電動活套在帶鋼熱連軋中的應用

陳嘉英

（杭州鋼鐵股份有限公司維檢中心，浙江 杭州 310022）

在熱軋帶鋼生產中，張力是影響成品帶鋼縱向寬差的最重要因素，其控制效果的好壞直接影響成品的寬度指標。因為活套高度控制和張力控制是相互耦合的，所以此二者成為熱軋帶鋼控制系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，是生產出高精度帶鋼產品的根本保證。

杭鋼熱帶廠早期在帶鋼精軋機架中使用的是氣動活套，具有擺軸慣量小的優(yōu)點，但活套動作不穩(wěn)定、可靠性差，不能跟隨活套角度的變化實時地實現(xiàn)微張力的閉環(huán)控制。

為此，工廠進行了自動厚度控制系統(tǒng)（AGC，Automatic Gauge Control）改造，用性能良好的“低慣量恒張力快速電動活套”取代了原有的氣動活套，使連軋過程中的帶鋼始終處于微張力小慣量軋制狀態(tài)，同時，活套對帶鋼的追隨性能也非常好。

一、帶鋼熱連軋活套裝置

1.電動活套的組成

電動活套的電氣部分主要由活套角度檢測器、活套傳動電機、直流調速裝置、可編程控制器等組成。圖1為活套機構簡圖。

2.活套角度檢測器

在熱連軋機組中，帶鋼在兩機架間形成的活套量很難直接檢測,一般只能通過活套擺臂的角度間接獲得。因此，活套角度檢測器的選擇至關重要。

活套角度檢測器一般有電位計和編碼器兩種。編碼器與電位計相比，具有響應速度快、檢測精度高、調整方便、故障率低等優(yōu)點。絕對值編碼器在斷電后，一旦系統(tǒng)中產生某種運動，通電后立即能獲得機械運動的實際位置。另外，只有當絕對值編碼器第一次安裝或更換編碼器后才需要對編碼器進行機械零位的校準從而進行計數(shù)。

杭鋼熱軋帶鋼廠電動活套的活套角度檢測器使用的是德國Pepperl+Fuchs（倍加福）的單圈絕對值編碼器，型號為ASS36M-F4AK1AOGN-0013，圖2為編碼器外觀圖。

圖1 活套機構簡圖

圖2 編碼器外觀圖

3.活套傳動電機

電動活套使用的是帶有冷卻風機的直流電動機，型號為ZZJ-804，活套起套時，該電機長期處于堵轉運行狀態(tài)，電機溫度較高，所以需要自帶冷卻風機，該廠在精軋區(qū)的6個機架精軋平輥JP1～JP6之間安裝了5個電動活套裝置LP1～LP5,電動活套的自動控制是由西門子的直流調速裝置6RA70和西門子的可編程序控制器S7-400來實現(xiàn)的。活套自動、手動示意圖如圖3所示。

圖3 活套自動、手動示意圖

二、活套裝置的調節(jié)控制

1.活套高度的調節(jié)控制

帶鋼在軋制過程中，遵循機架間秒流量相等原則，以保證帶鋼在機架間穩(wěn)定軋制。但精軋機主機傳動系統(tǒng)總是存在著咬鋼時的動態(tài)速降，在穩(wěn)定軋制階段又總是存在著各種干擾，不可能始終保持各機架之間良好的速度匹配關系。設置活套機構的目的，就是為了檢測到這些偏差，檢測到機架間的活套量，進而吸收這些活套量，使得生產正常穩(wěn)定。

活套調節(jié)的方式分為“自動”和“手動”兩種方式。自動方式下，活套調節(jié)的最大范圍為±10%機架速度設定值。

活套高度的自動控制系統(tǒng)是以一定高度值為目標值，通過各機架的速度來控制高度，以保證張力的恒定。還可以對各機架之間的張力大小進行一定的修正。由于活套既是機架之間張力大小的檢測，也是張力微調的緩沖器，活套高度控制系統(tǒng)可以通過各機架的速度來控制活套的高度，因此保持各機架張力恒定，特別是使得各機架在帶鋼加減速時保持同步很重要。

手動方式是生產操作人員通過操作總操臺上的起（落）套開關進行控制，該開關量通過PLC輸出到遠程通信模塊，再傳輸?shù)交钐卓刂乒竦闹绷髡{速裝6RA70，從而來控制活套的起落套，手動活套的起落套控制完全不參與軋機速度的修正。

（1）活套高度基準設定環(huán)節(jié)

活套高度基準的設定，可以手動設定和通過計算機來完成。兩種情況下都要根據(jù)給定的活套擺角，通過計算將活套輥擺角的基準值變化為活套量的基準值，計算公式為：

θ=[（n-n0）/16384]×360+θ0

式中：θ——實際活套的角度反饋值，°；

n——任一活套角度所對應的二進制碼值；

n0——機械零度角對應的二進制碼值；

θ0——活套在任意位置的實際角度，°。

（2）活套高度的檢測環(huán)節(jié)

要進行活套高度的控制，除了給定的基準值之外，還必須有活套輥擺角的實際值。實際角度檢測是用絕對值編碼器來檢測的，檢測值以格雷碼的形式輸入到2號主電室“速度遠程柜”中的絕對位置輸入模塊西門子SM338中，通過PLC計算處理后，輸出活套電機給定信號至“活套傳動柜”中的直流調速裝置6RA70進行調速控制。

2.活套張力的調節(jié)控制

活套控制分為3個基本階段：起套至帶鋼張力形成、活套小張力連軋（高度閉環(huán)控制）和落套階段。

（1）起套并開始形成張力

起套至帶鋼張力形成階段主要是指帶鋼頭部被軋輥咬入開始一直到帶鋼在機架之間建立張力之前的階段。在整個連軋過程中，這段時間很短，約為0.8s左右。帶鋼在此階段有以下幾個特點：帶鋼在咬入階段，軋機受到帶鋼沖擊載荷作用會產生動態(tài)速降；由于有動態(tài)速降導致產生一定的活套量；活套起套控制要求具有快速和軟接觸帶鋼特性。

軟接觸是指首先電機以較大的速度起套，裝置給出較大的限幅值保證迅速起套，同時在活套上升到一定高度快接近工作點角度時，活套電機轉速要下降一定的數(shù)值，活套電流退出飽和，實現(xiàn)活套裝置與帶鋼的軟接觸，在起套完成后活套處于電壓、電流雙環(huán)控制狀態(tài)。

（2）小張力連軋階段

是指帶鋼被軋輥完全咬入之后，并在機架之間已建立起小張力，而已處于穩(wěn)定連續(xù)軋制階段。該階段所占時間約為整個連軋時間的95%以上。此階段活套輥的擺角在活套高度調節(jié)器的作用下，使其在所規(guī)定的工作角度范圍內波動。直流調速裝置6RA70的電流環(huán)一直工作在限幅狀態(tài)，控制系統(tǒng)無法退出飽和，速度外環(huán)處于開環(huán)狀態(tài)控制。作用于帶鋼上的張力圍繞給定的張力值，也作相應的微量波動?；钐坠ぷ鬟^程中張力大小、張力波動，都會直接影響軋制狀態(tài)穩(wěn)定性及軋制力大小，進而影響帶鋼厚度。

（3）落套階段

落套階段是指活套從接收到來自于跟蹤的落套命令到活套下落至零位這一階段。在這一階段，為了避免帶鋼發(fā)生甩尾和減輕活套下落造成的機械沖擊，該系統(tǒng)采用軟著陸控制策略（功能和軟接觸一樣）。

3.活套工作的參數(shù)狀態(tài)

帶鋼在精軋機組中進行連軋時的壓力P、電流I、轉速n、擺角θ和張力T的變化規(guī)律如圖4所示。

圖4 帶鋼連軋參數(shù)變化規(guī)律圖

軋機壓頭發(fā)出有鋼信號起、到活套輥升至工作位置、活套輥繃緊帶鋼并建立給定的小張力，總耗時約 1s。

帶鋼頭部被i+1機架咬入后0.5s內，主電機負荷（電流或力矩）恢復穩(wěn)定運行。

在帶鋼頭部被i+1機架咬入后0.3～0.5s內，i+1機架的動態(tài)速降得以恢復，而此時間內i機架和i+1機架之間積累了一定的活套量Δld。

帶鋼頭部被i+1機架咬入后0.5s，由于i+1機架產生了一定的動態(tài)速降，則此時帶鋼處于松弛狀態(tài)，而活套輥處于升起階段。

帶鋼頭部被i+1機架咬入后1s左右，活套輥將帶鋼繃緊，在帶鋼上產生給定的小張力，則此時連軋機組便進入了小張力連軋階段。

綜上所述，在給定的軋制條件下，咬入階段由于動態(tài)速降所形成的活套量是一個固定值，一旦形成此活套量之后就不再增長。

三、精軋機組速度控制

精軋機組速度系統(tǒng)由速度設定及速度調節(jié)兩部分構成，速度設定用于穿帶前將各機架速度調整到設定值，而速度調節(jié)則是穿帶后的動態(tài)調節(jié)，各機架間的速度級聯(lián)便是速度調節(jié)部分的一個重要功能。

精軋機各機架的速度給定量由主速度給定、下游機架級聯(lián)調節(jié)量、活套調節(jié)量、AGC補償量和手動級聯(lián)量組成。同時該機架的速度給定又影響到上游機架的速度給定。

精軋機可通過操作臺進行“點動”操作，該操作用于軋機主軸定位和事故處理。點動既可以單獨點動，也可以聯(lián)合點動，點動速度為最大速度的±10%，在聯(lián)合點動時，相應機架及其上游機架同時點動運行。圖5為精軋機組主速度系統(tǒng)的功能框圖。

圖5 精軋機組速度系統(tǒng)的功能框圖

四、結論

目前，國內新建和改建的寬帶或窄帶熱連軋生產線普遍采用電動活套控制方式。電動活套具有低慣量、恒張力、快速響應的特性優(yōu)點，其結構簡單、堅固耐用、性能穩(wěn)定，張力調節(jié)方便，運行可靠，維修方便，是一種可靠的成熟技術。

[1]遼寧金自天正智能控制有限公司.杭州鋼鐵有限公司熱帶廠AGC改造工程控制系統(tǒng)技術方案[Z].2013.

[2]鄭申白，史東日，馬勁紅.軋制過程自動化技術[M].北京化學工業(yè)出版社，2009.