带钢热连轧机组活套自动控制及应用

【摘要】：活套是在金属热连轧过程用来调整轧机之间张力的最主要设备，由于金属热轧制的发展已有几十年的历程，在此过程中，随着自动化控制技术的日益提升，活套控制的精度和智能化越来越高，本文通过带钢热连轧生产线精轧机组活套的应用，对其先进的功能和作用进行了详细介绍和说明，并分别说明了活套的两种控制方法：常规PI控制和ILQ控制的原理以及在两种自动控制方法在轧制过程中的实际应用。

[关键词]：活套；常规PI控制；ILQ控制

中图分类号：TG334.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（c）-0000-00

1.概述

本文以某钢铁集团年产240万吨超薄带钢热轧生产线―UTSP热轧板带工程为例对活套先进的功能和作用进行了详细介绍和说明，其产品产品工艺规格为宽度800-1600（mm），厚度0.8-12.7（mm）的各类型热轧带钢。

主轧线分为粗轧和精轧两个机组，共有7架轧机组成，其中粗轧两架，精轧5架，各机架均采用三相同步电机传动，在F1-F5五架精轧机组之间设有4个活套。设定活套的目的是为了确保两机架之间保持特定张力，当下游机架流量高于上游机架、下游机架速度过快时候产生张力，当下游机架速度小于上游机架时活套抬起建张，如果不设活套这一特殊设备，在轧制过程中，带钢套量将逐渐增加最终会形成折叠和扭曲，如果形成折叠或者扭曲，带钢将以好几倍的厚度进入下游机架，产生堆钢事故，最终结果会影响轧辊和轴承以及轴承支撑等机械设备以及现场传感器的寿命。

2.活套的作用介绍

2.1 活套的角度给定

轧制过程中活套的角度由二级计算机数据库给定，活套根据计算机数据库的给定值进行程序的最初给定，在实际轧制过程中，活套角度微调由一级基础自动化程序来计算并给定。

在一级基础自动化程序中，活套在自动操作情况下，要具备以下互锁条件：

1） 控制选择

2） 活套模式自动

3） 轧机主传动健康

4） 液压控制正常

5） 活套PLC系统健康

6） 位置传感器健康

7） 活套压头健康

2.2 活套的张力给定

活套的张力给定也是通过二级计算机系数据库进行计算，给定后，在轧制过程中，操作工在-20%到+50%之间通过每秒10%的调节度进行速度调节，在带钢生产过程中，带钢保持恒定的张力具有降低轧制力、防止轧件跑偏、改善带钢平直度、适当调节主机负荷等作用。但是，当材料在在高温下轧制时，张力过大会造成整个材料变形，对宽度和厚度影响很大，尤其是对宽度公差造成的影响，因此采用恒张力轧制，即在轧制过程中保持张力的恒定。在张力控制系统中，其作用是顶起并绷紧带钢，使之产生张力，并通过张力控制程序对活套装置进行恒张力控制，以使连轧机组在给定的恒张力下轧制。每个活套均有各自的张力和平衡力设定值。

3.活套控制

根据上文可知活套的角度控制和张力控制是自动由二级数据库设定值执行的，目前比较常用的有两种控制理论执行活套控制，一种称为活套的常规PI控制，另一种是活套的ILQ控制。

3.1常规PI控制

图2-1为常规PI控制的功能图，此控制安装带钢张力控制和活套角度制，

带钢张力控制通过控制液压缸压力执行。在此过程中，活套角度为整个闭环控制的反馈值，PLC通过转矩给定和张力给定初步对液压缸压力进行调节，通过液压缸压力的给定，控制伺服阀，从而动态微调出活套的角度，并将角度作为反馈值反馈到PLC计算系统进行程序的计算。另外，二级数据库给定初始角度后，也根据PLC程序对给定角度和反馈角度进行公式计算，并最终调节出整个机架速度，从而得到实际张力。

图2-1

3.2活套ILQ控制

ILQ理论是指基于反二次方程理论，最接近的定义是反线形二次方程方向理论。在活套ILQ控制过程中，控制器同时处理两个变化的张力和活套角度，同时通过高精度的目标值进行整个生产过程中的套量控制，从而达到动态平衡的目的。

ILQ控制理论由如下三个条件组成，具体列举如下：

1） 通过指定关闭活套杆的请求关闭活套响应，活套的一个杆的工作方法在可选条件下。

2） 在控制过程中不需通过解答方程式的方法进行，因此不需要特别的计算工具保存方程。

3） 控制增益通过不同的模块进程代替数字值。

通过上述三个条件，ILQ控制为活套控制提供很好的方法，这样将很好地减少很多活套控制中的多次测试和错误。

图2-4为带钢头部ILQ控制时间表。

图2-4

活套ILQ控制方法启动的条件如下：

1） 常规PI控制启动+时间（Tmvon） 。

2） ，它的条件为Tmvton（sec）。

3） ，它的条件为Tmvaon（sec） 。

结语：

在轧机的轧制过程中，由于主传动系统总是存在着动态咬钢速降，而在稳定轧制过程中又总是存在着各种外部干扰，例如辊缝调节、压力调节等，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也是要检测到这些细微的偏差，进而通过活套的高度调节来吸收由此而产生的套量，达到轧件在轧制过程中金属秒流量相等的目的。此外，因为在轧制过程中轧件温度很高，若受到太大的张力，其轧件的应力就有可能超过金属的流动极限，致使带钢受拉变形降低产品的质量。

[参考文献]

[1]热轧工艺活套功能手册，日本.TMEIC.2005.9.

[2]吉林冶金，吉林省金属学会杂志，2007（2）.

[3]轧钢机，周建男.冶金工业，2009.4