棒材頭部10 m處無縱肋問題分析與處理

魏建宏， 王保勤， 王朝輝

（山西中陽鋼鐵有限公司， 山西 呂梁 033400）

生產(chǎn)實踐·應(yīng)用技術(shù)

棒材頭部10 m處無縱肋問題分析與處理

魏建宏， 王保勤， 王朝輝

（山西中陽鋼鐵有限公司， 山西 呂梁 033400）

介紹了活套控制系統(tǒng)的原理，通過大量FDA記錄跟蹤與對比，分析了山西中陽鋼鐵有限公司棒材生產(chǎn)線單線軋制時成品10 m處無縱肋問題原因，通過優(yōu)化活套PI調(diào)節(jié)程序得以解決，提高了活套控制的穩(wěn)定性。最后提出自動化模型需要維護與優(yōu)化，只有不斷地整定與優(yōu)化才能適應(yīng)設(shè)備狀態(tài)、外部條件等變化，以便使設(shè)備長期工作在最佳狀態(tài)。

活套控制 無縱肋 PI調(diào)節(jié) 模型 優(yōu)化

山西中陽鋼鐵有限公司（以下簡稱中鋼）棒材生產(chǎn)線是從意大利達涅利公司引進的，自動化程度較高，包括一級自動化與二級自動化系統(tǒng)。該生產(chǎn)線主軋線速度控制以金屬秒流量相等為基礎(chǔ)，運用微張力軋制、活套控制、速度級聯(lián)控制等相結(jié)合的控制方式來實現(xiàn)全線自動化控制。由于粗軋區(qū)域軋件的速度慢、截面積較大，所以在粗軋（前6架）采用微張力軋制，而中軋、精軋（后6+6架）軋機的速度較快，坯料的截面積較小，采用活套控制來實現(xiàn)無張力控制。

1 活套工作原理

活套控制在軋制小坯料尺寸和較高的坯料速度時，使用活套控制來消除相鄰兩機架間的張力?；钐卓刂圃谲埣^部進入本活套下游機架開始，至軋件尾部離開本活套的上游機架結(jié)束。為了防止甩尾，在軋件尾部離開上游機架前活套高度要降低到低套位，速度修正只作用于產(chǎn)生活套的一個機架。連軋機組中的活套控制逆向于軋制方向進行調(diào)節(jié)，也就是說，任何控制的擾動都將轉(zhuǎn)移到控制要求不是非常嚴格的粗軋機組入口。活套控制是通過對比活套高度設(shè)定值與掃描儀檢測來的實際值作差，再利用比例積分控制器快速響應(yīng)，輸出上游機架速度修正值來調(diào)整上游機架的速度，使活套高度偏差值趨于零[1-2]。

中鋼棒材活套控制離不開軋線物料跟蹤，物料跟蹤系統(tǒng)能夠定位軋件頭部與尾部具體位置，它以軋線第一個熱檢HMD01位置為起始零點，在軋制過程中通過在線熱檢信號、機架咬鋼信號以及飛剪剪切信號不停地計算并修正頭部與尾部位置，同時跟蹤功能也服務(wù)于微張力控制、頭尾剪切、定尺剪剪切等。而活套的起套落套命令是受頭部位置與尾部位置的控制，當(dāng)軋件頭部到達起套距離時，系統(tǒng)發(fā)出起套命令，當(dāng)頭部到達比例控制啟用距離時啟用比例控制，同樣到達積分控制距離時啟用積分控制，當(dāng)尾部到達落套位置時，系統(tǒng)發(fā)出落套命令?；钐卓刂葡到y(tǒng)的流程圖如下頁圖1所示。

活套是否啟用、活套設(shè)定高度及起套落套位置補償量都能夠通過上位機來人工設(shè)定。當(dāng)發(fā)生以下幾種情況時，活套控制將失效。

1）活套掃描儀未檢測到信號。

2）上位機OWS上插入該機架，但機架停轉(zhuǎn)。

3）活套位于飛剪后，飛剪正在碎斷動作。

2 活套動作過程

2.1 起套階段

當(dāng)軋件頭部咬入下游機架，即下游機架電流達到咬鋼電流門檻值時，活套立即起套，為了保證起套的可靠性，可以適當(dāng)調(diào)整咬鋼門檻電流值，一般設(shè)為額定電流20%。另外為了利于活套的形成，常常需要調(diào)整下游機架動態(tài)速降補償量，一般設(shè)置為1%～3%，必要時也可設(shè)置為0即取消動態(tài)速降補償[3-4]。

2.2 自動調(diào)節(jié)階段

第一階段起套完成后，活套進入采用比例積分調(diào)節(jié)器自動調(diào)節(jié)階段，自動調(diào)節(jié)器依據(jù)設(shè)定高度與反饋實際高度的偏差來調(diào)整上游機架的速度，比例積分調(diào)節(jié)器的2個參數(shù)比例系數(shù)Kp和積分時間Ti需準(zhǔn)確設(shè)置，以保證活套能夠快速響應(yīng)穩(wěn)定工作[5]。

圖1 活套控制流程圖

2.3 收套階段

為了避免落套時的甩尾現(xiàn)象，兩機架間活套在上一個活套掃描儀檢測到尾部信號時開始，延時一段時間執(zhí)行落套動作，延時時間在調(diào)試時調(diào)整。

3 問題分析與處理

3.1 發(fā)現(xiàn)問題

從2015年6月開始就陸續(xù)接到棒材生產(chǎn)現(xiàn)場反饋，在單線軋制時，如Φ16 mm，Φ18 mm，Φ20 mm，Φ22 mm規(guī)格生產(chǎn)時均存在頭部約10 m處有約3～5 m長度無縱肋現(xiàn)象。該問題嚴重制約著棒材正常生產(chǎn)，無縱肋的鋼筋需增加人員人工進行挑揀出，加大了工人勞動強度的同時也造成了大量的浪費，鋼耗、成材率指標(biāo)也受到影響。

3.2 分析問題

通過對比分析大量的FDA記錄，包括速度曲線、活套曲線、電流曲線，最終發(fā)現(xiàn)17架存在較大速降量，大約有95～110 r/min，這樣大幅度的速降持續(xù)大約450 ms，初步懷疑短暫的450 ms速降過程中造成17號架與18號架之間拉鋼，致使頭部有部分區(qū)域無縱肋。如圖2所示，為Φ16 mm單線螺紋時17號架速度曲線，從圖2中可以明顯看出咬鋼后又明顯的速降，速降幅度約為100 r/min。

圖2 Φ16單線螺紋時17號架速度曲線

問題找到了，但究竟什么原因?qū)е铝嗽摤F(xiàn)象的發(fā)生呢，這里不得不提到一個概念就是“模型”，自動化程度較高的現(xiàn)代軋機，在正常情況下，并不是主操工操作軋機來軋鋼，而是自動化模型控制軋機來軋鋼，比如微張力控制、加熱爐二級的加熱模型、軋機速度級聯(lián)、活套控制等都是模型，模型的計算精度、運行狀態(tài)和水平在很大程度上決定了軋制產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量、成材率等?；钐卓刂剖且粋€典型的PI控制模型，是模型就需要維護、不斷地整定與優(yōu)化，只有這樣才能適應(yīng)軋制規(guī)格、設(shè)備狀態(tài)和外部條件的變化，從而長期處在最佳狀態(tài)。引進了好的模型就可以一勞永逸的想法是錯誤的，也是不切實際的。

隨著使用時間的延長，設(shè)備的磨損，原有的模型將變得不再適用，例如活套，隨著氣缸、活套輪等一些零件使用磨損，起落套動作特性有可能發(fā)生變化，而原有的PI調(diào)節(jié)器就不再適應(yīng)特性變化后的設(shè)備，這種情況下就需要對PI調(diào)節(jié)器進行優(yōu)化與整定，以保證活套工作在最佳狀態(tài)。

3.3 處理問題

基于對11號活套PI調(diào)節(jié)器進行優(yōu)化與整定的理念出發(fā)，通過FDA采集11號活套曲線，對比發(fā)現(xiàn)活套高度超調(diào)量較大，高達20%。首先考慮將比例系數(shù)Kp降低觀察，于是在2015年7月12日開始嘗試優(yōu)化PI調(diào)節(jié)器，將Kp由原來的10不斷嘗試修改最終定格為5，同時降低Kp后發(fā)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)震蕩較強，后又將積分時間Ti由原來的0.01 s調(diào)整為0.02 s，最終取得了較好的套高曲線，如圖3所示，為參數(shù)調(diào)整前后的11號套套高曲線。

圖3 PI調(diào)節(jié)器優(yōu)化前后11號套高曲線

從圖3中可以看出，優(yōu)化后套高超調(diào)量大大減小，響應(yīng)速度較快，系統(tǒng)較穩(wěn)定，同理可以推理出17號架速降量也大大較小了。

圖4為模型優(yōu)化前后17號軋機速度曲線變化圖，圖4中可以看出速降有明顯減小。

圖4 PI調(diào)節(jié)器優(yōu)化前后17號軋機速度曲線

同時為提高系統(tǒng)的靈敏性，將17號，18號架咬鋼電流門檻由原來的20%修改為15%，11號套活套高度曲線正常，超調(diào)較小，另外17號咬鋼后的速降也大大減小，由原來的95～110 r/min降為30～40 r/min，通過跟蹤Φ16 mm單線軋制發(fā)現(xiàn)頭部10 m處未出現(xiàn)無縱肋的情況，再后來繼續(xù)跟蹤了Φ18 mm、Φ20 mm、Φ22 mm等規(guī)格的軋制，至今該問題再沒有出現(xiàn)過。

4 結(jié)語

通過優(yōu)化活套PI調(diào)節(jié)器徹底解決了困擾生產(chǎn)的棒材頭部部分無縱肋問題，提高活套控制的穩(wěn)定性，同時提出自動化模型需要不斷地維護、整定與優(yōu)化以使其長期工作在最佳狀態(tài)。

[1] 傅強勇，陳軍，辛贛寧.活套控制分析與改進[J].江西冶金，2005（6）：30-32.

[2] 謝海青，楊旭芳.邯鋼高線活套控制系統(tǒng)原理及處理故障的方法[J].山西冶金，2012（3）：49-50.

[3] 左建強.高速線材活套的應(yīng)用與故障分析[J].萊鋼科技，2013（5）：42-43.

[4] 劉立文，陽春華.活套控制技術(shù)及應(yīng)用[J].湖南冶金，2005（4）：12-16.

[5] 崔銘成，王于南.高速線材軋機的張力控制（二）[J].軋鋼，1996（6）：21-23.

（編輯：苗運平）

Analysis and Treatment of the Problem of no Longitudinal ribs at 10 m of Bar Head

Wei Jianhong,Wang Baoqin,Wang Chaohui
（ZhongYang Steel Co.,Ltd.,Lvliang Shanxi 033400）

This paper introduces the principle of loop control system,through a large number of FDA record tracking and comparison,analyzes problems of no longitudinal ribs at 10 m of single wire rolling in bar production line of Shanxi ZhongyangIron and Steel Co.,Ltd.Byoptimizingthe loop PI control program,the stabilityoflooper control is improved,and the maintenance and optimization for automation model are finallyput forward.Onlybycontinuouslytuningand optimizing can it adapttothe equipmentcondition and exterior condition soas tomake itwork in the bestcondition for a longtime.

looper control,without longitudinal ribs,PI regulation,model,optimization

TG335.6

A

1672-1152（2017）01-0062-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.01.25

2016-12-16

魏建宏（1985—），男，山西陽泉人，自動化工程師，主要從事煉鋼、軋鋼電氣自動化工作，碩士，畢業(yè)于東北大學(xué)自動化專業(yè)，現(xiàn)在山西中陽鋼鐵有限公司鋼軋一廠工作。