帶鋼熱連軋機(jī)組活套自動(dòng)控制及應(yīng)用

晁永軍 孔德鴻 吳勝春 東四正

【摘要】：活套是在金屬熱連軋過程用來調(diào)整軋機(jī)之間張力的最主要設(shè)備，由于金屬熱軋制的發(fā)展已有幾十年的歷程，在此過程中，隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的日益提升，活套控制的精度和智能化越來越高，本文通過帶鋼熱連軋生產(chǎn)線精軋機(jī)組活套的應(yīng)用，對(duì)其先進(jìn)的功能和作用進(jìn)行了詳細(xì)介紹和說明，并分別說明了活套的兩種控制方法：常規(guī)PI控制和ILQ控制的原理以及在兩種自動(dòng)控制方法在軋制過程中的實(shí)際應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]：活套；常規(guī)PI控制；ILQ控制

中圖分類號(hào)：TG334.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（c）-0000-00

1.概述

本文以某鋼鐵集團(tuán)年產(chǎn)240萬噸超薄帶鋼熱軋生產(chǎn)線—UTSP熱軋板帶工程為例對(duì)活套先進(jìn)的功能和作用進(jìn)行了詳細(xì)介紹和說明，其產(chǎn)品產(chǎn)品工藝規(guī)格為寬度800-1600（mm），厚度0.8-12.7（mm）的各類型熱軋帶鋼。

主軋線分為粗軋和精軋兩個(gè)機(jī)組，共有7架軋機(jī)組成，其中粗軋兩架，精軋5架，各機(jī)架均采用三相同步電機(jī)傳動(dòng)，在F1-F5五架精軋機(jī)組之間設(shè)有4個(gè)活套。設(shè)定活套的目的是為了確保兩機(jī)架之間保持特定張力，當(dāng)下游機(jī)架流量高于上游機(jī)架、下游機(jī)架速度過快時(shí)候產(chǎn)生張力，當(dāng)下游機(jī)架速度小于上游機(jī)架時(shí)活套抬起建張，如果不設(shè)活套這一特殊設(shè)備，在軋制過程中，帶鋼套量將逐漸增加最終會(huì)形成折疊和扭曲，如果形成折疊或者扭曲，帶鋼將以好幾倍的厚度進(jìn)入下游機(jī)架，產(chǎn)生堆鋼事故，最終結(jié)果會(huì)影響軋輥和軸承以及軸承支撐等機(jī)械設(shè)備以及現(xiàn)場傳感器的壽命。

2.活套的作用介紹

2.1 活套的角度給定

軋制過程中活套的角度由二級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫給定，活套根據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫的給定值進(jìn)行程序的最初給定，在實(shí)際軋制過程中，活套角度微調(diào)由一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化程序來計(jì)算并給定。

在一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化程序中，活套在自動(dòng)操作情況下，要具備以下互鎖條件：

1） 控制選擇

2） 活套模式自動(dòng)

3） 軋機(jī)主傳動(dòng)健康

4） 液壓控制正常

5） 活套PLC系統(tǒng)健康

6） 位置傳感器健康

7） 活套壓頭健康

2.2 活套的張力給定

活套的張力給定也是通過二級(jí)計(jì)算機(jī)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行計(jì)算，給定后，在軋制過程中，操作工在-20%到+50%之間通過每秒10%的調(diào)節(jié)度進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，在帶鋼生產(chǎn)過程中，帶鋼保持恒定的張力具有降低軋制力、防止軋件跑偏、改善帶鋼平直度、適當(dāng)調(diào)節(jié)主機(jī)負(fù)荷等作用。但是，當(dāng)材料在在高溫下軋制時(shí)，張力過大會(huì)造成整個(gè)材料變形，對(duì)寬度和厚度影響很大，尤其是對(duì)寬度公差造成的影響，因此采用恒張力軋制，即在軋制過程中保持張力的恒定。在張力控制系統(tǒng)中，其作用是頂起并繃緊帶鋼，使之產(chǎn)生張力，并通過張力控制程序?qū)钐籽b置進(jìn)行恒張力控制，以使連軋機(jī)組在給定的恒張力下軋制。每個(gè)活套均有各自的張力和平衡力設(shè)定值。

3.活套控制

根據(jù)上文可知活套的角度控制和張力控制是自動(dòng)由二級(jí)數(shù)據(jù)庫設(shè)定值執(zhí)行的，目前比較常用的有兩種控制理論執(zhí)行活套控制，一種稱為活套的常規(guī)PI控制，另一種是活套的ILQ控制。

3.1常規(guī)PI控制

圖2-1為常規(guī)PI控制的功能圖，此控制安裝帶鋼張力控制和活套角度制，

帶鋼張力控制通過控制液壓缸壓力執(zhí)行。在此過程中，活套角度為整個(gè)閉環(huán)控制的反饋值，PLC通過轉(zhuǎn)矩給定和張力給定初步對(duì)液壓缸壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過液壓缸壓力的給定，控制伺服閥，從而動(dòng)態(tài)微調(diào)出活套的角度，并將角度作為反饋值反饋到PLC計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行程序的計(jì)算。另外，二級(jí)數(shù)據(jù)庫給定初始角度后，也根據(jù)PLC程序?qū)o定角度和反饋角度進(jìn)行公式計(jì)算，并最終調(diào)節(jié)出整個(gè)機(jī)架速度，從而得到實(shí)際張力。

圖2-1

3.2活套ILQ控制

ILQ理論是指基于反二次方程理論，最接近的定義是反線形二次方程方向理論。在活套ILQ控制過程中，控制器同時(shí)處理兩個(gè)變化的張力和活套角度，同時(shí)通過高精度的目標(biāo)值進(jìn)行整個(gè)生產(chǎn)過程中的套量控制，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的目的。

ILQ控制理論由如下三個(gè)條件組成，具體列舉如下：

1） 通過指定關(guān)閉活套桿的請(qǐng)求關(guān)閉活套響應(yīng)，活套的一個(gè)桿的工作方法在可選條件下。

2） 在控制過程中不需通過解答方程式的方法進(jìn)行，因此不需要特別的計(jì)算工具保存方程。

3） 控制增益通過不同的模塊進(jìn)程代替數(shù)字值。

通過上述三個(gè)條件，ILQ控制為活套控制提供很好的方法，這樣將很好地減少很多活套控制中的多次測試和錯(cuò)誤。

圖2-4為帶鋼頭部ILQ控制時(shí)間表。

圖2-4

活套ILQ控制方法啟動(dòng)的條件如下：

1） 常規(guī)PI控制啟動(dòng)+時(shí)間（Tmvon） 。

2） ，它的條件為Tmvton（sec）。

3） ，它的條件為Tmvaon（sec） 。

結(jié)語：

在軋機(jī)的軋制過程中，由于主傳動(dòng)系統(tǒng)總是存在著動(dòng)態(tài)咬鋼速降，而在穩(wěn)定軋制過程中又總是存在著各種外部干擾，例如輥縫調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)等，不可能始終保持各機(jī)架之間的速度匹配關(guān)系，所以設(shè)置活套的主要目的也是要檢測到這些細(xì)微的偏差，進(jìn)而通過活套的高度調(diào)節(jié)來吸收由此而產(chǎn)生的套量，達(dá)到軋件在軋制過程中金屬秒流量相等的目的。此外，因?yàn)樵谲堉七^程中軋件溫度很高，若受到太大的張力，其軋件的應(yīng)力就有可能超過金屬的流動(dòng)極限，致使帶鋼受拉變形降低產(chǎn)品的質(zhì)量。

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