,钢卷直径的实时计算都需要可靠的跟踪计算,因此设计了一整套带钢头部跟踪自动纠偏修正控制逻辑,保障卷型控制的顺利实现。再次,根据上面的控制系统实现需求,设计了一套硬件组态配置,包括服务器、客户机、Ethernet网络、TC-NET网络,与九组电气控制器Nv Controller和现场的各部分设备整合成一套完整的卷取硬件控制系统。以实现订单管理和生产安排的ERP为最高级L3;依据卷取工艺,结合温度、厚度、宽度等参数建立控制模型,下发执行指令的是二级L2;以CPU为核心,接受二级与操作平台给定指令和参数,经过逻辑控制,下发给现场设备执行,并采集数据向上级反馈的是一级;以传动设备和仪表等检测元件为主,执行一级命令,直接采集数据上报一级的是零级。最后,完整的自动控制系统,还需要与硬件配套的软件系统,如Engineering Tool4、ODG,ODGv5 Client Ctrl、以及Intouch组态软件、WindowViewer HMI、Window Maker、OPC Server Tool、HMI Engineer tool等。通过软件组态和开发设计,搭建出程序编译、数据监控和人机交互三大平台。本章以恒张力卷取控制过程为例,从流程图设计到软件组态、人机操作画面,及最后的ODG反馈曲线,详细分析了恒张力卷取实现的过程。通过撰写本文,本人细致的梳理了轧钢厂卷取机自动控制系统,从功能需求到总体控制结构设计,再具体到每一部分主要组成设备的自动控制结构安排和建模,最后通过硬件组态和软件设计,实现热轧卷取机的基本控制功能。文中,我针对某热轧厂卷取机产品存在的压痕问题深入分析,通过建立跟踪补偿修正系统,提供了实用可靠的方案。