高線活套調節系統

摘 要：在高速線材生產過程中，活套是實現無張力軋制的重要設備，活套套量的調節速度與精確程度，直接影響軋制工藝與節奏。文章以宣鋼高速線材生產線為背景介紹了宣鋼高速線材生產線中活套的控制方式及問題的提出與解決。

關鍵詞：活套掃描儀；閉環控制；調節系統

1 概述

在高速線材的生產過程中，為保證產品尺寸精度，經常在設計中采取微張力及無張力軋制，用以消除軋制過程中由于各種動態干擾引起的張力波動和由此引起的軋件截面的尺寸波動。采用微張力軋制，其微張力值由固定速比和各架給定孔槽面積保證，速比不會因控制而改變，軋件面積將因來料面積波動而波動。為了減少張力變化引起的精軋機的軋件尺寸波動，在中軋、預精軋和精軋機線前常設置若干個活套，以消除連軋各架的動態速度變化的干擾，保證軋件精度。因此保證活套調節的穩定運行，對軋制中的工藝要求和產品質量控制有著重要的意義。

2 基本原理

在宣鋼高速線材生產線中，設有1個側活套、7個立活套，共計8個，分布于中軋、預精軋機組中間和精軋機線前。其主要作用是：減緩由于連軋拉鋼帶來的線材尺寸變化，以提高線材尺寸精度。在軋鋼過程中，活套動作過程由PLC自動控制，當檢測信號檢測到軋件進入活套時，PLC輸出數字量控制氣動閥門，啟動氣缸，使活套抬起，軋制結束，起套器返回原位，完成活套的升降動作。主控室通過WINCC人機界面設定活套的高度，傳送到PLC中，經過數據處理作為活套控制閉環的給定值；同時設置在起套輪處的活套掃描儀檢測出活套高度數據，傳送到PLC中，經過數據處理作為活套套高的實際值；起套同時上游機架開始對在活套高度進行級聯升速調節，升速作為對原有速度的補償速度，作為控制字數據通過profibus-dp網絡傳給6RA70裝置進行升速控制。當設定套高于實際值相等，即達到穩態時控制結束。

3 控制方式

宣鋼高速線材生產線活套控制系統采用閉環控制的方式進行控制。其中控制器為PI控制器即比例積分控制器，以活套作為控制對象，活套高度作為控制系統輸入，實際值通過活套掃描儀進行檢測，活套上游電機為執行器進行調節，控制圖例如圖1所示：

在PLC的程序編寫中，我們編寫PI控制器集成模塊FC82，使得所有活套在進行閉環控制時均可對控制模塊進行調用，如圖2所示。其中P參數，I參數可以通過現場實際控制效果進行試驗確定并修改。套高設定則可根據所軋鋼種工藝不同由操作臺操作人員進行設定。

其中各個引腳的功能如下：EN：使能信號（常為1）；demand：給定值（百分比）；feedback：反饋值（百分比）；reg_en：輸出使能；limit1：上限限幅；limit2：下限限幅；kp：比例系數；tn：積分時間；cycle：采樣周期；id_old：上一次采樣積分分量；error：偏差值；error_old：上一次采樣偏差值；reg_out控制器輸出；limited_out：超限報警指示。

4 數據處理

由于活套掃描儀采集的模擬量數據為0-27648之間的整數，要使它與實際數據保持一致，就要對它進行數據轉換。圖3為PLC中程序對數據進行處理過程。

首先對數據類型進行轉化，把整型數據變為浮點型數據；然后除以數據上限27648求出實際活套高度的百分數；接著對0位進行標定處理，即用實際百分比數減去零位百分比數，得出實際零位值；再對實際套量進行0-100%的限幅；最后乘以現場測得的實際套量上限值，就得到了現場活套高度的實際值。

5 活套調節量

在將PI控制器的輸出值經過數據處理后，轉化為速度增量，作為活套調節量的速度增量控制字，通過網絡由PLC傳輸到相應機架的6RA70直流調速裝置當中，從而實現活套上游機架的級聯調速調節套高控制。

6 控制邏輯

為了提高活套應用性能，適應實際生產環境我們對活套的起落套條件邏輯進行了完善。原有的起套條件為活套掃描儀檢測到數字量上升沿信號，即檢測鋼頭進行起套。在這樣的條件下，如發生活套掃描儀數字量誤檢測情況，極易堆鋼。經過細致分析，決定改為活套后一機架有鋼電流作為自動起套命令。由于機架在有負載與無鋼情況下電流差距較大，我們設計時可選范圍較大。選用100A作為有鋼與無鋼界定電流，當后一機架電流大于100A時，我們認為其有鋼，可以進行起套動作；反之我們選擇前一機架無鋼電流作為其落套條件，這樣當前一機架電流小于100A時，進行落套動作。這樣合理控制了活套的起落套，有效的減少了事故的發生。

7 保護措施

由于軋鋼現場粉塵較大，經常會導致檢測元件的檢測機構由于金屬粉塵的附著導致檢測誤差甚至檢測信號丟失的現象發生。對此，以前的解決方式是對檢測設備鏡頭進行一天多次的擦拭。這樣不但不能完全避免故障的發生，還會增加大量的設備維護工作。針對這種由生產環境因素導致的設備故障，我技術人員設計出一種活套掃描儀保護罩。它是通過封閉空間將檢測元件進行保護。保護罩下部留有通氣孔，在生產過程中對其通入空氣，從而在保護罩內形成微正壓。這樣就使得外界粉塵無法通過氣流進入保護罩內部，從而減少對檢測元件的影響。通過活套掃描儀保護罩的設計，不僅使得設備維護人員的工作量大大降低，而且提高了生產效率，降低了由于檢測信號不穩定導致的故障率。