热连轧机液压活套的控制策略分析.pdf

第 2 8 卷 2 0 1 0 年第 6 期 总第 1 5 0 期 使用与维护 热连轧机液压活套的控制策略分析 彭爱春 唐 山不锈钢有限责任公司 唐山0 6 3 1 0 0 摘要介绍了热连轧机活套控制理论和力矩的计算及控制方式， 经不断调整。优化和改善动态参数， 实 现 了活套高度 自动控制 ， 排 除了拉钢堆钢现象， 提 高了产品质量。 关键词套量微 张力 挑带力矩 唐山不锈钢厂 1 5 8 0 热轧线采用微张力活套控 制， 由低惯量快速液压活套装置配合各机架 。生产 线共设 6 个活套 ， 活套臂工作角度9 3 5 。 ， 逻辑控 制和连锁计算 由西 门子T D C完成 ， 实现了活套恒 张力 、 自动起落套和活套高度闭环控制。 l 活套控制理论依据 1 ． 1 机 架间套量 方程 液压活套是保证在轧制过程中对带钢在机架 间产生一个恒定的张力 ； 在两机架间形成一个缓 冲区， 保证各机架的连续轧制 ， 控制机组的轧制速 度 。轧件在热连轧精轧机组轧制的过程 中， 分为 咬人和连轧两个阶段。咬人 阶段为带钢头部进入 轧辊到带钢在机架 间建立张力前的阶段 ， 在此 阶 段轧辊咬入轧件时 ， 主电动机受到冲击载荷作用 ， 产生动态速降， 由于动态速降导致产生一定的活 套量 ， 而机架间设有活套控制器， 当带钢进入下一 轧机 开始 连轧 阶段后 ， 活套控制器抬起 ， 接触带 钢， 完成机架间建立张力 ， 此时带钢 的张力由活套 控制器来控制， 机架间存储的套量变化量 A l J ， 1 式中 机架间存储的活塞套变低量 ； F i 机架带钢 出口速度； F i 1 机架带钢出口速度。 由式 1 可看 出在连续轧制时 ， 实际上保持理 论上 的秒流量相等是相 当困难 的， 甚 至是办不到 的。为 了使轧制过程能够顺利进行 ， 有意识的采 用微堆钢或微拉钢的操作工艺。 当 。 ≠ 时 ， 随时间的增长 ， 套量将无限增 加或减少 ， 如果不加以控制 ， 则由于套量增加过大 而在机架间产生叠钢 ， 这将引起严重事故 ， 反之 当 套量减少从而最终使带钢绷直 ， 产生拉钢现象。 由于机架间活套机构的存在 ， 套量 的增加及 减少将 由活套控制器的升降来吸收 见图 1 ， 机架 一 6 一 间的活套变化量为 △ z[ z 。R c o s 0 R c o s 0一h d r ] [ z 。一R c o s 0 R s i n Oh dr ] 忍一f 2 式中 z轧机间中心距／ ra m； Z 轧机与活套间距离／ mm； h 活套中心与轧机中心线间距离／ mm； 活套臂长／ m m； r活套半径／ ram； 0活套摆起角度 ， 0 ≤ 0≤9 0 。。 由于 式 2 可 以看 出仅 有 0为变 量 ， 因此 △Z ．厂 0 ， 活套量△ Z 与 0 角 的关系在工作段基 本符合二次曲线。 F 图 1 活套示意 1 ． 2 活套控制器的工作参数状 态 由于数据采集与分析系统 P D A P r o c e s s D a t a A c q u i s i t i o n 的出现 ， 很直观看出连轧时轧制压力 、主 电动机电流 ， 、 主电动机速度 力 、 活套摆角 0 和张力 的变化 见图2 。 使用与维护 0分扰 ％ 宙8雪808 F a h c 张力 没定值 e 图2 变化规律示意 ，一 机架轧制压力 ； 卜一 ， 机架主 电动机 电流； J 】 一 杌架主电动机速 度；p 一 与 杌 架间活套辊摆 角； 一 与 ， 机 架间带钢 张力。 1 罔 2 a 从压头发 出压力信号到活套辊升 至_T作零位角为止 ， 约需 0 ． 5 s ， 到活套辊绷 紧带钢 并建立给定张力 ， 总共需 1 s 。 2 图2 h 从带钢头部被 ． 机架 咬人之后的 0 ． 3 O ． 5 s 内， ， 机架的动态速降到恢复 ， 而在此时 间内F和 n， 机架减活套量产生 。 3 图 2 c 从带钢头部被 ． 机架咬入之后 的 0 ． 5 s 内 由于 ． 机架产生了动态速降。 4 图 2 r i 从带钢头部被 n 机架咬人之后 的 0 ． 5 s 内， 活套控制器 升进入控制。 5 图2 e 从带钢头部被 n 机架咬入之后 的 1 s 左右 ， 活套控制器将活套绷紧， 进入张力控制。 1 - 3 控 制活套 所 需要 的力矩 在实际控制 系统中 ， 人们不仅对实际活套量 关心 ， 而且对在不同摆角时， 活套控制器所承受 的 力矩更为关注。因为得 到合力力矩后 ， 才能真正 控制活套系统 ， 达到恒定小张力控制 目的。 第 2 8 卷 2 0 1 0 年第 6 期 总第 1 5 0 期 乜雷 豁8 S 、 8 5 8 0 8 分 ％0 蜘苣8S ％、 s e 8 批 在轧制过程 中， 活套控制器 承受 的力矩 主 要有以下 部分 一是带钢在两机架之 间形成 的张 力力矩 ； 二是带钢重量和活套 自身重量形成 的力 矩 ， 这称为重力力矩 ； 还有挑带力矩 它使带钢弯 曲， 轧制厚带钢尤不可忽视 。这些力矩合成活套 控制器所承受的总力矩 ； 。 ； M o 十 3 式中 主动力矩／ N 1 11 ； ， 力矩偏移／ N II l ； 胍活套 自重产生的力矩／ N I T I ； ％带 钢 自重产生的力矩／ N I T I ； 带钢张力产生的力矩／ N 1 1 1 ； ％厂一挑带力矩／ N m。 活套所需总力矩是 以上力矩之和 ， 并且是活 套辊摆 角 0和张力 的函数 。为保持张力恒定 ， 当活套角变化时， 在板带流动方 向的分量恒定。 液压活套主动力矩 为液压活套产生的作用 力及力 臂的积 ， 作用力为无杆腔侧压 力与缸截面 之积减去有杆腔侧压力 与杆截 面之积 ， 力臂为支 撑点到作用力的距离。其亦为活套角 的函数 。所 以控 制活套 角和其产生 的力矩是解 决问题 的关 键 2 控制 功能 的实现 现代带钢热连轧的一个基本特点是恒定微张 力的活套量轧制 。在轧制 中， 由于咬钢 动态速降 和钢温及材质等各种外部干扰有关 ， 使得各机架 问的速度 匹配遭到破坏 ， 在机组 间安装活套的 目 的是检测偏差 、 调解机架间的速度 和实现两机架 之 间带钢保持恒定 的微张力以免拉钢 ， 保障产品 质量 。其实现的方法是在下一机架咬钢后迅速起 套 ， 进入稳定轧制后保持设定的张力恒定。并根据 活套 自动调节各机架速度 ， 保持套量恒定。所谓保 持轧制设定的张力恒定是根据上位机预设定的张 力和带钢 自重及 当前检测到的活套实际角度 ， 计算 出活套合力矩给定的。一旦相邻机架间的对拉关 系发生变化 ， 活套随之发生变化， 同时利用新的角 度反馈值重新计算活套合力矩 ， 对活套的设定进行 修正 ； 随着活套角度和活套合力矩的相互变化 ， 有 效地保 证了作用于轧件上的张力恒定 ， 在带钢离开 上游机架时及时落套 ， 并保证活套支撑器准确停在 电气零位处 ， 为下次过钢做好准备 见 图3 。 1 S e t u p 块 在这里实现手／ 自动选择 、 单／ 联动 选择 、 液压缸活塞侧和杆腔侧 的压力设定 。手动 为换辊或设备单体调试 时使用 。 自动为带钢依次 一7一 第 2 8 卷 2 0 1 0 年第 6 期 总第 1 5 0 期 ％0 口6 0 ％％ 0 0 0s 0 S 电0 0 s 0 如0 i 使 用与维 护 j 电G∞8s e 、 ％ 雪 0 s 札电， s 85≈ s 0 s ≈ s 曾808 8 8窖8 0 图3 活套控制结构 进入每台精轧机应使用低速 即低速穿带 。当带 钢从精除鳞箱 出口进入 精轧机和通过 活套进 入 精轧机后 ， 活套应立 即起套处 于名义工作 位置 参考值 2 0 ～ 3 5 。 ； 带头进入 精轧机后 ， 活套应立即起套； 依次进入 ， ， ， 精轧机 ， H ， H， ， 活套相应起套工作 ， 形成连轧再加速进 行轧制。 2 C a l c u l a t i o n d e p e n d i n g o n a c t u a l p o s i t i o n 块 实 现活套辊 液压系统进行微张力调速控制。 活套架通过检测角度位置和压力来进行控制。由 活套液压回路压力反馈进行检测张 力， 由活套旋 转臂端部的编码器检测角度。使其改变轧机速度 并进行微张力的预计算 ， 以及 计算级联调 的力矩 极限等参数。 3 厶， 厶闭环控制 实现活套微张力控制 自学 习 见 图 4 、 图4活套自学习程序 3 结束语 唐 山不锈钢厂活套具有动作准确 、 调节精度 高 、 反应速度快等优点。经不断调整 、 优化和改善 动静态参数 ， 在轧制过程 中配合主传动完 成活套 一 8 ～ 高度 自动控制及微张力连轧 ， 起套 、 落套和调套过 程无需人工干预 ， 在S L N过程中活套柔和地上下 摆动 ， 基本上排除了拉钢和堆钢现象 ， 为提高产品 质量 ， 提高成材率打下了坚实的基础。 2 0 1 0 0 2 -0 5 收 稿