【摘要】介绍了马钢棒材生产线穿水冷却的工艺及控制系统，对棒材上冷床温度定时检测装置进行了详细的说明。从软硬件设计方面分析了该系统的改造与控制系统方案及实现。该系统投入使用后，设备故障明显减少，收到了明显的经济效益。
【关键词】棒材；穿水冷却；控制系统；现场总线
1引言
穿水冷却系统就是以未净化处理的轧钢浊环水作为冷却介质，加压后通过喷嘴喷射出含有大比重固体颗粒的高速水流冲击轧件表面的蒸汽套，破坏隔阻冷却介质与轧件之间热交换绝热层的连续性。同时高速水流中的固体颗粒击打使得组成蒸汽套的气泡生命周期显著缩短，从而达到提升冷却介质汽化率，加大轧件的冷却强度的目的。更重要的是穿水冷却的工艺过程相当于淬火自回火作用,能有效提高轧件的力学性能。通过穿水还可以降低上冷床轧件的温度,进而提高冷却能力,有利于释放产能。
2系统简介及改造前状况
马钢棒材生产线穿水冷却系统主要由高压泵组、调控阀和穿水文氏管组成，其工艺流程简单说：就是一部分轧钢浊环水经高压泵加压后通过穿水文氏管喷淋到轧件上对其进行控制冷却。见图1穿水冷却系统工艺流程图。改造前高压泵的启停控制采用的是ABB公司的软件系统，五段穿水文氏管各设一个气动薄膜阀对冷却水量进行调节，其控制方式采用人工经验对气动薄膜阀进行手动调节。该控制系统存在如下问题：(1)温度检测方法不好。当前，用于棒材穿水冷却装置，包括高温辐射仪和冷却水控制装置，棒材上冷床的温度检测点设于冷床齿条矫直板第二齿槽内，测温仪在冷床动齿条工作的一个循环周期和第二根棒材之间的间隙内，对温度检测点进行连续测温。然后将检测到的温度信号传输到显示屏，显示温度数据，传输到冷却水控制系统，冷却水控制装置根据棒材上冷床温度的变化，相应进行冷却水的水压和水量的调整。其缺点是检测到的数据多，既有棒材上冷床第一时间的温度数据，又有大量的非第一时间的温度数据，有棒材的温度数据，还有矫直板烤红的温度数据；温度变化复杂，波动范围大，棒材在检测点处滞留时间因轧制规格不同而不同，其滞留时间长达6~15s不等。在这段时间内，既有棒材表面温度变化，又有自内向外自回火升温变化，温度波动范围达60~120℃之多。因此，显示屏数据频繁跳动，无法分辨出棒材上冷床第一时间的温度数据，无法得到工艺控制所需要的棒材控制冷却温度，导致化学成分和成品直径相同的棒材的力学性能产生差异，和通条力学性能不均匀，还浪费资源。(2)尽管气动薄膜阀开启度可以调节，但不能在线监控每段穿水文氏管的冷却水流量和压力。造成生产过程中不能即时准确地掌握每一段的冷却强度，只能根据经验初步判断，待前一根钢轧制完成后，参考现场的实测钢温数据来调节下一根钢所需的水量。(3)采取这种冷却水的调节方式不仅给操作带来极大的不便，且严重影响生产效率。针对上述问题2010年马钢棒材技术人员结合棒材生产线穿水冷却系统的扩能改造（增加第六段穿水装置及相应供水调控系统）对原控制系统同步进行了彻底改造。
3改造方案
针对原控制系统存在的不足，改造方案主要分为两大部分：（1）对棒材上冷床温度的检测方法进行重新设计，解决钢温反馈的滞后性及准确性。（2）根据轧钢工艺的需要增设冷却介质流量、压力等检测设施，以实现在线动态监控冷却介质参数，从而即时调控穿水冷却强度，保证生产质量目标的顺利实现。现场的每一段穿水文氏管增设流量和压力检测点各一个，总进水管增设流量、压力、温度监测点各一个，通过传感器采集并将相应信号传送至远程柜。另外在PLC室和CP3主控制台各增设一台操作站，借助WINCC组态软件，满足对文氏管中冷却水的流量、压力、温度进行动态监测的要求，同时对高压泵和出水电动球阀运行状态进行远程集中监控，并实现对各穿水段气动薄膜调节阀开口度进行远程控制。
4控制方案的实现
4.1棒材上冷床温度的检测方法
棒材上冷床温度对于棒材产品的力学性能来说至关重要，穿水冷却效果如何第一时间就是看此温度，因此其检测方法也就非常重要。新的检测方法叫棒材穿水冷却温度定时测量装置，由测温仪和温度检测信号定时采集装置构成，测温装置安装位置不变，连接到控制系统。温度检测信号定时采集装置安装在棒材内外温度达到一致的冷床的两个矫直板空隙之间，由支架、拉杆、复位弹簧、接近开关、平衡踏板组成，平衡踏板安装在支架上，可上下转动。平衡踏板与拉杆相连，拉杆底部焊接一小铁块，作为接近开关的感应铁。拉杆底部也与复位弹簧连接，支架上安装一个接近开关。当钢压上平衡踏板时，带动拉杆上升，拉杆底部感应铁与接近开关接近，接近开关产生一个“1”信号。当钢离开平衡踏板时，复位弹簧将拉杆往下拉，感应铁离开接近开关，接近开关产生一个“0”信号，此检测信号也连接到控制系统。其检测方法原理是棒材落在矫直板第二齿槽上，压在平衡踏板上，检测信号采集装置就发出一个“1”信号，表示有钢，延时0.3~0.8s后，自动将测温仪检测到的棒材温度值经处理转换，过滤掉后续检测到的棒材温度值，然后传动到显示屏上，并保持不变。这个温度值就是棒材上冷床第一时间检测到的温度；当棒材离开矫直板时，检测信号采集装置就发出一个“0”信号，控制系统自动将上一根棒材温度值清零，保持到检测到第二根棒材达到矫直板第二齿槽上为止，如此周而复始的检测每一根棒材的温度。同时穿水冷却控制系统适时调整冷却水的水压和水量。
4.2控制系统
控制系统方案基于SIEMENS的PROFIBUS-DP工业现场总线通信系统，以SIEMENSS7-300PLC作为控制核心，与现场传感器连接通信，并借助WinCC组态软件，实现对穿水冷却系统现场的各段文氏管流量、压力、温度及水泵、电动球阀开关状态等进行远程集中监视，并实现对各调节阀开度进行远程控制以及对新增第六段文氏管供水装置传动设备的控制。采用在线检测手段组成与工艺要求相应的控制回路来实现生产过程工艺参数的监测以及自动化控制，控制方式采用手动、自动两种。本系统主要包括4大部分：现场总线控制、PLC控制、传动控制及WINCC实现监控操作画面。图2为操作站WINCC监控系统的主画面。它是由现场设备、控制站、人及界面组成的三层结构。这种结构比较适合于复杂的控制过程，三者有机的集成为一体，使系统的配置兼顾了系统的经济实用性、灵活扩展性及控制回路之间关联和协调的密切性。
5总结
本系统具有较好的通信和控制能力，改造成功后现场操作人员可以通过WINCC监控画面实现对现场状态实时监测，对设备远程控制的目的,从而精确控制轧后棒材的冷却强度。新的棒材上冷床温度的检测方法，检测温度精确可靠，消除了同一棒材在检测滞留时间内产生的温降差异，消除了不同规格棒材子回火升温差异，温度波动范围缩小至20-40℃，能有效的控制棒材的力学性能，提高通条力学性能均匀性；在确保棒材力学性能前提下，降低微合金用量，节能降耗，降低生产成本，提高企业经济效建筑经济期刊益。该控西藏职称制系统改造后，稳定高效地调节方式也大大地降低了穿水系统故障率，同时有效地减轻了操作人员劳动强度，提高了劳动效率。
作者：李冬清 单位：马钢长材事业部
