活套控制在高速線材中的應用分析

摘要：活套控制是現代軋鋼工藝中非常重要的環節，能夠提高軋鋼過程的穩定性和安全性，其目的就是保證穩定軋鋼過程中機架之間的張力控制，防止堆鋼、拉鋼問題的出現。文章以高速線材生產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，利用活套特點介紹實踐中起落套的各種情況，達到軋制中無張力控制的目的，并且介紹速度級聯參數R因子的計算方法，通過對速度修正值的級聯傳遞和R因子的調整以及在起套和收套時活套輥的動作時序實現活套的優化控制，提高了設備運行的穩定性和可靠性。

關鍵詞：活套掃描器；高速線材；活套控制；速度調節

引言

在現代軋鋼技術中，活套控制已被廣泛應用于連軋的自動控制之中，成為一項成熟的連軋機組自動速度調節的手段。活套控制是通過活套掃描器檢測兩相鄰機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，通過比較設定的活套高度與實測活套高度，自動調整各機架的速度，使其測量值始終與設定值保持一致，從而達到兩相鄰機架間無張力軋制的目的。

一、 活套掃描器的測量原理分析

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。活套掃描器通過一個旋轉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。傳感器通過一個旋轉的帶反射鏡的裝置（轉鼓）掃描它的視場范圍。當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，此紅外輻射被轉鼓上的反射鏡反射到光電轉換元件上，經光電轉換后，得到一個“測量”脈沖序列。

另外，傳感器內部也產生一個與掃描視場起始端相對應的參考脈沖。參考脈沖與測量脈沖之間的時間間隔“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。傳感器將時間“t”轉換為模擬電壓，此電壓與角度“a”成正比，而與掃描電機的轉速無。

2. 活套參數的設定及調整方法，在測得活套的機械位置后，設定合適的活套高度，能夠得到完美的活套控制，并保證良好的尺寸公差。根據活套臺架的高度一般為500～800mm，為保證活套有足夠的調節空間，套高的最佳設定值在200～300mm之間時，活套能夠最有效及安全地進行控制，如果我們把套高設定在200～300mm間，而忽視了起套輥的高度時，同樣無法正常地進行活套控制，若起套輥抬起過高，則會使軋件在起套輥上形成突彎，從而對支承輥形成一個直坡，該直坡會在活套中產生過量的張力，其原理與套高設定不正確相同。

二、 活套的控制

1 起套和收套控制 軋件頭部進入下游機架時，下游機架的速度由于動態速降會適當降低，軋件咬入該架后能在起套輥的作用下形成活套。下游機架的速度修正量與設定的起套高度Hs有關。通常，起套時不是一步就把活套升到正常活套高度Hn，而是先升到Hs，再調節到Hn上，Hs的設定要小于或等于Hn。 系統要精確地控制起套輥的動作，使其在軋件咬入下游機架時，恰好它已開始動作。動作過早，可能造成軋件咬不進下游機架而使起套失敗；反之，動作太遲，一旦軋件咬入了下游機架，起套輥的動作就相當困難了。因此需要系統準確地跟蹤軋件頭部位置和起套輥的動作時間。根據跟蹤軋件頭部位置距下游機架的距離和軋件的速度計算出頭部距下游機架的時間t，當t等于起套輥的動作時間時產生W1信號，W1信號作為PLC發出的起套輥動作命令在起套階段，對下游機架的速度修正僅限于其本身，此時要封鎖該部分的級聯控制，否則會對其他機架產生干擾。 當軋件的尾部接近上游機架時，即進入了收套階段。為了安全收套并防止突然收套可能引起的“甩尾”，要先調節上游機架的速度來降低活套的高度到Ht位。Ht的值由人工設定，一般在100mm左右。同時，起套器回落到底部位置，用調節上游機架的速度來降低活套高度也是為了避免對其他機架產生干擾。收套完成后，控制返回到下一軋件的起套階段。

2 活套控制 起套完成后，即進入活套控制階段。此時，系統按正常的級聯方向，對所有與此軋件有關的機架進行實時的速度修正。活套控制是采用一個PI調節器進行的，系統按主級聯控制的方向把PI調節器的輸出疊加在上游機架的速度給定值上，這就相當于連續地修正上游機架的速度，以保證活套的高度與設定值一致，并通過主級聯控制相應地改變與此軋件有關的上游其他機架的速度。從級聯控制的角度看，活套的比例調節相當于當實際套高與設定套高絕對差值大于某一設定值時，直接調節上游機架的速度，活套的積分調節相當于通過不斷地修改下游機架的R因子來改變上游機架的速度。一旦活套高度與設定高度近似相等且不再波動，控制器就會將正確的R因子存儲并用于下一軋件的活套。

三、活套掃描案例

活套掃描器選用的是意大利達涅利公司生產的ID6500/W，

ID6500/W活套掃描器的工作原理：ID6500/W活套掃描器內部主要由光學組、CCD傳感器板、邏輯板、電源板組成。光學組包括35mm/f4的成像透鏡、RG830紅外線濾波器和密封保護玻璃。CCD傳感器板由2048像素CCD陣列成像傳感器、阻抗適配器、放大器、采樣電路及信號轉換電路組成，它適合的紅外光譜范圍為850～1000mm。熱鋼通過光學透鏡在2048像素CCD陣列成像傳感器上成象，通過信號轉換電路轉換成標準的電壓或電流信號，熱鋼高度變化活套掃描器的輸出信號隨著線性變化，從而通過輸出信號的變化反映熱鋼高度的變化。

四、總論

現代高速線材軋機，最主要的特點是機架間距小，連續軋制，速度快，要求控制精度高，穩定性好，調速快，反應靈敏，自適應功能強。活套控制系統是具有自適應功能的有效控制方式。在實際生產中，為避免或減少活套故障，必須在掌握其基本原理的前提下，適時控制各工藝環節，以促使現代高速線材軋機生產能力的充分發揮。

參考文獻：

[1]喬德庸、李曼云.高速軋機線材生產[M].北京：冶金工業出版社，1995.

[2]韓靜濤.鋼鐵生產短流程新技術[M].北京：冶金工業出版社，2000.