高速线材轧机活套闭环控制系统的研究与应用

高速线材轧机活套闭环控制系统的研究与应用

颜昊，刘政鹏，葛栋

青岛特殊钢铁有限公司，266000

摘  要：高速线材预精轧机和精轧机轧制速度较高，仅靠轧机传动装置内置的双闭环调速系统无法保证无张力轧制和不产生堆钢、拉钢的效率，为提升线材产品的金属性能和质量，有效减小现场操作人员的劳动强度，需要做好控制系统的研究，把离散化的思想引入到活套控制环节，实现架轧机间实施无张力轧制。下面将对高速线材轧机活套闭环控制系统进行研究，从活套闭环控制环节入手进行优化和调整，减少操作人员工作强度，有效避免运行中事故问题的发生。

关键词：高速线材；轧机活套；闭环控制系统

前  言：

活套闭环控制系统是整个轧机控制系统中相当重要的组成部分，控制分为活套形成、活套控制、收尾几部分，执行与工作效率有着直接关系，对活套闭环控制系统进行研究能够有效提高工作开展的效果，减少各类问题的发生。在实际工作开展中，活套位置通过光电扫描器来测量，轧制过程中轧件头部被活套扫描器检测，活套控制部分开始工作，随后以数字值向控制系统指示出活套位置。活套闭环控制系统是高速线材轧机控制系统非常重要的组成部分，活套闭环控制系统能够保证预精轧机的之间完成无张力轧制的重要控制，保证产品的性能及质量。

1 高速线材轧机活套闭环控制系统概述

现代高速线材轧机，为了保证轧件尺寸精度，除必须设置高精度的主传动自动控制系统来实现轧辊转速的动态调节外，还需在轧线上设置若干活套，以实现无张力轧制。要形成活套，对轧件截面积有一定的要求，粗轧机组轧件截面积太大，不便于活套的形成；精轧机组系集体传动，不能设置活套。活套系统中设置有起套辊袭置，其结构为机械曲轴式，由电磁阀控制气缸动作，驱动起套辊升起和落下运动，虽然能够起到支承线材的作用，但不能作上下调节动作[1]。

起套辊升起高度一般设定在距轧制线150~250mm为宜，落套位置应低于轧制线水平位置，扫描器的输出信号反映了线材在轧线上与扫描器的夹角，有效夹角范围最大为±30°，相应的输出电压值为土10V，且所测夹角和电压值成线性关系。扫描器的零位中心线(即零度位置)应是活套高度的工作零点位置，而工作零点位置的选择，只能在实际调试中加以确定。对于立活套而言，工作零位位置距轧制线的高度一般在300~350mm之间，从而保证工作能够按照要求顺利完成。

2 高速线材轧机活套闭环控制系统的研究

2.1工作原理

利用活套扫描器测量现场活套实际高度同活套设定基准值进行比较，利用差值对轧机的速度进行控制，保持无张力轧制。在线材的轧制过程中相邻架轧机间会出现间距的轧件，通过对“多余”轧件的测量，实现对轧机速度控制即活套自动控制，为形成最好的活套形式，在实际生产时由起套辊对轧件进行引导，通过设置在轧制中心线以外的活套热金属光电扫描器对活套高度实时测量，控制器通过数学运算计算出活套量。轧机控制系统利用活套量进行程序运算，反馈至轧机速度调节器，速度调节器将模拟量信号转换为数字量信号，使与轧件相关的轧机速度能够自动调整，以维持活套高度恒定即套量恒定[2]。

2.2主要设备

线材生产时轧件进入预精轧机组后断面较小，为避免轧件产生堆钢、拉钢情况，需要在预精轧机中临近的2架轧机中间配置活套控制环节，通过速度级联控制使2架轧机间的轧件维持在恒定套量下进行轧制，达到无张力轧制或微张力轧制的条件。活套的控制系统包括用于检测活套高度的热金属光电扫描器、逻辑控制部分及模拟量调节部分，其精度和灵敏度直接作用到活套控制，而模拟量调节控制由PID调节器构成，受轧件温度、轧件材质和咬钢动态速降等外部条件影响轧机间速度匹配，实现调节轧机间的速度，按照既定标准严格执行生产工作。

3 高速线材轧机活套闭环控制系统的应用策略

3.1优化落套控制

为了保证起、落套动作信号的绝对可靠，系统中采用了三个起套控制信号和三个落套控制信号，计算机在延时时间处理中采用了长度系数补偿的办法，即对起套和落套中使用的延时定时器的长度參数(如两机架间的距离、机架与检测器之间的距离等)乘上一个百分数。这样做的好处是:可以消除由于软件系统本身运行周期较长(约40ms)而造成的定时器计算误差以及可灵恬地适应电气开关和机械气阀等的动作滞后时间的不-致性。对此，只要在调试时根据现场实际工况来调整百分数，便可选择出最佳的起套和落套时刻[3]。

3.2做好活套定位

活套定位需要预先计算出位置信息，通过READ-HI传递到控制功能中，所有扫描器通道的通讯进行处理，扫描器产生一个小值，PC元素将电路板初始给定的值转换成随着活套向其正常位置增长的值，提供测量活套位置LP，保持活套在预定位置，值0~255以毫米为单位转换成活套高度值，整体以轧件进入活套台作为参考。活套的工作定位值即为基淮套量值，控制就是为了使活套稳定地保持在工作零位，当套量发生变化时，调节上游侧机架的速度，在量值较小时只调节上一机架的速度，保证上游侧其它机架的位置相互关联。

3.3保持系统稳定

活套控制的动态特性完全依赖于相邻主传动速度控制的动态特性，依赖于由轧件分布、设计以及活套台调整给出的限制。活套在整个轧件方向可保持在正常活套位置的±10 mm。活套控制阶跃响应时间被限制到最小响应时间，它等于主传动速度控制响应时间的3倍，正常响应时间为200 ms，对活套控制增益的不适当的调节将导致有下列典型特征的振动：活套以大约2 s的周期振动；在整根轧件的方向，活套以平稳的振幅及频率振动；当活套比例增益设定减小到引起振动的比值的一半时振动将停止，通过有效空中保持系统的稳定性。

结束语：

轧机活套闭环控制系统在轧件通过相邻 2 架轧机时，轧件形成活套引起活套高度变化，要保证闭环控制系统设计和选型合理，才能使转速调节平稳。在活套高度大于设定高度时，调节器需要通过活套高度变化来调整轧机电机转速，并进行速度级联调节，提高线材生产的速度和质量，保证工作开展的效益。

参考文献：

[1]陈连运,周民,陈莹卷,等. 模块化精轧技术在不锈钢高线中的应用[J]. 中国冶金,2022,32(6):168-174.

[2]牟立君. 高速线材减定径机组的特点及应用[J]. 新型工业化,2022,12(6):166-169,186.

[3]李艳东,李向前,韩锋,等. 高线精轧机LCI变频传动系统稳定运行研究[J]. 电工材料,2021(3):56-57,62.