1、探究热连轧无缝钢管过程自动化系统设计与实现摘要：进入 21 世纪之后，我国科技速度发展较快，也带动了热连轧无缝钢管技术的发展，本文主要论述了热连轧无缝钢管自动化系统的设计。 关键词：无缝钢管；自动化；系统设计 中图分类号：TU39 文献标识码： A 引言 热连轧无缝钢管工艺这是现代化无缝钢管之中最为先进的生产工艺并且慢慢变为主要使用的方法，在这之中热轧作业区是生产的主变形区域，关系的工艺范围包括管坯出料开始，经穿孔机、限动芯棒连轧管机、小冷床、步进式再加热炉、微张力减径机直到冷床为止这个区域要求有高水平的自动化系统可以满足用户对于产品产量以及质量相关的要求。 1、热轧无缝钢管的生产工艺 在本文
2、之中以某 PQF 连轧管机组的热轧生产线为实例，无缝钢管生产的具体生产工艺如下：当环形炉将管坯加热为 12501280，出料机在钢管中取出管坯，置放于出料的斜台架中，管坯在斜台架中滚落到出炉位置的横移链位置，此时横移链将管坯传送到穿孔机的前台位置辊道中。在辊道运送管坯过程中，表面可能出现氧化现象，铁皮脱落。另外，通过入口辊道将管坯传送到穿孔机的前台，以拔料装置将管坯拔进到入口的导槽位置。此装置的穿孔机为锥形穿孔机，以立式布置轧锟。 在穿孔机中，将实心管坯轧制成空心，在穿孔机的后台设置了三锟定心装置，以此支撑顶杆，发挥导向作用，确保周详壁的厚度均匀。当毛管的尾部位置出了穿孔机之后，回退顶杆的止推
3、机构，从毛管中将顶杆抽出来。打开三锟定心之后，通过移送机把毛管拔出，旋转到托锟位置，此时向毛管中喷吹氮气及硼砂，将毛管中的氧化铁皮清洗干净，避免出现毛管表面的二次氧化。该连轧管机应用了 SMS-MEER 公司的新型 6机架 PQF 三锟连轧机组，根据实际工作情况，选择合适的规格，分别为191mm、235mm、263mm 三种孔型，其中出口速度的最大值为 5.5ms。利用脱管机实现毛管和芯棒的分离，当芯棒随着限动系统退回到起始位置，悬臂机械就会将其移送到芯棒位置，返回辊道中。 一旦毛管脱管之后，可以经过测量系统，得到外径、壁厚等等参数，之后再通过连轧出口的辊道以及悬臂机械发送到定径机组位置，开始
4、轧制，得到 245mm 左右的成品钢管。如果钢管脱离定径机组之后，就可通过定径机的出口.辊道运送到冷床中，可以将冷却完成。 2、功能描述 热连轧生产线过程控制包括:接收上级管理系统的生产要求和原料数据，为基础自动化系统提供主要设备的生产工艺设定参数，指导、跟踪和监控生产线运行，接收基础自动化系统的生产过程数据，优化工艺设定参数，将生产进度、成品数据及生产过程数据上传给生产管理系统，形成各类生产报表 2.1、作业计划处理 接收来自上级管理计算机系统(指车间制造执行系统，简称 L3 下同)的轧制命令数据和原料数据当上级计算机系统未投运时，该系统保留人工录人并管理轧制计划的功能结合生产计划、生产线轧
5、制规程及工艺要求编制作业计划信息，用于指导主要机组的生产同时系统提供对作业计划数据进行必要的管理，如修改、删除、状态设定、有效性检查等操作。2.2、物料跟踪 对于热轧生产线采用按单支进行跟踪的机制首先在生产时需要对单支物料进行编码标识，其次根据工艺需求将轧制线分为若干个逻辑跟踪点，当物料从某一跟踪位移至下一个跟踪位时，通过现场各类检测原件识别，同时在计算机中建立逻辑映像。 采用该种跟踪机制可实时记录单支物料的生产过程数据(包括生产参数、工艺参数及电气参数)这些记录数据可以提高操作人员对于生产实际的把握，可为工艺人员分析单支产品质量、优化工艺参数提供依据，同时还可以结合主要机组的工艺数模，在线自
6、适应优化机组的设定参数，提高物料的质量精度及生产效率当计算机内物料映像与实物不相符，或者部分跟踪过程参数有误时，系统可提供对其进行修改的界面。 2.3、作业规程管理 作业规程管理的目的是录人、显示、维护、传输生产规程息，该信息类似于生产工艺库，包含生产每一类产品所需的物料变形参数、机组调整参数、特殊要求数据等 对于穿孔机组、定径机组，当生产变换规格时，可通过生产工艺库的查询迅速找到适当的机组设定参数，经人工确认后即可用于实际生产，保证生产的平稳及同规格产品的质量 穿孔机组主要设定参数包括:轧辊转速、轧辊距、导板距、顶头前伸量等定径机组主要设定参数包括:机架数、机架设定、人口线速度、出口速度、各
7、机架转速等。 2.4、报表打印 报表主要包括报警记录、停机记录及工程记录，主要是指班、日生产工艺报表及产品统计报表选择需要生成的报表类型，系统即会提供相应的选项如生成产品报表需要选择对应产品的计划号或轧批号;如生成班报表则要求选择班次及日期;如生成日报表则要求选择生产。 3、热轧无缝钢管的电气自动化系统 控制系统主要使用的是 Indus-trial800xA 系统。现了对生产过程自动化控制的高性能数据采集、控制、管理和监控。3.1、系统功能设置轧机的速度及参数，在屏幕画面中显示数据和状态。模拟轧线的状态监视状态。显示故障诊断记录和报警，每月进行一次事故统计并自动打印。加强生产管理，对班产、日产
8、及月产实行报表统计。监控各个网络站点的数据、状态、信息。与其他上位机共同实现数据通讯，查询历史记录。记录与轧制相关信息。3.2、系统结构 3.2.1、工程师站：主操作室及主电室设置了三台上位机，利用工业以太网与 PLC 相结合，实现系统的优化程序的修改。3.2.2、操作员站：主要用于设定工艺及电气参数，选择恰当的运行方式，负责轧制前操作。3.3、操作方式通过主操作台、就地操作台、若干手持操作台实现现场设备的点动、调节功能。3.3.1、手动操作 在手动操作形势下，保留了电气设备及机械设备的连锁保护条件，在完成手动操作之前，应将有关设备运行到预定位置，从手动方式切换为自动方式，确保自动操作的顺利实
9、现。3.3.2、自动操作 在自动操作形式下，设备根据逻辑顺序以及预定值，在无人操作的情况下，以自动化方式进行。 3.3.3、检修操作 在检修操作方式下，即非连锁手动方式，需要保存少量较为重要的保护性连锁，而其他设备在运行期间则取消相互连锁。在检修过程中，只在机旁操作箱中进行点动操作即可。3.3.4、轧机区操作 在轧机区中，以操作台为主，所有的电气参数、工艺设置通过操作站完成。由于该区域的设备较多、程序繁琐，为了简化操作台板面，在开始轧制之前，应进行一般性操作。一般操作台板面中包括手急停处理、速度手动干预等内容。3.4、监视保护在正式启动设备之前，应检查影响设备运行的相关条件，如液压系统、润滑系
10、统、调速传动系统等，有效监视运行条件，避免出现故障。3.5、紧急系统 3.5.1、急停。这是一种较为安全的操作方式，可应用于有可能损耗设备的情况下，一旦启动急停，就不能随意中断。利用带灯按钮显示急停操作，以此确认状态。急停信号发送到各个传动系统中使其断电。3.5.2、快停。在快停状态下，轧机运行区域中的电机以比较大的减速度，从正常运行状态到快速停止，且可以通过急停而中断。 4、电气自动化系统的应用优势 4.1、技术先进 通过工业以太网形成集散性控制系统，实现了从模拟系统到数字系统的转变。这种形式与过去的集中控制系统、对等网络、三从网络等有所区别。现场运行信号可以被职能电气终端实行自动处理，与主
11、站干预不相关，但是其控制受到主站的宏观管理，节省了主站的运行时间，可集中处理更多重要性任务。 4.2、速度快捷 系统使用 ABBAC800PEC 高速 CPU，再加上应用现场总线技术中的Profibus 网络，大量信号已经经过现场处理。因此，通过应用该系统，可有效提高运算任务的完成效率，节省大量成本。另外，通过应用Profibus 网络中的短小帧结构，可提高网络通讯速度，获得更好收益。 4.3、可靠性强 通过网络传输，传送信息编码，实现了电气终端之间的电气连线，既可节约导线，也减少节点之间的连接，减少故障发生可能性，减少返工检修的工作量。对于网络上的某一故障点进行检修，不会对整个网络的运行产生
12、影响，为系统运行提供有力保障，减少维修工作量。 4.4、方便维修系统拥有完善的监控功能如 CPU、电源、远程 10 柜、各稀站、液压站、阀台等都能进行可靠的监控及声光报警提示。 5、结语 在热连轧无缝钢管热轧区域过程之中使用自动化系统，可以有效提高操作人员对于生产具体情况掌握的程度，并且还可以给工艺人员更好地优化工艺参数奠定一定的基础，不断提高热轧钢管产品的质量，也可以使得产品收得率增加。 参考文献： 1李邈.热连轧无缝钢管过程自动化系统设计与实现A.中国计量协会冶金分会、 冶金自动化杂志社.中国计量协会冶金分会 2013 年会论文集C.中国计量协会冶金分会、 冶金自动化杂志社:,2013:3. 2唐荻,郭强,宋勇.热连轧自动化系统的发展和技术进步J.钢铁,2009,08:1-6. 3.自动化技术、计算机技术J.中国无线电电子学文摘,2007,04:172-249. 4庄野,姜永芳.热连轧计算机控制系统设计与实现J.鞍钢技术,2013,05:32-36.
