棒材線張力控制簡析

魏建宏，張智應(yīng)，王保勤，任斌應(yīng)，龍艷兵，王朝輝

（山西中陽鋼鐵有限公司，山西 呂梁033400）

山西中陽鋼鐵有限公司年產(chǎn)70萬t小棒材生產(chǎn)線引進(jìn)于意大利達(dá)涅利冶金設(shè)備公司，自動化程度高，包括一級與二級自動化系統(tǒng)，生產(chǎn)線軋機(jī)采用6+6+6模式，軋線自動化控制系統(tǒng)包含速度級聯(lián)控制、軋件跟蹤控制、微張力軋制、活套控制、自適應(yīng)控制等控制方式。由于粗軋區(qū)域軋件的速度慢、截面較大，因而采用微張力軋制，而中、精軋速度較快，軋件截面小，采用活套來實現(xiàn)無張力控制，其中中軋7號架與8號架間、8號架與9號架間既可以選擇微張力控制，也可以選擇活套控制。

1 軋件跟蹤

棒材速度級聯(lián)控制、微張力控制、活套控制、自適應(yīng)控制等都離不開軋線軋件跟蹤功能，軋件跟蹤系統(tǒng)能夠?qū)崟r地計算并反饋軋件頭尾具體位置，系統(tǒng)定位某一位置為起始零點，然后在軋制過程中通過軋件速度、機(jī)架咬拋鋼信號、熱檢或活套掃描儀信號以及剪切信號等不停地計算修正軋件頭尾位置，另外跟蹤系統(tǒng)也服務(wù)于1號、2號飛剪頭尾剪切碎斷、3號倍尺剪分段、冷床卸鋼等。物料跟蹤系統(tǒng)帶有連續(xù)性控制功能，如軋件在預(yù)定的時間內(nèi)沒有到達(dá)預(yù)定的位置，系統(tǒng)會認(rèn)為機(jī)架間存在堆鋼跑鋼等事故，發(fā)出報警信號同時軋線飛剪進(jìn)行自動碎斷。

2 微張力控制原理

在軋制大斷面和低速度的坯料時，使用微張力控制消除張力或者建立一個不足以改變軋件截面的小的張力，實現(xiàn)方式是通過采集上游機(jī)架在下游機(jī)架咬鋼前后的張力變化量，微張力調(diào)節(jié)器根據(jù)張力變化量與張力設(shè)定值之間存在的偏差，輸出調(diào)節(jié)量對上游機(jī)架速度進(jìn)行修正，從而使得軋件截面均勻穩(wěn)定，最終實現(xiàn)前后機(jī)架的負(fù)荷平衡，使得軋制過程避免了拉鋼、堆鋼等現(xiàn)象[1-2]。

微張力可設(shè)置的值范圍為-10 N/mm2至10 N/mm2。通常，當(dāng)鋼筋的橫截面＞70 mm×70 mm時，將微張力設(shè)置為0～2 N/mm2，對于大約50 mm×50 mm的截面，微張力設(shè)定可以達(dá)到3～5 N/mm2。當(dāng)然如果設(shè)定值為負(fù)值時，機(jī)架間實現(xiàn)的是微堆軋制。微張力控制系統(tǒng)的流程圖如圖1所示。

圖1 微張力控制流程圖

軋制過程中，機(jī)架電機(jī)扭矩乘以減速比可以認(rèn)為是軋制力矩，假設(shè)N+1架咬鋼后，N架與N+1架之間存在一個張力fm，則張力對N架電機(jī)產(chǎn)生的扭矩值為Mf，則：

式中：fm是張力，N；d為N架的軋輥工作輥徑，mm；i是減速比。

設(shè)N架出口軋件截面積為S，mm2；N架與N+1架之間的微張力為F，N/mm2，則：

微張力控制正是通過將N+1咬鋼前后N架微張力變化值與設(shè)定值作比差，將差值輸入微張力控制器內(nèi)，微張力控制器輸出相應(yīng)的調(diào)整值來使微張力達(dá)到設(shè)定值，微張力控制要求調(diào)整速度要快[3-4]。

3 活套控制原理

在軋制截面小和速度快的坯料時，使用活套來消除相鄰兩架軋機(jī)之間的張力?；钐卓刂圃谲埣^部到達(dá)系統(tǒng)設(shè)定的起套位置開始，至軋件尾部到達(dá)系統(tǒng)設(shè)定的落套位置執(zhí)行落套命令結(jié)束。為防止甩尾，落套位置可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，使落套命令稍微提前執(zhí)行?；钐卓刂婆c微張力控制等一樣，都是逆向于軋制方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，活套控制是通過將套高設(shè)定值與實際值的偏差輸入活套調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器快速響應(yīng)，輸出上游機(jī)架所需的速度修正值來修正上游機(jī)架的速度，最終使套高偏差值趨于零[5]。

活套的起套落套命令的執(zhí)行與軋件頭尾位置密切相關(guān)，當(dāng)軋件頭部到達(dá)起套位置時，系統(tǒng)給出起套命令，當(dāng)頭部到達(dá)調(diào)節(jié)器比例控制啟用位置時啟用比例控制，同樣的，軋件頭部到達(dá)積分控制啟用位置時啟用積分控制，當(dāng)軋件尾部到達(dá)落套位置時，系統(tǒng)給出落套命令執(zhí)行落套動作，比例積分調(diào)節(jié)器的兩個參數(shù)比例系數(shù)Kp和積分時間Ti需合理設(shè)置，以保證活套響應(yīng)快速工作穩(wěn)定[6]?；钐卓刂频膭幼髁鞒虉D如圖2所示。

圖2 活套控制流程圖

活套是否投用、套高設(shè)定及起套落套位置補(bǔ)償都能夠通過二級系統(tǒng)OWS來設(shè)定。為了利于活套的形成，通常需要對下游機(jī)架動態(tài)速降補(bǔ)償量進(jìn)行調(diào)整，該值一般設(shè)置為1%～3%，必要時也可將其設(shè)置為0。

4 控制模型

現(xiàn)代化的棒材生產(chǎn)線自動化程度高，正常情況下，并不是操作工在軋鋼，而是自動化控制模型在軋鋼，比如速度級聯(lián)、微張力控制、自適應(yīng)控制、活套控制、加熱模型、冷卻模型等都是模型，模型計算的精度、運行狀態(tài)和自學(xué)習(xí)性能在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成材率等。模型需要不斷修正、優(yōu)化與正定，只有這樣才能適應(yīng)軋各種外在的干擾等，長期工作在最佳狀態(tài)，引進(jìn)了好模型就可以一勞永逸的想法是異想天開，是不切實際的。

隨著設(shè)備長時間的使用，磨損嚴(yán)重，原有的控制模型可能會變得不再適用，例如活套控制模型，隨著氣缸、套輪等的使用磨損，起落套特性有可能發(fā)生改變，響應(yīng)速度也會有所下降，而原有的控制模型就不再適用，這種情況下需要對模型進(jìn)行優(yōu)化與整定，以保證其工作在最佳狀態(tài)。

5 結(jié)論

通過闡述棒材微張力控制及活套控制原理，提出自動化模型需要不斷地維護(hù)、整定與優(yōu)化以使其長期工作在最佳狀態(tài)的理念，同時也指出引進(jìn)了好模型便可以一勞永逸的想法是不正確的，也是不切實際的。