活套控制在高速線材中的應(yīng)用研究

楊陽

摘 要：活套控制是現(xiàn)代軋鋼工藝中非常重要的環(huán)節(jié)，能夠提高軋鋼過程的穩(wěn)定性和安全性，其目的就是保證穩(wěn)定軋鋼過程中機(jī)架之間的張力控制，防止堆鋼、拉鋼問題的出現(xiàn)。文章以高速線材生產(chǎn)中活套控制為研究對象，通過對活套掃描器的測量原理分析，在實(shí)踐中形成了一套對活套掃描器的測量校正的方法，利用活套特點(diǎn)介紹實(shí)踐中起落套的各種情況，達(dá)到軋制中無張力控制的目的，并且介紹速度級(jí)聯(lián)參數(shù)R因子的計(jì)算方法，通過對速度修正值的級(jí)聯(lián)傳遞和R因子的調(diào)整以及在起套和收套時(shí)活套輥的動(dòng)作時(shí)序?qū)崿F(xiàn)活套的優(yōu)化控制，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：活套掃描器；高速線材；活套控制；速度調(diào)節(jié)

引言

在現(xiàn)代軋鋼技術(shù)中，活套控制已被廣泛應(yīng)用于連軋的自動(dòng)控制之中，成為一項(xiàng)成熟的連軋機(jī)組自動(dòng)速度調(diào)節(jié)的手段。活套控制是通過活套掃描器檢測兩相鄰機(jī)架間的過剩材料形成的弧型曲線軋件高度來間接測量活套的長度，通過比較設(shè)定的活套高度與實(shí)測活套高度，自動(dòng)調(diào)整各機(jī)架的速度，使其測量值始終與設(shè)定值保持一致，從而達(dá)到兩相鄰機(jī)架間無張力軋制的目的。

1 活套掃描器的測量原理分析

1.1 測量原理

活套掃描器是以掃描方式工作的傳感器，它對溫度高于250℃的熱工件的紅外輻射敏感。活套掃描器用于檢測位于其視場范圍內(nèi)的熱工件（鋼，銅，合金及玻璃等）的位置并輸出與工件在視場中的角度位置成正比的信號(hào)。活套掃描器通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)的多面反射鏡裝置掃描傳感器的檢測視場，工件的紅外輻射被這些反射鏡反射到光電元件上。傳感器通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)的帶反射鏡的裝置（轉(zhuǎn)鼓）掃描它的視場范圍。當(dāng)傳感器的解析光束檢測到位于其掃描視場中的熱工件的前邊沿的紅外輻射時(shí)，此紅外輻射被轉(zhuǎn)鼓上的反射鏡反射到光電轉(zhuǎn)換元件上，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后，得到一個(gè)“測量”脈沖序列。

另外，傳感器內(nèi)部也產(chǎn)生一個(gè)與掃描視場起始端相對應(yīng)的參考脈沖。參考脈沖與測量脈沖之間的時(shí)間間隔“t”和掃描視場起始端與熱工件前邊沿位置之間的角度“a”相對應(yīng)。傳感器將時(shí)間“t”轉(zhuǎn)換為模擬電壓，此電壓與角度“a”成正比，而與掃描電機(jī)的轉(zhuǎn)速無。

1.2 活套控制的原理分析及活套參數(shù)的設(shè)定及調(diào)整方法

1.2.1 活套控制的基本原理

為便于論述，把兩相鄰機(jī)架通稱為（n-1）架和n架。當(dāng)軋件頭部進(jìn)入n架前，n架軋機(jī)速度有動(dòng)態(tài)速降，同時(shí)起套輥快速動(dòng)作，從而形成活套。此時(shí)活套掃描器連續(xù)地對套的位置進(jìn)行掃描檢測，并通過n架軋機(jī)R因子和直接的速度級(jí)聯(lián)對（n-1）架自動(dòng)進(jìn)行逆向速度調(diào)整控制，始終使實(shí)際套高與設(shè)定值保持一致。在軋件尾部接近（n-1）架時(shí)，控制系統(tǒng)對（n-1）架進(jìn)行降速，同時(shí)起套輥快速收回，從而減輕甩尾。其中R因子是連軋機(jī)秒流量相等的忠實(shí)表現(xiàn)，每個(gè)機(jī)架均有一個(gè)R因子，它是控制相鄰兩機(jī)架轉(zhuǎn)速比的重要參數(shù)。

Rn=■=■ （1）

式中：F■為（n-1）架的軋件斷面積；Fn為n架的軋件斷面積；V■為（n-1）架的軋機(jī)線速度；Vn為n架的軋機(jī)線速度。

1.2.2 活套的機(jī)械構(gòu)造及參數(shù)分析

軋線上的活套分為立式活套和水平活套兩種，活套由臺(tái)架、氣缸、起套輥、支承輥輥及導(dǎo)輥組成，具體形狀及參數(shù)如圖1所示。

圖1

實(shí)踐證明當(dāng)正常的活套控制曲線是一條標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線時(shí)，可以有效的保證活套的穩(wěn)定性以及減少軋件與機(jī)械設(shè)備的磨損，如圖1所示，活套的最高點(diǎn)應(yīng)位于活套長度方向的中心，即是安裝活套掃描器的位置，為了使形成的活套控制曲線是標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線，活套高度的設(shè)定就非常關(guān)鍵，套高設(shè)定過高或過低就會(huì)使活套曲線變?yōu)橐粭l變形的活套曲線，如圖2所示的曲線。

當(dāng)我們把套高設(shè)定過低，活套將變成一條三角形曲線如曲線（1），這是由于活套掃描器檢測的套高大于設(shè)定值，通過對n架軋的R因子的控制而使n-1架軋降速，從而使活套兩側(cè)機(jī)架之間產(chǎn)生了拉鋼軋制，實(shí)際套高與設(shè)定套高的差值越大，n-1架降速愈厲害，拉鋼軋制狀態(tài)愈嚴(yán)重，一旦形成三角形活套，則兩機(jī)架間嚴(yán)重處于拉鋼軋制狀態(tài)，成品斷面積就會(huì)波動(dòng)。反之當(dāng)套高設(shè)定值過高時(shí)活套的套形就會(huì)如曲線（2），同理由于n-1架軋機(jī)升速，造成大量軋件堆積在兩軋機(jī)間，活套套型不穩(wěn)，波動(dòng)嚴(yán)重，極易造成堆鋼，曲線（1）和曲線（2）均是由于不正確的套高設(shè)定而得到的。

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于懼怕套高過高而產(chǎn)生堆鋼事故，所以普遍把套高設(shè)定值取小，這樣就產(chǎn)生拉鋼軋件而使軋件哈夫偏小，為了彌補(bǔ)這一缺陷，操作工片面的放大前道的輥縫，而當(dāng)軋件脫尾或頭部進(jìn)入軋機(jī)時(shí)軋件處于無張力狀態(tài)，這時(shí)由于前道斷面積的增大，使該道軋件的頭尾超差，若有若干架間的套高設(shè)定不正確，便會(huì)使成品出現(xiàn)頭尾耳子。

1.2.3 活套參數(shù)的設(shè)定及調(diào)整方法

實(shí)踐證明，在測得活套的機(jī)械位置后，設(shè)定合適的活套高度，能夠得到完美的活套控制，并保證良好的尺寸公差。

根據(jù)活套臺(tái)架的高度一般為500～800mm，為保證活套有足夠的調(diào)節(jié)空間，套高的最佳設(shè)定值在200～300mm之間時(shí)，活套能夠最有效及安全地進(jìn)行控制，如果我們把套高設(shè)定在200～300mm間，而忽視了起套輥的高度時(shí)，同樣無法正常地進(jìn)行活套控制，若起套輥抬起過高，則會(huì)使軋件在起套輥上形成突彎，從而對支承輥形成一個(gè)直坡，該直坡會(huì)在活套中產(chǎn)生過量的張力，其原理與套高設(shè)定不正確相同。

2 活套的控制

2.1 起套和收套控制

軋件頭部進(jìn)入下游機(jī)架時(shí)，下游機(jī)架的速度由于動(dòng)態(tài)速降會(huì)適當(dāng)降低，軋件咬入該架后能在起套輥的作用下形成活套。下游機(jī)架的速度修正量與設(shè)定的起套高度Hs有關(guān)。通常，起套時(shí)不是一步就把活套升到正常活套高度Hn，而是先升到Hs，再調(diào)節(jié)到Hn上，Hs的設(shè)定要小于或等于Hn。

系統(tǒng)要精確地控制起套輥的動(dòng)作，使其在軋件咬入下游機(jī)架時(shí)，恰好它已開始動(dòng)作。動(dòng)作過早，可能造成軋件咬不進(jìn)下游機(jī)架而使起套失敗；反之，動(dòng)作太遲，一旦軋件咬入了下游機(jī)架，起套輥的動(dòng)作就相當(dāng)困難了。因此需要系統(tǒng)準(zhǔn)確地跟蹤軋件頭部位置和起套輥的動(dòng)作時(shí)間。根據(jù)跟蹤軋件頭部位置距下游機(jī)架的距離和軋件的速度計(jì)算出頭部距下游機(jī)架的時(shí)間t，當(dāng)t等于起套輥的動(dòng)作時(shí)間時(shí)產(chǎn)生W1信號(hào)，W1信號(hào)作為PLC發(fā)出的起套輥動(dòng)作命令如圖3所示。在起套階段，對下游機(jī)架的速度修正僅限于其本身，此時(shí)要封鎖該部分的級(jí)聯(lián)控制，否則會(huì)對其他機(jī)架產(chǎn)生干擾。

當(dāng)軋件的尾部接近上游機(jī)架時(shí)，即進(jìn)入了收套階段。為了安全收套并防止突然收套可能引起的“甩尾”，要先調(diào)節(jié)上游機(jī)架的速度來降低活套的高度到Ht位。Ht的值由人工設(shè)定，一般在100mm左右。同時(shí)，起套器回落到底部位置，用調(diào)節(jié)上游機(jī)架的速度來降低活套高度也是為了避免對其他機(jī)架產(chǎn)生干擾。收套完成后，控制返回到下一軋件的起套階段。

2.2 活套控制

起套完成后，即進(jìn)入活套控制階段。此時(shí)，系統(tǒng)按正常的級(jí)聯(lián)方向，對所有與此軋件有關(guān)的機(jī)架進(jìn)行實(shí)時(shí)的速度修正。活套控制是采用一個(gè)PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行的，系統(tǒng)按主級(jí)聯(lián)控制的方向把PI調(diào)節(jié)器的輸出疊加在上游機(jī)架的速度給定值上，這就相當(dāng)于連續(xù)地修正上游機(jī)架的速度，以保證活套的高度與設(shè)定值一致，并通過主級(jí)聯(lián)控制相應(yīng)地改變與此軋件有關(guān)的上游其他機(jī)架的速度。從級(jí)聯(lián)控制的角度看，活套的比例調(diào)節(jié)相當(dāng)于當(dāng)實(shí)際套高與設(shè)定套高絕對差值大于某一設(shè)定值時(shí)，直接調(diào)節(jié)上游機(jī)架的速度，活套的積分調(diào)節(jié)相當(dāng)于通過不斷地修改下游機(jī)架的R因子來改變上游機(jī)架的速度。一旦活套高度與設(shè)定高度近似相等且不再波動(dòng)，控制器就會(huì)將正確的R因子存儲(chǔ)并用于下一軋件的活套。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代高速線材軋機(jī)，最主要的特點(diǎn)是機(jī)架間距小，連續(xù)軋制，速度快，要求控制精度高，穩(wěn)定性好，調(diào)速快，反應(yīng)靈敏，自適應(yīng)功能強(qiáng)。活套控制系統(tǒng)是具有自適應(yīng)功能的有效控制方式。在實(shí)際生產(chǎn)中，為避免或減少活套故障，必須在掌握其基本原理的前提下，適時(shí)控制各工藝環(huán)節(jié)，以促使現(xiàn)代高速線材軋機(jī)生產(chǎn)能力的充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)

[1]MILLRD Guidelines Automatic Loop Control，ABB Automation Products，2009.

[2]Loop Scanner Delta scan file， DELTA Sensor （China），2010.