熱軋線活套控制的研究與應(yīng)用

展 杰

（萊鋼集團(tuán)自動(dòng)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(diào)整活套擺臂的實(shí)際角度來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制對(duì)象的目的，這種控制方式的工作介質(zhì)具有潤滑、冷卻的特點(diǎn)，融合了電動(dòng)活套的穩(wěn)定和氣動(dòng)活套轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低的特性，因此其工作壽命更持久，提高了相應(yīng)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(shù)控技術(shù)的發(fā)展使得精確控制與高速響應(yīng)組合成的閉環(huán)控制成為現(xiàn)實(shí)，因此活套控制系統(tǒng)得以在熱軋線廣泛應(yīng)用。當(dāng)前活套控制系統(tǒng)主要以液壓活套控制為主，相比電動(dòng)活套而言，其控制的操作更為復(fù)雜，且大多數(shù)液壓活套控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)——液壓配置及系統(tǒng)調(diào)試均來自國際市場(chǎng)，國內(nèi)此類技術(shù)的開發(fā)并不成熟。因此導(dǎo)致國內(nèi)液壓活套控制系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域的資料匱乏，使得當(dāng)前熱軋線上的液壓活套控制調(diào)試難度較大，國內(nèi)熱軋線市場(chǎng)亟待完善的活套控制系統(tǒng)線上調(diào)試及線下開發(fā)機(jī)制。因此，本文通過介紹活套控制系統(tǒng)的原理、構(gòu)造，各部分組成及功能組合方式，各類參數(shù)設(shè)定及關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用等內(nèi)容，系統(tǒng)性闡述液壓活套控制裝置的應(yīng)用原理及在熱軋生產(chǎn)線的實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀。

1 活套控制系統(tǒng)功能

作為現(xiàn)代熱軋生產(chǎn)線的基本特點(diǎn)，恒定活套量和小張力軋制在帶鋼連軋過程中的應(yīng)用原理是：活套控制系統(tǒng)對(duì)因動(dòng)態(tài)速降產(chǎn)生的套量，由于設(shè)定偏差、輥縫變化、溫度波動(dòng)等因素產(chǎn)生的套量變化量等數(shù)值進(jìn)行采集，并通過熱軋生產(chǎn)線進(jìn)行修正，從而維持恒定的活套量。因此，活套控制系統(tǒng)屬于熱軋生產(chǎn)線的必備設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞關(guān)系到產(chǎn)品的最終質(zhì)量和生產(chǎn)過程中的高效運(yùn)行。

1.1 液壓活套的基本構(gòu)造

液壓缸充當(dāng)活套滾作用于帶鋼的中間介質(zhì)，液壓缸底部與軋機(jī)傳動(dòng)側(cè)機(jī)架相連，有桿腔的前端則與傳動(dòng)側(cè)的活套臂相連，而活套臂離軸旋轉(zhuǎn)點(diǎn)有一定的距離。活套繞軸旋轉(zhuǎn)的角度由機(jī)械運(yùn)動(dòng)最終停止的位置確定，活套滾進(jìn)行更換時(shí)，必須套高到最上面的位置進(jìn)行，預(yù)留側(cè)導(dǎo)板的進(jìn)出空間，通過安全銷將最上和最下兩個(gè)終端位置進(jìn)行機(jī)械鎖定。最后的機(jī)架不許安設(shè)活套控制裝置。

閉環(huán)控制系統(tǒng)由感應(yīng)器和控制器構(gòu)成。感應(yīng)器由角度傳感器和壓力傳感器構(gòu)成，角度感應(yīng)器安設(shè)在樞軸點(diǎn)，壓力傳感器安設(shè)在油路管線上。閉環(huán)控制系統(tǒng)接收感應(yīng)器傳回的信號(hào)后，通過控制器進(jìn)行活套、活套滾位置以及油缸壓力的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)熱軋生產(chǎn)線的技術(shù)參數(shù)保持在允許范圍內(nèi)。

1.2 液壓活套的主要功能

當(dāng)生產(chǎn)線開始帶鋼熱軋時(shí)，通過支撐活套臂的液壓缸來進(jìn)行張力套量控制，主要是利用液壓缸行程改變技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，而張力套量則是由活套臂在上升時(shí)與頂部的帶鋼接觸導(dǎo)致的機(jī)架與帶鋼之間形成的壓力。

作為綜合控制系統(tǒng)，活套具有檢測(cè)套量和張力瞬時(shí)值的功能，通過采集并反饋瞬時(shí)參數(shù)到控制系統(tǒng)，活套控制系統(tǒng)可以保證帶鋼生產(chǎn)過程中的微張力威維持在恒定狀態(tài)，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(zhì)量，提高熱軋和連軋效率，此外，張力控制還能夠?qū)崿F(xiàn)前后軋機(jī)之間主電機(jī)的功率分配，使得帶鋼寬度也能夠維持在允許范圍內(nèi)。套量控制則通過控制金屬秒流量，規(guī)避帶鋼生產(chǎn)中拉鋼、堆剛現(xiàn)象的產(chǎn)生。主傳動(dòng)調(diào)節(jié)則是為了將套量回歸初始設(shè)定，通過復(fù)位消除上一次生產(chǎn)過程中帶來的擾動(dòng)、微調(diào)和手動(dòng)操作帶來的誤差，為下一次的帶鋼生產(chǎn)做技術(shù)準(zhǔn)備。

活套控制系統(tǒng)的控制裝置將下游采集的瞬時(shí)速度進(jìn)行修正后傳遞給上游軋機(jī)的傳動(dòng)控制系統(tǒng)，當(dāng)金屬的秒流量發(fā)生變化時(shí)，軋機(jī)間的帶鋼長度將發(fā)生變化，使得活套的高度和實(shí)際角度也發(fā)生改變。通過活套控制系統(tǒng)，將實(shí)際活套角度保持在固定值，這樣當(dāng)金屬秒流量發(fā)生變化時(shí)，主傳動(dòng)就會(huì)被動(dòng)的發(fā)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(jī)架的傳動(dòng)速度瞬時(shí)調(diào)整維持在恒定狀態(tài)。一個(gè)機(jī)架速度的改變值乘以這個(gè)機(jī)架相關(guān)的減少量，并將速度的改變值作為偏移量反饋給前一個(gè)主傳動(dòng)速度控制的基準(zhǔn)值。所以所有相鄰軋機(jī)的主傳動(dòng)速度不斷通過減少量的改變而改變，最終實(shí)現(xiàn)帶鋼張力的恒定控制，提高帶鋼成品質(zhì)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(tǒng)必須采取級(jí)聯(lián)方式設(shè)計(jì)，位置控制為主，力控制輔助。

2 活套控制原理

活套控制系統(tǒng)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(hào)控制

起套控制主要通過感應(yīng)器檢測(cè)軋制力并反饋給控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)軋機(jī)咬鋼后軋制力會(huì)產(chǎn)生突變，突變信號(hào)就可以作為起套控制的邏輯控制信號(hào)。

2.1.2 控制原理

活套控制的邏輯控制信號(hào)發(fā)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(hào)使活套快速起套與帶鋼接觸，活套控制器按照上游機(jī)架給定的活套張力和活套高度進(jìn)行閉環(huán)控制。

活套從機(jī)械的零位角以下位置上升到制定位置一般經(jīng)過0.3秒（±0.1），但是此時(shí)的帶鋼并未受到張力控制，處于松弛的狀態(tài)，使得活套輥會(huì)在上升至指定角度時(shí)繼續(xù)上升，直到上升到拉緊帶鋼時(shí)才會(huì)停止控制，同時(shí)發(fā)送信號(hào)至上游的機(jī)架進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，使得套量參數(shù)始終保持在預(yù)訂范圍內(nèi)。

2.2 小張力控制

小張力的控制是指帶鋼咬合之后，在機(jī)架之間建立起小張力平衡控制機(jī)制，使得軋鋼過程穩(wěn)定連續(xù)，此階段的控制時(shí)間占整個(gè)生產(chǎn)過程的90%以上，此階段他歐諾個(gè)過活套高度調(diào)節(jié)控制器的實(shí)時(shí)調(diào)控，活套輥角度在設(shè)定范圍內(nèi)不斷進(jìn)行微調(diào)，保證張力在設(shè)定張力的合理范圍內(nèi)波動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)軋鋼。

2.3 落套控制

在軋鋼結(jié)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(dǎo)致鋼尾折疊甩出。當(dāng)帶鋼尾部全部脫離控制后，壓力消失，信號(hào)采集的裝置采集信號(hào)后，并不進(jìn)行立即調(diào)控，而是通過設(shè)定延時(shí)裝置，延后控制，使得鋼尾可以全部通過。

3 熱軋線控制系統(tǒng)主要應(yīng)用技術(shù)分析

活套控制系統(tǒng)在實(shí)際軋鋼應(yīng)用過程中需要采取一系列的技術(shù)手段對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在熱軋生產(chǎn)線上此系統(tǒng)主要采取的關(guān)鍵技術(shù)主要有：活套位置檢測(cè)自動(dòng)校零技術(shù)、活套升套過程軟接觸技術(shù)和自適應(yīng)活套落套控制技術(shù)。

3.1 活套位置檢測(cè)自動(dòng)校零技術(shù)

活套閉環(huán)控制模式下的活套控制系統(tǒng)完全依靠感應(yīng)器反饋回的信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)化操作，因此檢測(cè)結(jié)果的精度直接關(guān)系著操作的精確程度，從而影響產(chǎn)品的最終質(zhì)量。但是感應(yīng)器本身經(jīng)過一次帶鋼軋制之后，會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，因此需要進(jìn)行調(diào)零，人工調(diào)零精度差，誤差大，因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中采用活套位置的精密檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)校零，此技術(shù)的應(yīng)用可以減少兩次軋鋼之間的系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

3.2 活套升套過程軟接觸技術(shù)

軟接觸技術(shù)主要是為了避免在接觸瞬間產(chǎn)生異常壓力導(dǎo)致反饋信號(hào)的短時(shí)過大，通過軟接觸技術(shù)降低活套的移動(dòng)初始速度，在一定范圍內(nèi)減緩移動(dòng)速度，使得反饋信息由足夠的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算和指令發(fā)送，避免異常數(shù)據(jù)導(dǎo)致錯(cuò)誤操作。

3.3 自適應(yīng)活套落套控制技術(shù)

為了避免鋼尾離開熱軋線后，活套突然落下導(dǎo)致機(jī)械損壞，根據(jù)自適應(yīng)活套落套控制技術(shù)在活套上游機(jī)架拋鋼信號(hào)之前，提前一段時(shí)間落套。通過調(diào)整使其避免活套落套時(shí)帶鋼甩尾的現(xiàn)象，達(dá)到最佳落套控制。

4 結(jié)束語

活套控制系統(tǒng)是一個(gè)通過采集熱軋線的各設(shè)備位置、接觸壓力、角度變化等信息，輸出設(shè)備制定角度和張力的多變量控制系統(tǒng)。角度與張力間相互影響的關(guān)系使得控制變得極為困難，特別是傳統(tǒng)的軋鋼過程，PI控制模式并不能夠解決活套擺動(dòng)大帶來的帶鋼寬度變化幅度大、夾雜氣泡等問題，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。因此需要在今后的研發(fā)過程中，加大多變量關(guān)聯(lián)性的研究，探索有效的途徑改變變量之間的耦合關(guān)系，降低產(chǎn)品瑕疵。雖然這軋線活套控制技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)中取得了良好的效果，但是依然需要不斷的進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，減少系統(tǒng)缺陷和技術(shù)隱患，為軋鋼行業(yè)的發(fā)展提供更可靠的技術(shù)保障。

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