先进的带钢转向系统X-Pact Centerline Control（CLC）现在是减少瓢曲、带钢缠绕和表面缺陷的关键因素，这些缺陷是由工作辊留痕、产品质量下降和产量损失造成的。通过先进的X-Pact CLC，热轧带钢生产实现了更高水平的工厂自动化。集成的X-Pact CLC解决方案是迈向黑灯工厂的下一步，目前在德国热轧带钢厂持续运行。
2.1 为单个用例设计的模块化自动化理念
先进的带钢转向系统X-Pact CLC的技术概念是模块化的，包括：①X-Pact sense hotCAM摄像系统；②X-Pact自动化系统。例如，如果是现代化项目，可以使用智能插件的概念将其安装在精轧机内：①逐步安装1到n个X-Pact sense hotCAM摄像系统；②安装自动化系统，并根据精轧机的可用工厂设备，选择几种控制方案；③组合为一个可扩展的系统包。
2.2 X-Pact sense hotCAM摄像系统
X-Pact sense hotCAM摄像系统是以适应热轧机恶劣环境条件的工业摄像机为基础。摄像机机身旨在保护摄像机免受粗轧工艺产生的热量、蒸汽和灰尘的影响。该装置的维护要求很低，例如，只在压缩空气系统出现故障时，才需要清洁摄像机。
在第一个精轧机架前以及后续机架之间，可以在机架顶部安装X-Pact sense hotCAM摄像机。图像处理完善了系统，并使其尽可能稳健地捕捉环境允许的尽可能多的信息。使用数学算法来补偿来自HSM环境的干扰影响。图像处理在实时系统上运行，以确保值定期传输到L1自动化系统，以便测量值可用于控制轧机机架。操作员可以使用HMI系统来观察运行中的带钢。每个带钢都会生成一份PDF报告，用于后期的评估和优化。
测量值为钢板中心位置、带钢宽度、边缘到中间位置的角度以及头尾形状。摄像机连接到处理单元，该处理单元也用作控制应用程序或工厂用户记录系统的接口。
其中，①HGC为用于调平辊缝的液压间隙控制；②RAC为轧辊对准控制，以控制轧辊力偏差并确保平行轧辊间隙；③TFC为推力控制，用于补偿辊隙内辊轴向力的影响；④SGC为侧引导控制，用于精轧机中板坯穿带的整体带钢导向；⑤CLC为中心线控制，读取X-Pact sense hotCAM的中心线偏差，并计算相关上游轧机机架的调平校正信号；⑥ALC为自动调平控制，是精轧机中带钢跟踪的一项高级功能，用于计算内环控制的参考校正信号，以及提供从2级设置计算机接收的带钢数据和参数；⑦TOMplus为用于手动操作时的操作员界面和辅助。
此外，机架间区域的侧引导力测量可用于稳定轧制工艺，从而提供机架间带钢状态的附加信息。
例如，2号轧机机架出现的轧制问题将通过X-Pact中心线控制先进带钢转向系统自动处理：①机架F2穿带处理——头部控制。机架F2出口侧的驱动侧翘曲；机架F2入口侧的带钢移动非常小。策略：引导F2在F3中实现安全穿带。②带钢圆角-圆角控制轧制。驱动侧带钢移动非常小。策略：引导实现稳定轧制和优化带钢几何形状。③机架F2尾部脱落——尾部控制。在机架F2入口侧，尾部转向驱动侧；尾部在辊隙中移动到驱动侧；带钢性能不稳定。策略：引导F2安全笔直地运输带钢，直到F2卸载。
2.3 运营成果和效益
第一套完整的设备是在德国的一个7机架热连轧机上调试的。所有6个机架间区域都配备了X-Pact hotCAM中心线控制系统。已安装的X-Pact自动化包通过快速接口连接到中心线PLC，为工厂1级液压间隙控制提供额外倾斜值，在HMI界面上为操作员提供所有相关信息。在这里，带钢头部的照片以及轧制过程中的带钢位置和尾部的照片与状态信息一起显示。在准备下一条带钢时，根据前一个带钢的系统行为，显示了给每个机架的整平量和方向的建议。
在调试之前，使用整个精轧机架及其之间的轧制带钢的二维仿真模型，对系统行为和控制器配置进行了深入研究。该模型考虑了所有与带钢性能相关的几何条件、辊间隙微分方程和条件。通过对传递函数模型的仿真和分析，得出了控制器的最优设置和触发。
接下来，针对不同材料的转向控制进行了几次轧制程序测试运行，可供操作员选择。经过一周的白班测试，操作员完全接受该系统。经过最初的质疑，操作班组迅速将该系统作为标准操作工具，因为关键事件的数量显著减少。
在生产过程中，操作人员会注意到尾部出现的问题，并列出由于该缺陷而阻塞的板卷卷取数量。尾部转向的自动控制显示出轧机性能的显著改善，减少了阻塞板卷卷取的数量。在优化过程中，设置了附加功能和控制选项，将与尾部轧制相关的问题降至最低，改进了板卷返工，实现了工艺的稳定，特别是减少与尾部问题相关的计划外轧辊更换。
在轧制过程中，因机架轧制间隙处的入口和出口张力，带钢在穿带和脱带之间的位置相对稳定。但带钢在轧制机架的侧导板之间的位置可能发生变化。在这种情况下，由于带钢偏离轧辊中心线，轧辊间隙在一侧被压开，并且用楔块将带钢卷出。当带钢的位置在轧制过程中发生变化时，楔块也可能发生变化。如果边界条件不合适，带钢位置甚至可能上升，需停止轧制。机架之间的位置测量可获得附加的信息来调整轧机机架，以保持恒定的楔块条件。标准偏差，即热轧带钢机成品带钢上带钢楔块的方差，作为工艺稳定性的衡量标准。随着（根据中心线测量全自动倾斜机架的）带钢引导系统的启动，在整个产品范围内，成品带钢几何形状的标准偏差显著降低到小偏差。
操作员通常观察并手动干预，确保在穿带过程中对带钢头部的机架进行转向调整。带钢头部的带钢位置测量可以自动转向控制和调节。通过转向控制，对第一个机架完全自动执行，无需操作员干预，在穿带时在头部实现可再现的位置。控制的结果显示，由咬入时机架F3前方的测量带钢位置确定。随着CLC的引入，带钢的可复制性和高工艺稳定性非常接近。
2.4 自动化理念
X-Pact ProBAS自动化系统是模块化和可扩展的，可以根据绿地或工厂现代化的使用情况进行配置。X-Pact ProBAS自动化控制单元可以通过RFM-反射存储器、专用链路TCP/IP、Profibus、Profinet或高速Ethercat远程IO接口轻松连接到客户现有的L1自动化系统。交换了许多信号，例如关于现有液压间隙控制、侧导板和活套的信息。基于此信息，X-Pact中心线控制计算参考水准值，并将其发送至L1自动化系统。远程访问有利于远程操作和监控。
2.5 工艺稳定性为工厂黑灯运行铺平道路
在钢铁生产中，显然也在其他行业中，存在将单个工艺设施的运营集中到中央集成运营中心的想法、概念和首次尝试。当谈到工厂常规生产过程的全黑灯运营时，最大限度地实现工艺稳定性是必须关注的焦点。对于带钢热轧机来说，复杂的带钢转向是主要的成功因素之一，而直送钢坯为精轧机和卷取机的成功转向奠定了基础。除了最初的控制之外，还增强了基于人工智能的瓢曲风险确定机制，结合在线调整工艺参数的功能，将有助于稳定工艺。
这很可能会引发未来生产设施运营方式的范式变化。目前，直接观察机器的现场操作似乎是强制性的。未来，这可以在内部甚至外部的运营中心内执行，从一个集中式运营中心运营单个甚至所有设施。
对于在全球范围内经营多家工厂的大型钢铁生产商来说，该技术可能在以下方面具有优势：①优化运营专业知识集中度；②运营团队的集中培训；③加强集中运营团队内部的经验交流；④使用数字孪生的集中培训中心；⑤在各自的核心工作时间内通过运营中心在全球范围内运营。
03
结论
作为关键条件下稳定轧制总体策略的一部分，X-Pac sense hotCAM作为传感器，X-Pact中心线控制作为控制包，已经建立了苛刻条件下的热连轧应用。
测量机架间区域的带钢位置可提供：①通过扩展工艺数据（带钢在机架间区域的位置）进行定向误差分析；②为操作员提供轧制过程中带钢位置和尾端形状的在线可视化；③分析带钢的快照（每条带钢尾端图片的PDF报告）；④以最小的维护工作量，实现可靠的测量值。
利用测量数据控制带钢转向有利于：①减少尾端断裂；②减少计划外工作辊变化；③提高工艺稳定性；④改善带钢几何形状；⑤减少操作员干预。
开发的转向概念提高了轧机的稳定性，为全自动轧制铺平了道路。
《世界金属导报》
2024年第15期 B16
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