高速線材生產(chǎn)中的活套控制系統(tǒng)

張玉軍

摘要：本文介紹了高速線材生產(chǎn)中活套控制系統(tǒng)的組成、活套量的計(jì)算模型、活套的控制運(yùn)算和實(shí)際數(shù)字PID控制參數(shù)的配置方法；同時(shí)也介紹了活套掃描器的工作原理、安裝要求、以及活套掃描器對(duì)活套調(diào)節(jié)精度和穩(wěn)定性的影響；闡述了活套控制系統(tǒng)在高速線材生產(chǎn)中的重要性。

關(guān)鍵詞：活套；套量計(jì)算；活套控制；數(shù)字PID

引言

在高速線材生產(chǎn)中為保證軋出優(yōu)質(zhì)線材，其主要因素之一就是要保證預(yù)精軋各機(jī)架之間、預(yù)精軋和中軋機(jī)間以及預(yù)精軋和精軋機(jī)間實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制。由于軋制速度快以及其它方面原因的影響，要完全靠?jī)蓹C(jī)架本身的調(diào)速控制系統(tǒng)來(lái)保證無(wú)張力軋制而又不堆鋼是難以實(shí)現(xiàn)的。因此，在這些機(jī)架之間各設(shè)一活套控制環(huán)節(jié)，各活套控制環(huán)節(jié)通過(guò)級(jí)聯(lián)關(guān)系構(gòu)成一活套控制系統(tǒng)，保證軋件在這些機(jī)架間在有一定的套量下進(jìn)行軋制，以實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制的要求。

活套的型式根據(jù)工藝布置有二種。一種是水平活套，即活套構(gòu)成的平面與水平面平行，它的套的形成是靠調(diào)節(jié)相應(yīng)機(jī)架的速度自由形成或靠推套輥幫助起套，它對(duì)套量的存貯相對(duì)要大些，另一種是立活套，即活套構(gòu)成的平面與水平面垂直，立活套由推套輥幫助起套并靠推套輥支撐。一般預(yù)精軋機(jī)和中軋機(jī)之間以及預(yù)精軋機(jī)和精軋機(jī)之間采用水平活套，預(yù)精軋各機(jī)架之間采用立活套。本文是以某高速線材廠為例對(duì)活套控制系統(tǒng)加以闡述，整個(gè)活套控制系統(tǒng)由五個(gè)活套組成，三個(gè)立活套和兩個(gè)水平活套，采用逆調(diào)的方式。

1.3.實(shí)際套量檢測(cè)部分即活套掃描器。

活套調(diào)節(jié)部分主要是由PID調(diào)節(jié)器構(gòu)成，其作用是對(duì)實(shí)際套量進(jìn)行調(diào)節(jié)?；钐椎倪壿嬁刂撇糠质怯糜谔幚砘钐渍{(diào)節(jié)的邏輯聯(lián)鎖關(guān)系和順序控制?；钐讙呙杵魇翘琢康臋z測(cè)元件，它的靈敏度和精度直接影響著活套控制能否正常工作。

活套控制系統(tǒng)是由全線中各活套控制環(huán)節(jié)所組成，它們之間的順序控制關(guān)系由邏輯控制部分來(lái)完成。

2.活套量的計(jì)算模型

活套量一般定義為物料活套的弧長(zhǎng)減去此弧對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)。雖然人機(jī)接口設(shè)定的活套控制參數(shù)為活套的高度，但在活套控制系統(tǒng)中常把它轉(zhuǎn)換成套量來(lái)進(jìn)行控制。下面我們來(lái)分析套量與活套高度存在什么關(guān)系。

首先我們假定活套形狀為一弓形圓弧，在控制過(guò)程中弓形圓弧的弦長(zhǎng)為常數(shù)，弓形圓弧的弦高將隨設(shè)定高度而變化，因此形成的曲率半徑是一個(gè)變量。3.實(shí)際套量檢測(cè)部分

實(shí)際套量檢測(cè)一般都采用活套掃描器，活套掃描器直接檢測(cè)的是實(shí)際套高，需要采用上面的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成實(shí)際套量。活套掃描器任務(wù)就是將套高值轉(zhuǎn)換成模擬量的電信號(hào)。活套掃描器的精度直接影響活套控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，為了保證精度因此選用國(guó)外進(jìn)口設(shè)備?；钐讙呙杵鬟x用的是意大利達(dá)涅利公司生產(chǎn)的ID6500/W，

ID6500/W活套掃描器的工作原理：ID6500/W活套掃描器內(nèi)部主要由光學(xué)組、CCD傳感器板、邏輯板、電源板組成。光學(xué)組包括35mm/f4的成像透鏡、RG830紅外線濾波器和密封保護(hù)玻璃。CCD傳感器板由2048像素CCD陣列成像傳感器、阻抗適配器、放大器、采樣電路及信號(hào)轉(zhuǎn)換電路組成，它適合的紅外光譜范圍為850～1000mm。熱鋼通過(guò)光學(xué)透鏡在2048像素CCD陣列成像傳感器上成象，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號(hào)，熱鋼高度變化活套掃描器的輸出信號(hào)隨著線性變化，從而通過(guò)輸出信號(hào)的變化反映熱鋼高度的變化。

檢測(cè)的高度范圍與安裝的距離有關(guān)，高度用H表示，距離用S表示，則存在如下關(guān)系：

根據(jù)要求的掃描范圍，通過(guò)上式計(jì)可算出實(shí)際的安裝距離。

4.活套控制運(yùn)算

在實(shí)際活套控制中要求無(wú)靜差調(diào)節(jié)，活套調(diào)節(jié)器一般采用PID控制，并希望套量的超調(diào)量盡可能小。由于由PLC完成活套控制和調(diào)節(jié)，所以調(diào)節(jié)器采用數(shù)字PID控制算法。

數(shù)字PID控制算法是以連續(xù)系統(tǒng)的PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)的，然后再將其數(shù)字化，寫(xiě)成差分方程。

5.結(jié)論

活套控制系統(tǒng)在高速線材生產(chǎn)中起著相當(dāng)重要的作用，要保證產(chǎn)品質(zhì)量，一定要有穩(wěn)定的活套控制系統(tǒng)。本文介紹的活套控制系統(tǒng)已經(jīng)成功地在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的運(yùn)行情況表明，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性和調(diào)節(jié)精度高，用戶十分滿意，值得推廣和應(yīng)用。

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