棒材连轧自动控制的研究与应用

摘要: 本文阐述了棒材热连轧中精轧控制系统中的活套控制系统,对活套高度控制作了较为全面和深入的研究,为企业取得良好的经济效益提供了可靠的技术基础。

Abstract: The paper introduces the control system of looper control technology rolling material milling. It does further comprehensive study for looper tension. It offers reliable technology foundation for making good economic benefits of company.

关键词: 活套控制;张力控制;活套力矩

Key words: looper control;tension control;looper moment

中图分类号:TP27 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)14-0143-02

0前言

近年来,随着社会发展与科学技术的进步,用户对钢铁产品的质量、品种、性能等各方面的要求越来越高。这就为轧制过程控制进一步增加了难度。成品棒材的质量又与精轧区控制精度密切相关。因此,如何提高精轧机组的控制精度,是优化产品性能、质量的关键。

恒定活套量和小张力轧制是现代热连轧精轧机组的一个基本特点。在轧制过程中,由于主传动系统总是存在着动态咬钢速降,在稳定的轧制过程中也会有各种的影响效果的因素,不可能始终保持各机架之间的速度匹配关系,所以设置活套的主要目的,就是在于检测到这些偏差,进而通过高度调节吸收这些活套量,使得生产正常稳定。

1活套控制系统

1.1 工艺概述莱钢中小型轧钢生产线中,主轧线由粗轧机组(6台)、中轧机组(6台)和精轧机组(6台)组成。在18架轧机中,前8架轧机间采用微张力控制,后10架轧机间采用活套控制,分别对轧机进行调速。

中精轧机架间设有10台活套装置,当轧件依次进入n+1架轧机时,n至n+1架轧机之间的活套依次升起,通过套高调节系统使轧机自动调速,并通过张力调节系统使轧件在小张力、恒张力状态下轧制,轧成所需要的钢材。轧件尾部依次离开各架轧机时,活套装置便自动下降复位。

根据生产需要将钢坯轧制到所需钢筋或圆钢16～60mm。

1.2 活套控制系统简介活套的主要作用是通过检测机架间轧件高度(即活套套量)来进行恒张力控制。通过检测套量信号的变化来控制上游机架速度,使得主传动的转速随时迅速而准确的调整,纠正轧速偏差,实现正常轧制生产。另外,正常轧制时,机架间轧件比机架距离稍长一点,靠活套辊将其绷紧,产生给定的恒定小张力。活套控制系统包括活套高度自动控制和活套张力自动控制。活套示意图如图1所示。

轧钢生产中,当活套辊上抬在机架之间形成套量时(图1),前后机架速度的变化将只影响活套的套量,此时轧件的张力将由活套来控制(活套将控制轧件张力在不同活套高度的恒定不变)。

1.2.1 活套高度控制系统活套高度自动控制是以某一设定的活套高度(一般为150mm~250mm)为基准,用调节主机速度来维持活套量恒定,即在由主传动速度控制系统及活套装置的套量信号(活套扫描器信号)所组成的活套高度闭环控制系统中,当实际的活套高度(活套量)与基准值不等时,用其差值控制上游机架主机速度,纠正秒流量偏差,以保持活套量恒定。闭环控制系统组成部分为数据采集单元(活套扫描器),PID控制器(ABB的AC450系统),执行机构(活套系统)。控制模型采用模糊PID控制方法。轧机活套控制简图见图2。

活套套高闭环系统非常复杂,活套套量等于前后机架速度差的积分,其变化明显的滞后于速度补偿控制量的变化,其性能很难满足日益增加的产品种类规格,以及质量和精度控制要求。尽可能的减少活套位置干扰信号对活套检测误差的影响是一个重要研究课题,活套闭环控制系统完全依靠反馈的活套位置来进行套高调节,因此活套检测误差对于活套控制系统是非常关键的。

采用模糊PID控制器来实现活套套高闭环控制。首先,把采集到的活套套高反馈进行模糊量化,划分成等分大小的各个控制区间。根据反馈套高落在不同的区间,输出不同的速度补偿控制量ΔV。其次,把活套反馈套高的微分,即最近相邻的两个周期的套高变化量,进行模糊量化,划分成不同的区间,根据微分落在不同的区间对输出控制量ΔV进行修正,实现对套高的提前预测控制。

1.2.2 活套张力控制系统活套张力控制的目的在于维持轧件恒定小张力轧制,避免产生堆钢和拉钢,并且消除轧件在中精轧机组的轧展。活套张力控制,首先根据预设张力、预设轧件的重力,在给定的活套高度下计算出活套合力矩给定。活套落套前轧件存在一定的张力,保持着一定的套量,落套时轧件突然失张,如果活套辊不能及时落下,翘起的轧件尾部高速甩出,严重时会导致严重的质量问题并损坏机械设备。采用自适应活套落套控制来解决这种问题。具体实现如下:

热连轧机采用轧件尾部达到前一个机架就发出落套命令来实现提前落套控制或采用小套轧制来实现落套控制,所谓小套轧制就是轧件进入尾部轧制时把活套设定高度从正常轧制设定高度修改为小套轧制高度,然后在有前架抛钢信号时候发出落套指令,使得落套时从小套轧制高度落套到机械零位,而不是从设定高度落套到机械零位,从而减小了轧件失张的长度,减小了甩尾的可能性。

活套位置(ACTPOS)=RANG×LP/255-ELP

其中:LP=READ-H1

PC元素的测量值为0―255

RANGE=测量范围(mm)=0.83×活套扫描器到活套辊中心距

ELP=轧件进入活套台架的高度,作为活套调零值

活套控制过程可分为四部分:预形成、活套形成、活套控制、甩尾阶段。

当N机架前面的活套扫描器探测到轧件时,物料检测元素给出启动控制信号,当轧件距离N机架W1远时,起套辊起套。此时,用启动活套位置SLP与正常活套位置之差E=SLP-NLP来调节N+1机架的速度,从而调节活套的高低,达到启动活套位置。

2总结

莱钢中小型车间热连轧中精轧机组控制系统,在轧机组态和其他工艺参数计算好的前提下,轧机调速平稳,微张力和活套控制稳定,满足了规格更换频繁、轧值节奏日益加快的生产需要,现年生产能力已突破原设计能力向年产100万吨迈进。

参考文献:

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