高速線材活套控制系統的應用

王志強 劉慧博

摘 要：介紹高速線材活套控制系統的控制原理與控制過程，并對活套系統常見故障進行介紹分析。

關鍵詞：高速線材；活套；故障；控制過程

前言

現代高速線材生產的主要特點是高速、無扭、無張力、連續(xù)。而保證高速、無扭、無張力連續(xù)軋制正常進行的條件是各機架的“金屬秒流量”相等。而在實際軋制過程中，由于物料溫度、軋輥磨損以及沖擊載荷引起的速度波動等因素的存在，從理論上確定的軋輥轉速往往不能實現各機架的“金屬秒流量”相等，所以在高速線材軋制線中引用微張力控制和活套控制對軋機進行調節(jié)。一般來說微張力控制用于低速軋制區(qū)域，活套控制則用于高速軋制區(qū)域。在實際生產中活套直接影響線材的成品質量、產量及成材率等。因此，活套控制在整個高速線材生產線中地位十分重要，必須合理、有效地控制。

1 活套的定義、組成及作用

1.1 活套的定義

通過自動控制系統調節(jié)相鄰機架速度，使機架間產生“多余”物料，物料在起套裝置輔助下形成且能動態(tài)保持的弧狀物，這個弧狀物就稱為活套。

1.2 活套的組成

活套主要有五個部分：分別為活套臺、支撐輥、起套輥、氣動系統以及活套掃描器，其中支撐輥、起套輥起物料的導向和支撐作用。氣動系統控制起套輥起落，活套掃描器負責測量活套高度。具體結構如圖1所示。

圖1 活套結構簡圖

1.3 活套的作用

活套是實現高速線材無張力軋制的重要組成部分。即在軋制過程中，物料不存在堆拉關系。這是活套通過調節(jié)套高實現的，當相鄰機架間物料的量減少時，套高會隨之減小，活套起緩沖作用，防止物料拉伸，影響物料尺寸；同理，活套還可以吸收機架間過量的物料，防止堆鋼。

由此可見活套控制系統的主要作用是吸收因各種原因產生的速度波動，實現無張力軋制，從而提高成品質量。

2 活套的控制基本原理與控制過程

2.1 活套的控制原理

活套套高控制是通過調節(jié)與活套相鄰機架速度來實現的?；钐滋琢康扔诨钐咨嫌螜C架出口速度V1與下游機架入口速度V2之差的積分，當V1>V2時，套量增加，套高增加，反之套量減少，套高降低， 當V1=V2時，套量、套高均不變。

活套套高通過活套掃描器來測量?；钐讙呙杵鳒y量套高實際值，并將測量值動態(tài)反饋到PID調節(jié)器，與設定值進行比較，然后根據其偏差，通過速度調節(jié)系統不斷調節(jié)上下游機架速度來實現活套套高的無靜差調節(jié)，從而實現無張力軋制。具體控制原理框圖如圖2所示。

2.2 活套的控制過程

活套控制系統按其控制對象可分為兩部分：

（1）邏輯控制：它主要是通過對軋制線上物料位置的跟蹤，控制活套控制系統各個階段切換，控制起落套閥的動作，從而達到控制活套的目的。（2）活套高度控制：主要是將活套掃描器測量的實際套高與工藝設定值進行比較，其偏差經PI調節(jié)器的運算，參與調節(jié)軋機速度，以實現無張力軋制的工藝要求。

按控制過程可分為：活套預形成階段、活套形成階段、活套控制階段和活套甩尾階段。各個階段具體劃分見圖3。

圖3 活套順序控制信號時序圖

2.2.1 活套預形成階段

當上一根物料尾部離開下游機架后，該區(qū)域進入活套預形成階段，直到下游機架再次咬鋼為止。該階段的主要工作有兩個：

（1）微降低下游機架的轉動速度，使其“金屬秒流量”比上游機架軋機小，這樣物料咬入后，套量可以在該處快速積累，拱起成套。（2）發(fā)出起套命令，以便起套輥在下游機架咬鋼同時升起。

2.2.2 活套形成階段

活套形成階段從下游機架咬鋼開始，隨著再下游機架的咬鋼而結束，持續(xù)時間一般不超過4s，以避免因兩機架間距離過長等原因造成活套形成階段過長。這一階段的任務就是形成活套，并使下游機架速度恢復到正常軋制速度。

2.2.3 活套控制階段

活套控制階段從活套形成階段結束開始，直到物料尾部到達上游機架示警時間WT2。

這個階段的主要任務是控制活套高度，使其始終保持在設定值附近，實現活套高度的無靜差調節(jié)，從而實現無張力軋制。另外，在整個活套控制階段，活套高度是通過修正上游機架的速度來調節(jié)的。

2.2.4 活套甩尾階段

活套尾部控制階段是從物料尾部到達上游機架示警時間WT2開始，直到物料尾部離開下游機架。

這一階段控制主要是為了避免浪涌和甩尾現象發(fā)生，需要在活套尾部快離開上游機架時將套高從正常套高降低到尾部套高TLP。同時，發(fā)出落套的命令，由于空氣阻尼的作用，起套輥不會立即失去支撐力，避免浪涌；當物料尾部離開上游機架后，活套失去推力后沿軋制方向伸展變直，避免甩尾。

3 活套的常見故障分析及處理方法

活套產生故障的原因有多個：工藝、機械、電氣都有可能導致活套故障，主要有以下幾種情況。

3.1 活套起套輥不能正常起落套

（1）熱金屬檢測器、活套掃描器損壞，不能正常檢測物料。（2）活套掃描器檢測環(huán)境異常：掃描器鏡片臟、檢測口沒對準、導槽底部有氧化鐵皮或大量霧氣等擋住物料影響檢測。（3）活套電磁閥線圈未正常動作：線圈燒損或線路問題造成未正常得電。（4）換向閥堵塞、現場氣壓不足或機械機構犯卡，造成起套輥不能正常工作。

3.2 活套頭部起套較高

（1）沖擊速降補償量偏小。（2）起套參數中P增益偏大。（3）工藝調整原因：壓下量太大，造成咬入角較大，物料頭部偏高。

3.3 活套套量不穩(wěn)

（1）活套掃描器內部故障，套量無規(guī)則波動，甚至波動時有時無。（2）活套比例控制增益的調整不當，導致活套不穩(wěn)定，活套套量在整根物料通過期間幅值和頻率均勻波動，波動周期為2s左右。（3）由于機械調整不當或活套臺設計不合理引起，套量波動從形成活套后開始，振幅沿物料方規(guī)律地變化，可通過調整下一起套輥及支撐輥的位置來解決。（4）導衛(wèi)安裝不當，物料在輥縫中擺動，致使機架的變形量發(fā)生變化造成活套套量在整個軋制過程中，振幅和頻率均勻波動，周期為2～4s。

3.4 活套落套時甩尾

（1）活套落套給定斜坡過長，造成落套延遲，會直接導致活套甩尾。（2）活套前機架物料尺寸嚴重超差及相應滾動導衛(wèi)的開口過大或過度磨損等，均會使物料尾部在活套臺脫尾失速，造成活套在收套狀態(tài)下間歇甩尾。

4 結束語

活套控制系統在高速線材生產線有著舉足輕重的作用，直接影響產品的質量與產量。分析其控制原理及控制過程有利于解決在實際生產中遇到的各種問題，希望能為現場工作者及科研人員提供一些參考。

參考文獻

[1]卿俊峰，劉勇.高速線材軋機的活套控制[J].軋鋼，2005（2）：69-71.

[2]李燦明，趙剛.高速線材活套套量波動的研究和分析[J].浙江冶金，2005（4）：34-37.

[3]伍露萍.高速線材活套的智能控制研究[D].沈陽：東北大學，2010.

作者簡介：王志強（1982-），男，包鋼鋼聯股份有限公司，工程師，技術員，本科，控制工程。