熱軋線活套控制的研究與應用

展 杰

（萊鋼集團自動化部,山東 萊蕪,271104）

0 前言

活套的控制裝置是通過改變液壓缸的壓力和和調整活套擺臂的實際角度來實現自動調節系統控制對象的目的，這種控制方式的工作介質具有潤滑、冷卻的特點，融合了電動活套的穩定和氣動活套轉動慣量低的特性，因此其工作壽命更持久，提高了相應速度，使得控制操作更為靈活，有利于快速和簡捷的更換零件，此外電子數控技術的發展使得精確控制與高速響應組合成的閉環控制成為現實，因此活套控制系統得以在熱軋線廣泛應用。當前活套控制系統主要以液壓活套控制為主，相比電動活套而言，其控制的操作更為復雜，且大多數液壓活套控制系統中的關鍵技術——液壓配置及系統調試均來自國際市場，國內此類技術的開發并不成熟。因此導致國內液壓活套控制系統開發領域的資料匱乏，使得當前熱軋線上的液壓活套控制調試難度較大，國內熱軋線市場亟待完善的活套控制系統線上調試及線下開發機制。因此，本文通過介紹活套控制系統的原理、構造，各部分組成及功能組合方式，各類參數設定及關鍵技術應用等內容，系統性闡述液壓活套控制裝置的應用原理及在熱軋生產線的實際應用現狀。

1 活套控制系統功能

作為現代熱軋生產線的基本特點，恒定活套量和小張力軋制在帶鋼連軋過程中的應用原理是：活套控制系統對因動態速降產生的套量，由于設定偏差、輥縫變化、溫度波動等因素產生的套量變化量等數值進行采集，并通過熱軋生產線進行修正，從而維持恒定的活套量。因此，活套控制系統屬于熱軋生產線的必備設備，其運行狀態的好壞關系到產品的最終質量和生產過程中的高效運行。

1.1 液壓活套的基本構造

液壓缸充當活套滾作用于帶鋼的中間介質，液壓缸底部與軋機傳動側機架相連，有桿腔的前端則與傳動側的活套臂相連，而活套臂離軸旋轉點有一定的距離。活套繞軸旋轉的角度由機械運動最終停止的位置確定，活套滾進行更換時，必須套高到最上面的位置進行，預留側導板的進出空間，通過安全銷將最上和最下兩個終端位置進行機械鎖定。最后的機架不許安設活套控制裝置。

閉環控制系統由感應器和控制器構成。感應器由角度傳感器和壓力傳感器構成，角度感應器安設在樞軸點，壓力傳感器安設在油路管線上。閉環控制系統接收感應器傳回的信號后，通過控制器進行活套、活套滾位置以及油缸壓力的調整，從而實現熱軋生產線的技術參數保持在允許范圍內。

1.2 液壓活套的主要功能

當生產線開始帶鋼熱軋時，通過支撐活套臂的液壓缸來進行張力套量控制，主要是利用液壓缸行程改變技術來實現，而張力套量則是由活套臂在上升時與頂部的帶鋼接觸導致的機架與帶鋼之間形成的壓力。

作為綜合控制系統，活套具有檢測套量和張力瞬時值的功能，通過采集并反饋瞬時參數到控制系統，活套控制系統可以保證帶鋼生產過程中的微張力威維持在恒定狀態，即張力控制。

張力控制可以通過恒定的張力來提高板材的質量，提高熱軋和連軋效率，此外，張力控制還能夠實現前后軋機之間主電機的功率分配，使得帶鋼寬度也能夠維持在允許范圍內。套量控制則通過控制金屬秒流量，規避帶鋼生產中拉鋼、堆剛現象的產生。主傳動調節則是為了將套量回歸初始設定，通過復位消除上一次生產過程中帶來的擾動、微調和手動操作帶來的誤差，為下一次的帶鋼生產做技術準備。

活套控制系統的控制裝置將下游采集的瞬時速度進行修正后傳遞給上游軋機的傳動控制系統，當金屬的秒流量發生變化時，軋機間的帶鋼長度將發生變化，使得活套的高度和實際角度也發生改變。通過活套控制系統，將實際活套角度保持在固定值，這樣當金屬秒流量發生變化時，主傳動就會被動的發生速度改變，使得帶鋼的長度維持恒定，活套的高度通過上游機架的傳動速度瞬時調整維持在恒定狀態。一個機架速度的改變值乘以這個機架相關的減少量，并將速度的改變值作為偏移量反饋給前一個主傳動速度控制的基準值。所以所有相鄰軋機的主傳動速度不斷通過減少量的改變而改變，最終實現帶鋼張力的恒定控制，提高帶鋼成品質量。此外，帶鋼的軋制過程中，活套滾必須與帶鋼保持有壓力接觸，使得力控制過程中接觸張力始終存在，將力控制等同于張力控制，為了保證力和位置的固定，活套控制系統必須采取級聯方式設計，位置控制為主，力控制輔助。

2 活套控制原理

活套控制系統的控制方式氛圍：起套控制、小張力控制和落套控制三種方式。

2.1 起套控制

2.1.1 信號控制

起套控制主要通過感應器檢測軋制力并反饋給控制系統來實現，當軋機咬鋼后軋制力會產生突變，突變信號就可以作為起套控制的邏輯控制信號。

2.1.2 控制原理

活套控制的邏輯控制信號發出起套命令后，活套控制器給伺服閥加一較大的定量活套起套控制信號使活套快速起套與帶鋼接觸，活套控制器按照上游機架給定的活套張力和活套高度進行閉環控制。

活套從機械的零位角以下位置上升到制定位置一般經過0.3秒（±0.1），但是此時的帶鋼并未受到張力控制，處于松弛的狀態，使得活套輥會在上升至指定角度時繼續上升，直到上升到拉緊帶鋼時才會停止控制，同時發送信號至上游的機架進行速度調節，使得套量參數始終保持在預訂范圍內。

2.2 小張力控制

小張力的控制是指帶鋼咬合之后，在機架之間建立起小張力平衡控制機制，使得軋鋼過程穩定連續，此階段的控制時間占整個生產過程的90%以上，此階段他歐諾個過活套高度調節控制器的實時調控，活套輥角度在設定范圍內不斷進行微調，保證張力在設定張力的合理范圍內波動，從而實現連續軋鋼。

2.3 落套控制

在軋鋼結束之前，活套輥必須下降至零位以下，以避免帶鋼尾部翹起導致鋼尾折疊甩出。當帶鋼尾部全部脫離控制后，壓力消失，信號采集的裝置采集信號后，并不進行立即調控，而是通過設定延時裝置，延后控制，使得鋼尾可以全部通過。

3 熱軋線控制系統主要應用技術分析

活套控制系統在實際軋鋼應用過程中需要采取一系列的技術手段對系統進行優化，在熱軋生產線上此系統主要采取的關鍵技術主要有：活套位置檢測自動校零技術、活套升套過程軟接觸技術和自適應活套落套控制技術。

3.1 活套位置檢測自動校零技術

活套閉環控制模式下的活套控制系統完全依靠感應器反饋回的信號進行自動化操作，因此檢測結果的精度直接關系著操作的精確程度，從而影響產品的最終質量。但是感應器本身經過一次帶鋼軋制之后，會產生系統誤差，因此需要進行調零，人工調零精度差，誤差大，因此在實際生產過程中采用活套位置的精密檢測，實現系統自動校零，此技術的應用可以減少兩次軋鋼之間的系統恢復時間，提高了生產效率。

3.2 活套升套過程軟接觸技術

軟接觸技術主要是為了避免在接觸瞬間產生異常壓力導致反饋信號的短時過大，通過軟接觸技術降低活套的移動初始速度，在一定范圍內減緩移動速度，使得反饋信息由足夠的時間進行計算和指令發送，避免異常數據導致錯誤操作。

3.3 自適應活套落套控制技術

為了避免鋼尾離開熱軋線后，活套突然落下導致機械損壞，根據自適應活套落套控制技術在活套上游機架拋鋼信號之前，提前一段時間落套。通過調整使其避免活套落套時帶鋼甩尾的現象，達到最佳落套控制。

4 結束語

活套控制系統是一個通過采集熱軋線的各設備位置、接觸壓力、角度變化等信息，輸出設備制定角度和張力的多變量控制系統。角度與張力間相互影響的關系使得控制變得極為困難，特別是傳統的軋鋼過程，PI控制模式并不能夠解決活套擺動大帶來的帶鋼寬度變化幅度大、夾雜氣泡等問題，嚴重影響了產品質量。因此需要在今后的研發過程中，加大多變量關聯性的研究，探索有效的途徑改變變量之間的耦合關系，降低產品瑕疵。雖然這軋線活套控制技術已經在實際生產中取得了良好的效果，但是依然需要不斷的進行優化和升級，減少系統缺陷和技術隱患，為軋鋼行業的發展提供更可靠的技術保障。

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