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[摘要]：本文对淬火机系统功能研究， QRC数据的组成及调用及调制系统淬火冷却喷淋的过程进行数据分析优化，系统性解决淬火框架倾斜、流量控制不佳等问题。
[关键词]：自动淬火 总线技术 QRC 功能 厚度控制 流量控制
中图分类号：TG154.4 文献标识码：TG 文章编号：1009-914X（2012）32- 0053 -01
1引言
随着市场经济的深入发展和社会需求的不断提高，对于钢板的强度和韧性要求越来越高，例如：压力容器用钢、工程机械用钢、天然气石油储罐用钢、桥梁、舰船用钢、海洋平台以及军工用钢等高性能等级结构钢板，需进行热处理才能保证钢板使用性能要求。由于辊式淬火机冷却强度大，淬火工艺复杂，数据信息量大，研究3500线淬火机模型冷却对新品种的开发及稳定运行具有重要的意义。
2系统功能研究
2.1系统结构组成
辊式连续淬火机主要包括：上部提升框架、下部结构、提升装置、辊道、驱动装置、高低压供水管道和喷嘴。所有淬火机的辊道由机械连接并且由一台MM440变频器控制主驱动电机。
2.2系统运行特点
淬火机上部提升框架和下部钢结构分别在钢板运行线的上部和下部，上部提升框架可以根据钢板厚度上下移动，从而带动上部辊道和喷嘴上下移动，实现辊缝自动调节。淬火机内辊道速度可根据淬火钢板厚度调整，并可根据工艺要求选择钢板连续通过方式或摆动方式两种操作模式。辊式连续淬火机具有很强的冷却能力，工艺控制难度大，尤其对于薄规格钢板。为保证淬火钢板性能及平直度同时满足要求，将淬火机冷却系统设计为高压和低压两个喷水系统，供水压力分别为0.8MPa和0.4MPa。加热炉的卸料辊道和淬火机辊道在淬火过程中是同步的。淬火的设计是用于淬火周期的很大范围。在活跃的HP区域，高的冷却速度的粗略淬火周期是能够达到的。另一方面，在非HP区域和板子在LP区域中震荡时光滑的冷却速率也是可能的。在完成了淬火周期，板子将会移动到卸料炉辊并且喷雾系统将停止
3计算机控制系统结构分析
淬火冷却计算机控制系统采用两级计算机控制系统，包括基础自动化和过程自动化，基础自动化由西门子S7-400实现，与热处理炉的加热系统和钢板跟踪系统之间建立了PROFIBUS-DP通讯。同时将PROFIBUS-DP现场总线技术应用于PLC与辊道控制变频器MM440之间、流量控制之间及ET200远程模块站之间的过程通讯。此设计简化了系统，增强了系统的可靠性和稳定性，提高了控制精度。其中基础控制功能包括，阀门开关流量控制、钢板跟踪控制、水量压力自动控制、数据采集、及与过程计算机通讯等。利用WINCC图形软件，建立整个系统数据信息监控平台，动态实时显示各种过程参数。热处理炉及淬火机整个系统之间紧密联系，HMI采用西门子WINNCC，通过交换机和PLC通讯，HMI包括两台客户端（client），一台服务器（server），一台数学模型（mathematic model），一台技术维护（engineering service）、一台淬火工艺（QUENCH RECIPE）。
3.1淬火过程控制研究
淬火过程的开始。根据不同的需要选择不同的程序，这循环选择的不同根据热处理步骤的选择而定，是淬火正火还是回火。
在对正火和回火板进行处理时，钢板通过淬火机的速度很快，传递速度接近90m/min（可调）。正火处理，水冷却模式打开一个短暂的时间，参数可调。在对淬火板进行处理时，选择淬火操作模式，此时高压段和低压段都是独立工作，在开始淬火过程之前淬火框架被提升到一定的位置。在连续淬火时，淬火机顶部辊下降，以便压紧钢板保证钢板在平直调节下进行淬火。三种模式淬火，冷却，喷淋模式由操作可选，按照钢板工艺数据自动顺序执行。
3.2 QRC 功能描述
淬火PLC根据淬火工艺电脑（Quench Recipe Computer）所存储的各种信息来控制钢板的淬火过程，这些信息包括有钢板通过淬火机的速度及在通过淬火机不同区域时的水流量大小等等关键信息。同时，对于特定的钢板需求水量的分配由操作工完成存储，这些信息要求与钢板实际工艺成分相结合。只要有相同工艺的钢板需要进行淬火，其相应的数据可以被再次调用。
3.3厚度控制优化
当所有的淬火设置被淬火工艺电脑设置完毕而且淬火炉已经准备好接受新板子的时候，它将会相应的给一级自动系统一个信号。之后出料门将打开，淬火系统的水喷雾系统开始工作，板子离开加热炉以一定的速度进入淬火炉。在这之前上下两个淬火轴间的间据根据要来的板子的厚度进行调整。该厚度将用一个安装于加热炉出口的的测厚光栅来检验。如果将要进入的板子的厚度超过预期，液压机构机会提高淬火机框架。淬火棍缝调整主要由电动压下控制，但当出现特殊情况时，液压系统一般快速会进行提升下降动作。例如：一块钢板进入淬火机时，顶部上碎片、或者上部辊子位置发生故障，此时水幕头有可能被损坏。为了保护这些装置，有液压快速提升系统。
3.4流量控制研究
淬火过程的开始。根据不同的需要选择不同的程序，这循环选择的不同根据热处理步骤的选择而定，是淬火正火还是回火。
A、在对正火和回火板进行处理时，钢板通过淬火机的速度很快，传递速度接近90m/min（可调）。正火处理，水冷却模式打开一个短暂的时间，参数可调。在对淬火板进行处理时，选择淬火操作模式，此时高压段和低压段都是独立工作，在开始淬火过程之前淬火框架被提升到一定的位置。在连续淬火时，淬火机顶部辊下降，以便压紧钢板保证钢板在平直调节下进行淬火。
B、在自动淬火模式下，当满足出钢条件，工作人员执行出钢操作，同时触发规程计算模块，计算该块钢的淬火规程。所有的淬火机所需的具有一定的流量压力和纯度冷却水供应资源，都在用户的工艺数据库中得到。
规程计算步骤为：
（1）获取待淬钢板数据、模型计算参数、淬火机实测量数据和数据库数据。
（2）对获取数据进行上下限检查和合理性检查。
（3）预计算淬火规程。包括水量、阀开口度、水量比、辊速、辊缝的预计算。
（4）将预计算规程发送到淬火机主界面，根据该规程进行淬火操作。
（5）当钢板通过高压段喷水系统后，利用导热方程计算中间温度，导热微分方程形式：
，并根据预计算结果及实际测量数据结果对辊速修正计算。
（6）对淬火机数据进行实时记录。过程控制系统提供两种数据记录方式，过程控制系统服务器周期扫描记录数据和淬火机机后金属监测器触发记录数据。
（7）淬火结束后，分别对对流换热系统和水温与水量比进行自学习计算。模型运算时，可以利用淬火过程的實测数据对对流换热系数、数量比等参数进行自学习修正。
4、结论
对淬火模型的研究与开发，解决了日常运行中许多问题，使得淬火钢板冷却均匀度有所提高，辊缝自动调节，保证上部喷嘴与钢板上表面的有效间距，最大限度发挥冷却效果，并能适应多种厚度的钢板的淬火要求。保证了设备长时间稳定运行，对淬火控制技术的研究为日后的产品更新创造了有力的条件，并为中厚板品种板的生产与研发提供了坚实的基础，将热处理工序生产应用发挥出最大潜能。
[关键词]：自动淬火 总线技术 QRC 功能 厚度控制 流量控制
中图分类号：TG154.4 文献标识码：TG 文章编号：1009-914X（2012）32- 0053 -01
1引言
随着市场经济的深入发展和社会需求的不断提高，对于钢板的强度和韧性要求越来越高，例如：压力容器用钢、工程机械用钢、天然气石油储罐用钢、桥梁、舰船用钢、海洋平台以及军工用钢等高性能等级结构钢板，需进行热处理才能保证钢板使用性能要求。由于辊式淬火机冷却强度大，淬火工艺复杂，数据信息量大，研究3500线淬火机模型冷却对新品种的开发及稳定运行具有重要的意义。
2系统功能研究
2.1系统结构组成
辊式连续淬火机主要包括：上部提升框架、下部结构、提升装置、辊道、驱动装置、高低压供水管道和喷嘴。所有淬火机的辊道由机械连接并且由一台MM440变频器控制主驱动电机。
2.2系统运行特点
淬火机上部提升框架和下部钢结构分别在钢板运行线的上部和下部，上部提升框架可以根据钢板厚度上下移动，从而带动上部辊道和喷嘴上下移动，实现辊缝自动调节。淬火机内辊道速度可根据淬火钢板厚度调整，并可根据工艺要求选择钢板连续通过方式或摆动方式两种操作模式。辊式连续淬火机具有很强的冷却能力，工艺控制难度大，尤其对于薄规格钢板。为保证淬火钢板性能及平直度同时满足要求，将淬火机冷却系统设计为高压和低压两个喷水系统，供水压力分别为0.8MPa和0.4MPa。加热炉的卸料辊道和淬火机辊道在淬火过程中是同步的。淬火的设计是用于淬火周期的很大范围。在活跃的HP区域，高的冷却速度的粗略淬火周期是能够达到的。另一方面，在非HP区域和板子在LP区域中震荡时光滑的冷却速率也是可能的。在完成了淬火周期，板子将会移动到卸料炉辊并且喷雾系统将停止
3计算机控制系统结构分析
淬火冷却计算机控制系统采用两级计算机控制系统，包括基础自动化和过程自动化，基础自动化由西门子S7-400实现，与热处理炉的加热系统和钢板跟踪系统之间建立了PROFIBUS-DP通讯。同时将PROFIBUS-DP现场总线技术应用于PLC与辊道控制变频器MM440之间、流量控制之间及ET200远程模块站之间的过程通讯。此设计简化了系统，增强了系统的可靠性和稳定性，提高了控制精度。其中基础控制功能包括，阀门开关流量控制、钢板跟踪控制、水量压力自动控制、数据采集、及与过程计算机通讯等。利用WINCC图形软件，建立整个系统数据信息监控平台，动态实时显示各种过程参数。热处理炉及淬火机整个系统之间紧密联系，HMI采用西门子WINNCC，通过交换机和PLC通讯，HMI包括两台客户端（client），一台服务器（server），一台数学模型（mathematic model），一台技术维护（engineering service）、一台淬火工艺（QUENCH RECIPE）。
3.1淬火过程控制研究
淬火过程的开始。根据不同的需要选择不同的程序，这循环选择的不同根据热处理步骤的选择而定，是淬火正火还是回火。
在对正火和回火板进行处理时，钢板通过淬火机的速度很快，传递速度接近90m/min（可调）。正火处理，水冷却模式打开一个短暂的时间，参数可调。在对淬火板进行处理时，选择淬火操作模式，此时高压段和低压段都是独立工作，在开始淬火过程之前淬火框架被提升到一定的位置。在连续淬火时，淬火机顶部辊下降，以便压紧钢板保证钢板在平直调节下进行淬火。三种模式淬火，冷却，喷淋模式由操作可选，按照钢板工艺数据自动顺序执行。
3.2 QRC 功能描述
淬火PLC根据淬火工艺电脑（Quench Recipe Computer）所存储的各种信息来控制钢板的淬火过程，这些信息包括有钢板通过淬火机的速度及在通过淬火机不同区域时的水流量大小等等关键信息。同时，对于特定的钢板需求水量的分配由操作工完成存储，这些信息要求与钢板实际工艺成分相结合。只要有相同工艺的钢板需要进行淬火，其相应的数据可以被再次调用。
3.3厚度控制优化
当所有的淬火设置被淬火工艺电脑设置完毕而且淬火炉已经准备好接受新板子的时候，它将会相应的给一级自动系统一个信号。之后出料门将打开，淬火系统的水喷雾系统开始工作，板子离开加热炉以一定的速度进入淬火炉。在这之前上下两个淬火轴间的间据根据要来的板子的厚度进行调整。该厚度将用一个安装于加热炉出口的的测厚光栅来检验。如果将要进入的板子的厚度超过预期，液压机构机会提高淬火机框架。淬火棍缝调整主要由电动压下控制，但当出现特殊情况时，液压系统一般快速会进行提升下降动作。例如：一块钢板进入淬火机时，顶部上碎片、或者上部辊子位置发生故障，此时水幕头有可能被损坏。为了保护这些装置，有液压快速提升系统。
3.4流量控制研究
淬火过程的开始。根据不同的需要选择不同的程序，这循环选择的不同根据热处理步骤的选择而定，是淬火正火还是回火。
A、在对正火和回火板进行处理时，钢板通过淬火机的速度很快，传递速度接近90m/min（可调）。正火处理，水冷却模式打开一个短暂的时间，参数可调。在对淬火板进行处理时，选择淬火操作模式，此时高压段和低压段都是独立工作，在开始淬火过程之前淬火框架被提升到一定的位置。在连续淬火时，淬火机顶部辊下降，以便压紧钢板保证钢板在平直调节下进行淬火。
B、在自动淬火模式下，当满足出钢条件，工作人员执行出钢操作，同时触发规程计算模块，计算该块钢的淬火规程。所有的淬火机所需的具有一定的流量压力和纯度冷却水供应资源，都在用户的工艺数据库中得到。
规程计算步骤为：
（1）获取待淬钢板数据、模型计算参数、淬火机实测量数据和数据库数据。
（2）对获取数据进行上下限检查和合理性检查。
（3）预计算淬火规程。包括水量、阀开口度、水量比、辊速、辊缝的预计算。
（4）将预计算规程发送到淬火机主界面，根据该规程进行淬火操作。
（5）当钢板通过高压段喷水系统后，利用导热方程计算中间温度，导热微分方程形式：
，并根据预计算结果及实际测量数据结果对辊速修正计算。
（6）对淬火机数据进行实时记录。过程控制系统提供两种数据记录方式，过程控制系统服务器周期扫描记录数据和淬火机机后金属监测器触发记录数据。
（7）淬火结束后，分别对对流换热系统和水温与水量比进行自学习计算。模型运算时，可以利用淬火过程的實测数据对对流换热系数、数量比等参数进行自学习修正。
4、结论
对淬火模型的研究与开发，解决了日常运行中许多问题，使得淬火钢板冷却均匀度有所提高，辊缝自动调节，保证上部喷嘴与钢板上表面的有效间距，最大限度发挥冷却效果，并能适应多种厚度的钢板的淬火要求。保证了设备长时间稳定运行，对淬火控制技术的研究为日后的产品更新创造了有力的条件，并为中厚板品种板的生产与研发提供了坚实的基础，将热处理工序生产应用发挥出最大潜能。