楊陽(yáng)

摘 要：活套控制是現(xiàn)代軋鋼工藝中非常重要的環(huán)節(jié)，能夠提高軋鋼過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性，其目的就是保證穩(wěn)定軋鋼過(guò)程中機(jī)架之間的張力控制，防止堆鋼、拉鋼問(wèn)題的出現(xiàn)。文章以高速線材生產(chǎn)中活套控制為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)活套掃描器的測(cè)量原理分析，在實(shí)踐中形成了一套對(duì)活套掃描器的測(cè)量校正的方法，利用活套特點(diǎn)介紹實(shí)踐中起落套的各種情況，達(dá)到軋制中無(wú)張力控制的目的，并且介紹速度級(jí)聯(lián)參數(shù)R因子的計(jì)算方法，通過(guò)對(duì)速度修正值的級(jí)聯(lián)傳遞和R因子的調(diào)整以及在起套和收套時(shí)活套輥的動(dòng)作時(shí)序?qū)崿F(xiàn)活套的優(yōu)化控制，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：活套掃描器；高速線材；活套控制；速度調(diào)節(jié)

引言

在現(xiàn)代軋鋼技術(shù)中，活套控制已被廣泛應(yīng)用于連軋的自動(dòng)控制之中，成為一項(xiàng)成熟的連軋機(jī)組自動(dòng)速度調(diào)節(jié)的手段。活套控制是通過(guò)活套掃描器檢測(cè)兩相鄰機(jī)架間的過(guò)剩材料形成的弧型曲線軋件高度來(lái)間接測(cè)量活套的長(zhǎng)度，通過(guò)比較設(shè)定的活套高度與實(shí)測(cè)活套高度，自動(dòng)調(diào)整各機(jī)架的速度，使其測(cè)量值始終與設(shè)定值保持一致，從而達(dá)到兩相鄰機(jī)架間無(wú)張力軋制的目的。

1 活套掃描器的測(cè)量原理分析

1.1 測(cè)量原理

活套掃描器是以掃描方式工作的傳感器，它對(duì)溫度高于250℃的熱工件的紅外輻射敏感?；钐讙呙杵饔糜跈z測(cè)位于其視場(chǎng)范圍內(nèi)的熱工件（鋼，銅，合金及玻璃等）的位置并輸出與工件在視場(chǎng)中的角度位置成正比的信號(hào)?；钐讙呙杵魍ㄟ^(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的多面反射鏡裝置掃描傳感器的檢測(cè)視場(chǎng)，工件的紅外輻射被這些反射鏡反射到光電元件上。傳感器通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的帶反射鏡的裝置（轉(zhuǎn)鼓）掃描它的視場(chǎng)范圍。當(dāng)傳感器的解析光束檢測(cè)到位于其掃描視場(chǎng)中的熱工件的前邊沿的紅外輻射時(shí)，此紅外輻射被轉(zhuǎn)鼓上的反射鏡反射到光電轉(zhuǎn)換元件上，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后，得到一個(gè)“測(cè)量”脈沖序列。

另外，傳感器內(nèi)部也產(chǎn)生一個(gè)與掃描視場(chǎng)起始端相對(duì)應(yīng)的參考脈沖。參考脈沖與測(cè)量脈沖之間的時(shí)間間隔“t”和掃描視場(chǎng)起始端與熱工件前邊沿位置之間的角度“a”相對(duì)應(yīng)。傳感器將時(shí)間“t”轉(zhuǎn)換為模擬電壓，此電壓與角度“a”成正比，而與掃描電機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)。

1.2 活套控制的原理分析及活套參數(shù)的設(shè)定及調(diào)整方法

1.2.1 活套控制的基本原理

為便于論述，把兩相鄰機(jī)架通稱為（n-1）架和n架。當(dāng)軋件頭部進(jìn)入n架前，n架軋機(jī)速度有動(dòng)態(tài)速降，同時(shí)起套輥快速動(dòng)作，從而形成活套。此時(shí)活套掃描器連續(xù)地對(duì)套的位置進(jìn)行掃描檢測(cè)，并通過(guò)n架軋機(jī)R因子和直接的速度級(jí)聯(lián)對(duì)（n-1）架自動(dòng)進(jìn)行逆向速度調(diào)整控制，始終使實(shí)際套高與設(shè)定值保持一致。在軋件尾部接近（n-1）架時(shí)，控制系統(tǒng)對(duì)（n-1）架進(jìn)行降速，同時(shí)起套輥快速收回，從而減輕甩尾。其中R因子是連軋機(jī)秒流量相等的忠實(shí)表現(xiàn)，每個(gè)機(jī)架均有一個(gè)R因子，它是控制相鄰兩機(jī)架轉(zhuǎn)速比的重要參數(shù)。

Rn=■=■ （1）

式中：F■為（n-1）架的軋件斷面積；Fn為n架的軋件斷面積；V■為（n-1）架的軋機(jī)線速度；Vn為n架的軋機(jī)線速度。

1.2.2 活套的機(jī)械構(gòu)造及參數(shù)分析

軋線上的活套分為立式活套和水平活套兩種，活套由臺(tái)架、氣缸、起套輥、支承輥輥及導(dǎo)輥組成，具體形狀及參數(shù)如圖1所示。

圖1

實(shí)踐證明當(dāng)正常的活套控制曲線是一條標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線時(shí)，可以有效的保證活套的穩(wěn)定性以及減少軋件與機(jī)械設(shè)備的磨損，如圖1所示，活套的最高點(diǎn)應(yīng)位于活套長(zhǎng)度方向的中心，即是安裝活套掃描器的位置，為了使形成的活套控制曲線是標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線，活套高度的設(shè)定就非常關(guān)鍵，套高設(shè)定過(guò)高或過(guò)低就會(huì)使活套曲線變?yōu)橐粭l變形的活套曲線，如圖2所示的曲線。

當(dāng)我們把套高設(shè)定過(guò)低，活套將變成一條三角形曲線如曲線（1），這是由于活套掃描器檢測(cè)的套高大于設(shè)定值，通過(guò)對(duì)n架軋的R因子的控制而使n-1架軋降速，從而使活套兩側(cè)機(jī)架之間產(chǎn)生了拉鋼軋制，實(shí)際套高與設(shè)定套高的差值越大，n-1架降速愈厲害，拉鋼軋制狀態(tài)愈嚴(yán)重，一旦形成三角形活套，則兩機(jī)架間嚴(yán)重處于拉鋼軋制狀態(tài)，成品斷面積就會(huì)波動(dòng)。反之當(dāng)套高設(shè)定值過(guò)高時(shí)活套的套形就會(huì)如曲線（2），同理由于n-1架軋機(jī)升速，造成大量軋件堆積在兩軋機(jī)間，活套套型不穩(wěn)，波動(dòng)嚴(yán)重，極易造成堆鋼，曲線（1）和曲線（2）均是由于不正確的套高設(shè)定而得到的。

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于懼怕套高過(guò)高而產(chǎn)生堆鋼事故，所以普遍把套高設(shè)定值取小，這樣就產(chǎn)生拉鋼軋件而使軋件哈夫偏小，為了彌補(bǔ)這一缺陷，操作工片面的放大前道的輥縫，而當(dāng)軋件脫尾或頭部進(jìn)入軋機(jī)時(shí)軋件處于無(wú)張力狀態(tài)，這時(shí)由于前道斷面積的增大，使該道軋件的頭尾超差，若有若干架間的套高設(shè)定不正確，便會(huì)使成品出現(xiàn)頭尾耳子。

1.2.3 活套參數(shù)的設(shè)定及調(diào)整方法

實(shí)踐證明，在測(cè)得活套的機(jī)械位置后，設(shè)定合適的活套高度，能夠得到完美的活套控制，并保證良好的尺寸公差。

根據(jù)活套臺(tái)架的高度一般為500～800mm，為保證活套有足夠的調(diào)節(jié)空間，套高的最佳設(shè)定值在200～300mm之間時(shí)，活套能夠最有效及安全地進(jìn)行控制，如果我們把套高設(shè)定在200～300mm間，而忽視了起套輥的高度時(shí)，同樣無(wú)法正常地進(jìn)行活套控制，若起套輥抬起過(guò)高，則會(huì)使軋件在起套輥上形成突彎，從而對(duì)支承輥形成一個(gè)直坡，該直坡會(huì)在活套中產(chǎn)生過(guò)量的張力，其原理與套高設(shè)定不正確相同。

2 活套的控制

2.1 起套和收套控制

軋件頭部進(jìn)入下游機(jī)架時(shí)，下游機(jī)架的速度由于動(dòng)態(tài)速降會(huì)適當(dāng)降低，軋件咬入該架后能在起套輥的作用下形成活套。下游機(jī)架的速度修正量與設(shè)定的起套高度Hs有關(guān)。通常，起套時(shí)不是一步就把活套升到正?；钐赘叨菻n，而是先升到Hs，再調(diào)節(jié)到Hn上，Hs的設(shè)定要小于或等于Hn。

系統(tǒng)要精確地控制起套輥的動(dòng)作，使其在軋件咬入下游機(jī)架時(shí)，恰好它已開始動(dòng)作。動(dòng)作過(guò)早，可能造成軋件咬不進(jìn)下游機(jī)架而使起套失??；反之，動(dòng)作太遲，一旦軋件咬入了下游機(jī)架，起套輥的動(dòng)作就相當(dāng)困難了。因此需要系統(tǒng)準(zhǔn)確地跟蹤軋件頭部位置和起套輥的動(dòng)作時(shí)間。根據(jù)跟蹤軋件頭部位置距下游機(jī)架的距離和軋件的速度計(jì)算出頭部距下游機(jī)架的時(shí)間t，當(dāng)t等于起套輥的動(dòng)作時(shí)間時(shí)產(chǎn)生W1信號(hào)，W1信號(hào)作為PLC發(fā)出的起套輥動(dòng)作命令如圖3所示。在起套階段，對(duì)下游機(jī)架的速度修正僅限于其本身，此時(shí)要封鎖該部分的級(jí)聯(lián)控制，否則會(huì)對(duì)其他機(jī)架產(chǎn)生干擾。

當(dāng)軋件的尾部接近上游機(jī)架時(shí)，即進(jìn)入了收套階段。為了安全收套并防止突然收套可能引起的“甩尾”，要先調(diào)節(jié)上游機(jī)架的速度來(lái)降低活套的高度到Ht位。Ht的值由人工設(shè)定，一般在100mm左右。同時(shí)，起套器回落到底部位置，用調(diào)節(jié)上游機(jī)架的速度來(lái)降低活套高度也是為了避免對(duì)其他機(jī)架產(chǎn)生干擾。收套完成后，控制返回到下一軋件的起套階段。

2.2 活套控制

起套完成后，即進(jìn)入活套控制階段。此時(shí)，系統(tǒng)按正常的級(jí)聯(lián)方向，對(duì)所有與此軋件有關(guān)的機(jī)架進(jìn)行實(shí)時(shí)的速度修正?；钐卓刂剖遣捎靡粋€(gè)PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行的，系統(tǒng)按主級(jí)聯(lián)控制的方向把PI調(diào)節(jié)器的輸出疊加在上游機(jī)架的速度給定值上，這就相當(dāng)于連續(xù)地修正上游機(jī)架的速度，以保證活套的高度與設(shè)定值一致，并通過(guò)主級(jí)聯(lián)控制相應(yīng)地改變與此軋件有關(guān)的上游其他機(jī)架的速度。從級(jí)聯(lián)控制的角度看，活套的比例調(diào)節(jié)相當(dāng)于當(dāng)實(shí)際套高與設(shè)定套高絕對(duì)差值大于某一設(shè)定值時(shí)，直接調(diào)節(jié)上游機(jī)架的速度，活套的積分調(diào)節(jié)相當(dāng)于通過(guò)不斷地修改下游機(jī)架的R因子來(lái)改變上游機(jī)架的速度。一旦活套高度與設(shè)定高度近似相等且不再波動(dòng)，控制器就會(huì)將正確的R因子存儲(chǔ)并用于下一軋件的活套。

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代高速線材軋機(jī)，最主要的特點(diǎn)是機(jī)架間距小，連續(xù)軋制，速度快，要求控制精度高，穩(wěn)定性好，調(diào)速快，反應(yīng)靈敏，自適應(yīng)功能強(qiáng)?；钐卓刂葡到y(tǒng)是具有自適應(yīng)功能的有效控制方式。在實(shí)際生產(chǎn)中，為避免或減少活套故障，必須在掌握其基本原理的前提下，適時(shí)控制各工藝環(huán)節(jié)，以促使現(xiàn)代高速線材軋機(jī)生產(chǎn)能力的充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)

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