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摘要：随着社会的进步，科学技术的发展，智能网络控制和自动化生产已经
运用于社会的各行各业了。钢材作为社会建设的重要材料，其生产技术也发生了
很大的变化，由原来的很多工人操作单轧机生产转变为现在的钢材连轧生产线。
关键词：轧钢；电气自动化；技术
中图分类号：F407文献标识码：A
引言
在中国制造业、建筑业、交通运输业谋求跨越式发展时，势必也将对所采用
的钢铁原料提出新的产量、品种、质量需求，因此，加强轧钢自动化技术的研发
和创新是关键，现今的轧钢自动化技术可以为钢铁工业提供低成本、高性能、绿
色化的新材料，引领中国钢铁材料的使用和发展新趋势。
一、自动化技术在钢铁行业的应用现状
在经济全球化、市场国际化的大环境下，目前，我国加强了对钢铁自动化技
术的应用研究。一些钢铁企业也高度重视，在钢铁行业自动化技术上面，在基建
和技改项目上重视上自动化项目，加大资金投入力度，已经形成了一套较为完善
的理论，技术也相当先进，有的技术已经具有了自主知识产权，达到国际先进水
平，被人们广泛应用在钢铁行业的生产上面，提高了生产效率和产品质量，为企
业带来了巨大的经济效益，推动着企业更好更快的发展。
二、简述轧钢生产线的重要组成部分
1、轧钢的定义
在旋转的轧辊间改变钢锭、钢坯形状的压力加工过程叫轧钢。轧钢的目的与
其他压力加工一样，一方面是为了得到需要的形状，例如：钢板、带钢、线材以
及各种型钢等；另一方面是为了改善钢的内部质量，我们常见的汽车板、桥梁钢、
锅炉钢、管线钢、螺纹钢、钢筋、电工硅钢、镀锌板、镀锡板包括火车轮都是通
过轧钢工艺加工出来的。（附轧钢线材的工艺流程图）
2、轧钢生产线的组成部分
2.1加热炉简介
某线材生产企业的前道加热炉全名为210t/h蓄热步进梁式加热炉。加热炉
的燃烧系统采用蓄热式燃烧方式，使用纯高炉煤气作为燃料，对煤气和空气进行
双蓄热预热，将煤气和空气都预热到1000℃左右，能最大限度的降低排烟损失，
节约燃料。这种方式可使炉温均匀，消除局部高温，改善了加热工艺，提高产品
质量，降低氧化烧损，延长了炉子寿命。
2.2轧机简介
轧机是实现金属轧制过程的设备。泛指完成轧材生产全过程的装备，包括有
主要设备、辅助设备、起重运输设备和附属设备等。但一般所说的轧机往往仅指
主要设备。随着冶金工业的发展，现已有多种类型轧机。轧机的主要设备有工作
机座和传动装置。
三、轧钢电气自动化技术综述
1、轧钢电气自动化控制系统
在轧钢的生产过程中，需要的自动化装备很多，技术要求也相当高。随着轧
钢电气自动化控制系统的研发，轧钢生产逐渐转向大型化、连续化，生产也变得
更加精密、高速，各级自动化控制程度也比较高。但是在轧钢产线前面蓄热式步
进加热炉和轧钢产线后面的风冷辊道都不在自动化控制系统中，而是单独操作使
用的。
2、速度级联调节控制
在钢材连轧机中，为保证成品质量，以成品机架（末机架）为基准机架，保
持其速度不变，并作为基准速度设定，其前面机架速度根据金属秒流量相等的原
理，自动按比例设定；在轧制过程中来自活套闭环控制的调节量、手动干预调节
量，依次按逆轧制方向对其前面的各机架速度作增减，实现级联控制。速度级联
控制是连轧生产线电气控制思想的精华，它充分体现了钢材连轧生产的特点。
速度级联调节包括手动和自动两种工作方式，手动方式是指由现场操作人员
根据两机架间轧件的实际对拉关系，直接操作操作台面上的速度微调按钮，调节
机架间的速度；自动级联调节是指用活套调节器根据套量偏差产生的速度修正信
号，或微张力控制根据张力电流产生的速度修正信号，对上述级联设定速度进行
修正。从而实现机架间更精确的速度配合。每一个速度信号将对级联方向上的所
有机架的速度产生同样比例的修正作用。
在轧制不同规格的钢材时，从轧制表中得到指定的末机架号，和该末机架在
此规格最高轧制线速度VLMax，及当前选择的轧制总量百分比VL%，计算出末机架速
度：
轧制基准速度VLS：
式（1）中VL%限制在0-85%范围之内。(活套调节，手动干预调节及张力调节
留有15%的余量)
根据各机架秒流量相等的原理有：
式中S1-Sn为各机架孔形截面积；V1-Vn为各机架线速度；n为机架号。
由(2)式得：
由延伸率定义：
式中En为n机架的延伸率，En>1。则有：
(4)式即为速度级联设定和级联调节的基本关系式。由(1)式计算出末机架速
度，再根据(4)式依次计算出前面各机架速度，即可实现速度的自动设定。在轧
制过程中，保持末机架速度不变，来自自动操作或手动干预以及各机架间活套调
节的调节量也遵循(2)或(3)式关系，对各机架速度进行调节。根据线速度和电机
转速之间的关系，即可求得电机转速设定值N：
式（5）中：
%
LSLMaxLVVV
=×(1)
1
1
(3)
n
nn
n
S
VV
S
−
−
=×
1
n
n
n
S
E
S
−=
1
n
n
n
V
V
E
−=(4)
60
(5)
i
NV
Dπ
=×
112211...(2)
nnnnSVSVSVSV
−−×=×==×=×
N：電机转速设定值
i：变速箱减速比
D：轧辊直径
V：轧辊线速度。
3、速度设定自适应：
手动微调、活套调节或微张力控制产生的速度修正信号实际上反映了速度设
定的误差。这种误差经过级联的方式使速度设定植得到修正。该修正值作为速度
设定误差的检测，钢材轧制过程中，取其修正部分修改级联速度设定值，使新的
轧制规程速度设定值更适应轧制。
4、冲击速度（动态速度降）补偿
由于传动装置总是存在着动态速降，将影响机架间设定正确的速度关系，使
机架间产生轧件堆积,冲击速度（动态速度降）补偿是为减轻以至消除上述过渡
过程所采取的有效措施之一。
但是，在精轧机架中，一定量的冲击速度降有助于机架间的活套形成，初始
套量的大小可通过改变冲击速度补偿值进行控制。
全线各机架均设有冲击速度补偿功能。冲击速度补偿的量一般为轧机额定速
度的±5％。
5、直流调速装置
某线材生产企业控制系统主机选用Siemens公司的6RA80系列全数字直流控
制单元，组成速度外环，电流内环的双环控制系统，并可实现自动弱磁控制，6RA80
全数字直流控制板除了有许多种自适应功能（如弱磁自适应与电势控制的速度自
适应）外还可实现状态监控和各类故障诊断及参数自优化，调整十分方便。
6RA80装置配有通讯接口与上级PLC通过PROFIBUS-DP网实现通讯。控制系
统采用脉冲编码器作为速度反馈，可提高系统的控制精度。
利用S7-200plc完成主传动控制系统单机连锁。
主传动系统可达到的动静态指标为：
●静态精度:0.1%(脉冲发生器反馈)。
●冲击速度降:0.25%s。
●保护有：过电压,过电流,过速,失磁等保护。
6、交流调速装置
需调速的交流设备中，出于实际设备往复运动频繁，且对停车位置有一定要
求，故选用SIEMENS公司S120系列变频器控制。为了选型统一，其它需要调速
的交流设备按照功率要求也选用SIEMENS公司G120系列变频器控制。SIEMENS
公司G120和S120系列变频器均配有通讯接口可通过PROFIBS-DP网与上级PLC
进行通讯（接受开机、停机、速度指令及报告运行状态表等）。
四、轧钢电气自动化技术的创新
目前，我国轧钢电气自动化技术的创新研究方向主要是：
4.1流程短、投资少、能耗低、效益高、适应性强和环境污染少的新技术、
新工艺被不断应用。
4.2提高产品的外形尺寸精度、改进表面形貌和改善内部质量的技术受到重
视。
4.3生产技术装备向大型化、现代化、连续化迈进。随着企业越来越重视信
息化建设，轧钢自动化技术也发展迅速，这就需要企业充分根据自身发展的实际
需要，借鉴国内外优秀的技术经验，加强对冶金自动化和信息技术的研究，严格
控制轧钢生产的工艺流程，加强对冶金装备的日常维护与检修工作，从而保证了
企业全面健康、协调、可持续的发展，大大提高了产品的质量，满足了生产精细
管理的需要，这显得非常重要与迫切。
结束语
综上所述，在对轧钢电气自动化技术进行创新性研究时，需要明确各轧钢厂
的轧钢产线的组成，运用速度级配控制系统和直流调速装置，加强对电气自动化
技术的创新，从而给轧钢厂带来较大的经济收益，具有重要意义。
参考文献
[1]赵元国，轧钢生产机械设备操作与自动化控制技术实用手册，中国科技
文化出版社，2005.3
[2]天津电气传动设计研究所，电气传动自动化技术手册，北京：机械工业
出版社，2005.6
[3]黄锡铁.蓄热式步进加热炉电气控制系统设计及应用研究[D].重庆大学，
2010：21-22.
[4]薛兴昌.钢铁工业自动化轧钢卷，北京：冶金工业出版社，2010.1
运用于社会的各行各业了。钢材作为社会建设的重要材料，其生产技术也发生了
很大的变化，由原来的很多工人操作单轧机生产转变为现在的钢材连轧生产线。
关键词：轧钢；电气自动化；技术
中图分类号：F407文献标识码：A
引言
在中国制造业、建筑业、交通运输业谋求跨越式发展时，势必也将对所采用
的钢铁原料提出新的产量、品种、质量需求，因此，加强轧钢自动化技术的研发
和创新是关键，现今的轧钢自动化技术可以为钢铁工业提供低成本、高性能、绿
色化的新材料，引领中国钢铁材料的使用和发展新趋势。
一、自动化技术在钢铁行业的应用现状
在经济全球化、市场国际化的大环境下，目前，我国加强了对钢铁自动化技
术的应用研究。一些钢铁企业也高度重视，在钢铁行业自动化技术上面，在基建
和技改项目上重视上自动化项目，加大资金投入力度，已经形成了一套较为完善
的理论，技术也相当先进，有的技术已经具有了自主知识产权，达到国际先进水
平，被人们广泛应用在钢铁行业的生产上面，提高了生产效率和产品质量，为企
业带来了巨大的经济效益，推动着企业更好更快的发展。
二、简述轧钢生产线的重要组成部分
1、轧钢的定义
在旋转的轧辊间改变钢锭、钢坯形状的压力加工过程叫轧钢。轧钢的目的与
其他压力加工一样，一方面是为了得到需要的形状，例如：钢板、带钢、线材以
及各种型钢等；另一方面是为了改善钢的内部质量，我们常见的汽车板、桥梁钢、
锅炉钢、管线钢、螺纹钢、钢筋、电工硅钢、镀锌板、镀锡板包括火车轮都是通
过轧钢工艺加工出来的。（附轧钢线材的工艺流程图）
2、轧钢生产线的组成部分
2.1加热炉简介
某线材生产企业的前道加热炉全名为210t/h蓄热步进梁式加热炉。加热炉
的燃烧系统采用蓄热式燃烧方式，使用纯高炉煤气作为燃料，对煤气和空气进行
双蓄热预热，将煤气和空气都预热到1000℃左右，能最大限度的降低排烟损失，
节约燃料。这种方式可使炉温均匀，消除局部高温，改善了加热工艺，提高产品
质量，降低氧化烧损，延长了炉子寿命。
2.2轧机简介
轧机是实现金属轧制过程的设备。泛指完成轧材生产全过程的装备，包括有
主要设备、辅助设备、起重运输设备和附属设备等。但一般所说的轧机往往仅指
主要设备。随着冶金工业的发展，现已有多种类型轧机。轧机的主要设备有工作
机座和传动装置。
三、轧钢电气自动化技术综述
1、轧钢电气自动化控制系统
在轧钢的生产过程中，需要的自动化装备很多，技术要求也相当高。随着轧
钢电气自动化控制系统的研发，轧钢生产逐渐转向大型化、连续化，生产也变得
更加精密、高速，各级自动化控制程度也比较高。但是在轧钢产线前面蓄热式步
进加热炉和轧钢产线后面的风冷辊道都不在自动化控制系统中，而是单独操作使
用的。
2、速度级联调节控制
在钢材连轧机中，为保证成品质量，以成品机架（末机架）为基准机架，保
持其速度不变，并作为基准速度设定，其前面机架速度根据金属秒流量相等的原
理，自动按比例设定；在轧制过程中来自活套闭环控制的调节量、手动干预调节
量，依次按逆轧制方向对其前面的各机架速度作增减，实现级联控制。速度级联
控制是连轧生产线电气控制思想的精华，它充分体现了钢材连轧生产的特点。
速度级联调节包括手动和自动两种工作方式，手动方式是指由现场操作人员
根据两机架间轧件的实际对拉关系，直接操作操作台面上的速度微调按钮，调节
机架间的速度；自动级联调节是指用活套调节器根据套量偏差产生的速度修正信
号，或微张力控制根据张力电流产生的速度修正信号，对上述级联设定速度进行
修正。从而实现机架间更精确的速度配合。每一个速度信号将对级联方向上的所
有机架的速度产生同样比例的修正作用。
在轧制不同规格的钢材时，从轧制表中得到指定的末机架号，和该末机架在
此规格最高轧制线速度VLMax，及当前选择的轧制总量百分比VL%，计算出末机架速
度：
轧制基准速度VLS：
式（1）中VL%限制在0-85%范围之内。(活套调节，手动干预调节及张力调节
留有15%的余量)
根据各机架秒流量相等的原理有：
式中S1-Sn为各机架孔形截面积；V1-Vn为各机架线速度；n为机架号。
由(2)式得：
由延伸率定义：
式中En为n机架的延伸率，En>1。则有：
(4)式即为速度级联设定和级联调节的基本关系式。由(1)式计算出末机架速
度，再根据(4)式依次计算出前面各机架速度，即可实现速度的自动设定。在轧
制过程中，保持末机架速度不变，来自自动操作或手动干预以及各机架间活套调
节的调节量也遵循(2)或(3)式关系，对各机架速度进行调节。根据线速度和电机
转速之间的关系，即可求得电机转速设定值N：
式（5）中：
%
LSLMaxLVVV
=×(1)
1
1
(3)
n
nn
n
S
VV
S
−
−
=×
1
n
n
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1
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60
(5)
i
NV
Dπ
=×
112211...(2)
nnnnSVSVSVSV
−−×=×==×=×
N：電机转速设定值
i：变速箱减速比
D：轧辊直径
V：轧辊线速度。
3、速度设定自适应：
手动微调、活套调节或微张力控制产生的速度修正信号实际上反映了速度设
定的误差。这种误差经过级联的方式使速度设定植得到修正。该修正值作为速度
设定误差的检测，钢材轧制过程中，取其修正部分修改级联速度设定值，使新的
轧制规程速度设定值更适应轧制。
4、冲击速度（动态速度降）补偿
由于传动装置总是存在着动态速降，将影响机架间设定正确的速度关系，使
机架间产生轧件堆积,冲击速度（动态速度降）补偿是为减轻以至消除上述过渡
过程所采取的有效措施之一。
但是，在精轧机架中，一定量的冲击速度降有助于机架间的活套形成，初始
套量的大小可通过改变冲击速度补偿值进行控制。
全线各机架均设有冲击速度补偿功能。冲击速度补偿的量一般为轧机额定速
度的±5％。
5、直流调速装置
某线材生产企业控制系统主机选用Siemens公司的6RA80系列全数字直流控
制单元，组成速度外环，电流内环的双环控制系统，并可实现自动弱磁控制，6RA80
全数字直流控制板除了有许多种自适应功能（如弱磁自适应与电势控制的速度自
适应）外还可实现状态监控和各类故障诊断及参数自优化，调整十分方便。
6RA80装置配有通讯接口与上级PLC通过PROFIBUS-DP网实现通讯。控制系
统采用脉冲编码器作为速度反馈，可提高系统的控制精度。
利用S7-200plc完成主传动控制系统单机连锁。
主传动系统可达到的动静态指标为：
●静态精度:0.1%(脉冲发生器反馈)。
●冲击速度降:0.25%s。
●保护有：过电压,过电流,过速,失磁等保护。
6、交流调速装置
需调速的交流设备中，出于实际设备往复运动频繁，且对停车位置有一定要
求，故选用SIEMENS公司S120系列变频器控制。为了选型统一，其它需要调速
的交流设备按照功率要求也选用SIEMENS公司G120系列变频器控制。SIEMENS
公司G120和S120系列变频器均配有通讯接口可通过PROFIBS-DP网与上级PLC
进行通讯（接受开机、停机、速度指令及报告运行状态表等）。
四、轧钢电气自动化技术的创新
目前，我国轧钢电气自动化技术的创新研究方向主要是：
4.1流程短、投资少、能耗低、效益高、适应性强和环境污染少的新技术、
新工艺被不断应用。
4.2提高产品的外形尺寸精度、改进表面形貌和改善内部质量的技术受到重
视。
4.3生产技术装备向大型化、现代化、连续化迈进。随着企业越来越重视信
息化建设，轧钢自动化技术也发展迅速，这就需要企业充分根据自身发展的实际
需要，借鉴国内外优秀的技术经验，加强对冶金自动化和信息技术的研究，严格
控制轧钢生产的工艺流程，加强对冶金装备的日常维护与检修工作，从而保证了
企业全面健康、协调、可持续的发展，大大提高了产品的质量，满足了生产精细
管理的需要，这显得非常重要与迫切。
结束语
综上所述，在对轧钢电气自动化技术进行创新性研究时，需要明确各轧钢厂
的轧钢产线的组成，运用速度级配控制系统和直流调速装置，加强对电气自动化
技术的创新，从而给轧钢厂带来较大的经济收益，具有重要意义。
参考文献
[1]赵元国，轧钢生产机械设备操作与自动化控制技术实用手册，中国科技
文化出版社，2005.3
[2]天津电气传动设计研究所，电气传动自动化技术手册，北京：机械工业
出版社，2005.6
[3]黄锡铁.蓄热式步进加热炉电气控制系统设计及应用研究[D].重庆大学，
2010：21-22.
[4]薛兴昌.钢铁工业自动化轧钢卷，北京：冶金工业出版社，2010.1