熱連軋活套穩定控制自適應改進

李新明

（太原鋼鐵公司熱連軋廠，山西 太原 030003）

熱連軋機的精軋液壓活套是軋線設備的重要組成部分。精軋液壓活套安裝在兩個機架之間，用于調整兩個機架之間軋制帶鋼的張力，避免因為兩個機架之間張力過大導致軋斷或拉窄，或者因為兩個機架之間的張力太小造成虛套形成不穩定軋制。通常的驅動方式采用液壓，液壓活套的動作穩定性與主機速度互相干涉，同時它還受壓下輥縫厚薄、軋機間帶鋼張力大小、活套角度高低及活套張力矩大小等因素的影響，就是說液壓活套的動作控制因子是多種受力的平衡調節過程。如果精軋機內帶鋼頭、尾部板形變化大，造成檢測力與帶鋼實際受力不符，形成控制計算與實際脫節，帶鋼活套動作或頻繁調整不穩定，導致帶鋼表面產生輥印和帶鋼頭、尾部出現拉窄，而液壓活套頻繁的調節反過來又會造成主機速度的變化，形成惡性循環，極易引起軋制中斷并影響帶鋼質量。在設備硬件沒有大的變化時，用模型計算優化既保證張力恒定，又使活套位置穩定。模型計算優化成為主攻方向。

1 模型自適應功能的優化

1.1 傳統活套控制的張力算法分析

在軋制過程中，帶鋼在精軋機中要經過頭部咬鋼、穿帶、下機架咬鋼形成連軋建立張力，活套在下機架咬鋼時起套、隨帶鋼軋制調整位置和上游機架拋鋼落套三個主要過程組成。在傳統的活套控制中，活套位置和張力進行獨立計算但實際上又相互影響。在實際軋鋼過程中，經常會出現虛套導致軋爛、軋廢，在落套時因為上游主機速度小帶鋼力矩造成帶鋼尾部跑偏并甩尾軋爛，進而會造成輥面產生凹痕并進而在帶鋼表面形成輥印。所以，在大規模復雜鋼種的熱連軋生產中，液壓活套控制計算就顯得十分重要。通過研究，活套力矩計算優先于活套位置計算，也就是位置調節要根據活套實際受力，兩者雖然獨立計算但要考慮相互影響的因素。

在帶鋼穿帶過程中為了保證正常穿帶從模型設定上常常使活套處于低套位夸速建立張力，而活套處于低位起套時又極易產生帶鋼張力過大，速度和活套的快速回調又很容易產生虛套，就是帶鋼的實際力矩小于帶鋼設定力矩，使得活套伺服閥無法滿足由于軋制速度快、活套慢不協調所導致的機架間跑偏廢鋼。主要是就活套角度偏差、活套套量偏差、活套力矩偏差、主機速度偏差這四個因素的影響進行調優分析，希望通過對它們的偏差計算增加活套動作靈敏性。

活套給定大范圍變化的多種自動補償措施：

1）力矩偏差控制的采用。根據不同鋼種模型采用實際已經驗證過的最優比例系數。

2）采用前饋計算保證動作穩定性。在力矩偏差計算中采取相應的活套閥采集壓力、活套位置傳感器角度濾波技術，譬如液壓活套微偏差糾正、算術平均濾波計算、積分計算等，確保在軋制帶鋼張力恒定的基礎上，液壓活套位置小范圍調整以達到良性循環的穩定。

3）軋線二級計算機根據鋼種、規格和模型分類完成壓下負荷分配計算、主機速度計算，從而確定帶鋼軋制頭部是采用拉套還是送套軋制。

4）通常其設定角度為25°，待鋼角度一般在10°左右。

5）根據活套計算公式，要改變活套力矩偏差值大小除帶鋼活套單位張力設定值可主動改變外，其他一般為相對固定參數。通過增加帶鋼活套單位張力設定值即改變帶鋼張力力矩，從而實現改變活套力矩偏差值ΔM的目的。在活套起套帶鋼建立穩定張力后，根據活套力矩偏差值ΔM大小和活套位置高低確定變張力的計算條件，實現增大活套力矩設定Mref，從而達到減少活套力矩偏差值ΔM的絕對值的目的，解決帶鋼活套實際力矩遠大于活套設定力矩的情況下由于過度調節所產生的活套落套問題，以滿足帶鋼頭部張力穩定控制。起套后進入力矩控制為主、活套角度控制為輔的活套控制方式。

1.2 自適應優化

通過上述分析，建立微張力算法模型并嵌套在活套主力矩模型：主要目的就是建立活套力矩偏差、力矩增益系數相對應的計算公式：

式中：Mact為實際力矩，Mref為設定力矩，K1為針對不同鋼種特性而加入的特征常數，K2為套量偏差反諧振系數，C為實際調試產生的修正經驗常數。

在原有活套力矩控制計算中，Kp只是一個經過調整的經驗常數，對所有的鋼種它都是恒定的，也就是說無論活套實際力矩偏差的是大還是小，模型計算的給定變化速率是一定的，這就造成力矩偏差大的時候希望他調整快點，可它有點慢，力矩偏差小的時候希望它調整慢點，可它卻有點快。而我們建立微張力算法模型將常數Kp做為變量，并且是根據實際的力矩偏差決定最終調整給定：這個模型確保力矩偏差越大則附加給定越大、力矩偏差越小則附加給定越小。在實際軋制過程中，力矩偏差在正負10%以內波動時，附加給定越小保證其穩定性要求，活套力矩偏差在正負10%～15%以內時，確保附加給定使活套力矩偏差迅速調整進入正負10%以內；活套力矩偏差大于正15%或小于負15%時，附加給定需要足夠大，以實現活套快速起套或落下，滿足帶鋼力矩控制快速性要求。

初期的微張力算法模型在沒有K2套量偏差反諧振系數的計算時，活套在很多鋼種會產生周期共振，造成整個精軋軋制的不穩定，并且無論怎樣調整K1都不能避開共振，所以我們考慮使用套量偏差的變化率計算反諧振系數，在活套共振的時候利用反諧振計算量破壞活套的周期共振。由軋制負荷量、帶鋼厚度、寬度等參與這個套量偏差反諧振系數的計算，通過不斷測試確定最優參數：由一級過程計算機實現嵌套在主模型的微張力模型，切實解決了活套諧振共振的問題，同時反諧振系數也可以決定前饋控制的位置變量。主要算法：

式中：C1為由鋼種的負荷、厚度和寬度決定的一個特征常數；ΦBV為實際套量偏差的變化率。

熱連軋活套微張力控制方法能使活套穩定性得到大大增強，但超厚規格的耐候鋼由于加熱原因偶爾抖動劇烈，2.3 mm硅鋼在板型變化大時，頭部短時間的虛套就會帶鋼蹭側導致使邊部軋爛，并在后邊的壓下進一步惡化軋爛堵轉廢鋼。按照活套軋制控制力矩為主的控制思路，結合公式的常數C，我們在正常生產中使用6σ里的實驗設計大師博克斯（G.BOX）于1957年提出一種方法—調優運算（evolutionary operation，EVOP），調優運算的目的就在于在加工出符合標準產品的同時，也生成相關生產過程關自身的信息。它的特征是雖然每次微小改進可能并不引起系統波動，但長時間的累積改進效果卻是巨大的，而且由于每次改進都是漸進、微量的，這保證了EVOP過程中不可能會“從懸崖上跌落”。現場跟蹤中發現厚規格的耐候鋼和薄規格的規格對活套跟隨性的要求是不同的，甚至可以說是相反的，而且也找到了這兩種鋼的最優控制區間；按照它們各自的特性，我們仍以發明專利的公式的常數C為切入點，通過鋼種判斷引入三段控制模式：

1）在軋制耐候鋼時，弱化因加熱造成壓下軋制力波動造成的活套頻繁調整，并改變此時的活套反應特性，消除頻繁調整造成的自振蕩。

2）在活套實際力矩小于設定力矩的一個特定范圍，成倍增加活套的抬套反應速度，使虛套時間減小到軋制允許的范圍。

3）當由于板型、溫度或其它軋制異常造成活套實際力矩小于設定力矩的差值大于第二點特定范圍，以更大倍數增加活套的抬套反應速度，雖然套量波動增加，但虛套時間仍能保持在軋制允許的范圍內，保證特種鋼的軋制穩定。

2 在生產中的實際應用及其效果

這個方案不僅使活套控制計算更加完善，而且增加活套虛套時間為活套新的技術指標，通過三段控制模式的開發更加深入挖掘控制模型潛力，極大地增強活套力矩穩定受控狀態，同時由于三段控制模式對諧振波動消除程序極大加速，能夠使活套套量這個與力矩相互對立、矛盾的指標迅速回歸平穩狀態。三段控制模式技術對超厚和超薄帶鋼等高附加值鋼種的穩定軋制有著重要意義，能夠在熱連軋生產得到廣泛應用，為各生產廠提高熱軋效益提供了借鑒思路。