田利鋒 凌晨 聶朝輝 王三娃
（河鋼集團邯鋼能嘉公司薄板廠 河北 邯鄲 056015）
摘 要：本文介紹了熱軋機組活套的控制過程和穩(wěn)定性研究，通過PDA記錄的活套動作過程波形數(shù)據(jù)，分析活套擺角與張力、套量的平衡，重點分析小套過程的數(shù)據(jù)，尋找最佳小套控制起始點和活套下降斜率曲線，有效克服軋機震動、板帶甩尾、迭軋等異常現(xiàn)象對設(shè)備造成的危害。我廠熱軋機組通過小套過程控制優(yōu)化，大幅度降低了甩尾現(xiàn)象和設(shè)備故障。對設(shè)備維護、工藝指標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量提供了有效方法，并保證其長期穩(wěn)運行具有重要意義。
關(guān)鍵詞： 熱軋機組；活套；PI控制；數(shù)據(jù)分析診斷
1 引言
在現(xiàn)代熱連軋系統(tǒng)中，恒定活套量和微張力軋制是其基本特點，所以活套裝置與其控制系統(tǒng)是熱連軋機組的重要設(shè)備之一。它的工作狀況對生產(chǎn)的正常進行和帶鋼成品質(zhì)量具有非常重要的作用。
一般介紹活套的文獻，多側(cè)重于活套的系統(tǒng)構(gòu)成和控制原理，當(dāng)然這是活套工作的基本前提，但是熱連軋系統(tǒng)作業(yè)中要想保持活套裝置長期穩(wěn)定優(yōu)越的性能，需要根據(jù)其基本的控制原理與實際動作狀態(tài)，不斷完善優(yōu)化控制過程，消除各種外界因素，保證活套起落動作的平穩(wěn)過度過程。
2 活套裝置及其控制過程簡介
活套裝置示意圖如圖1所示。我廠1780精軋機組由七架機架六個活套裝置組成。機架Fi與Fi+1間帶鋼實際長度（L1+L2）與機架間距離（L3）之差即為套量（⊿L）。顯然，套量與活套輥擺角θ存在固定的函數(shù)關(guān)系。通過絕對值編碼器檢測活套輥擺角θ，通過兩個壓力傳感器分別檢測活套液壓缸桿側(cè)壓力P1與塞側(cè)的壓力P2，就可以由控制器通過控制活套液壓缸的伺服閥，實現(xiàn)套量與張力的雙閉環(huán)PI控制。
圖1活套裝置示意圖
Fig.1 The explanatory views of looper structure
活套的控制過程可以分為三個階段：活套的起套控制、活套恒張力與帶鋼秒流量平衡控制、活套的落套控制。當(dāng)帶鋼頭部經(jīng)過活套的上游機架時，活套進入預(yù)備升起位置，當(dāng)帶鋼頭部進入下游機架時，活套升起，活套輥與板帶接觸，并保持一定的套量，進入活套的恒張力與帶鋼秒流量平衡控制階段，即通過對活套角度與上下游機架速度的調(diào)節(jié)，保持帶鋼張力基本恒定。當(dāng)帶鋼尾部即將接近活套上游機架時，活套輥準(zhǔn)備降落。為了使落套時帶鋼運行平穩(wěn)，在活套完全落下之前設(shè)計了“小套”控制過程，即把活套的落套過程為二步：當(dāng)帶尾到達活套上游機架前的某一位置時．活套先下降到某一高度，再經(jīng)過一定時間后，才完全下落到等待位置。
圖２是活套動作的一次完整升降過程示意圖。圖中1段為活套起始位，也叫等待位；圖中2段為活套上游機架咬鋼后略微抬起所到達的預(yù)備升起位。活套1位與2位的角度相差很小，甚至可以相同，都屬于正常情況；圖中3段為活套下游機架咬鋼后上升到的工作位，保持正常軋制的過程；圖中4段為活套上游機架拋鋼前某時刻，活套要到達的小套控制角度，3段與5段之間的過渡期就是小套控制過程；圖中5段為小套過程后，上游機架拋鋼前，活套要回到的起始位置，與1段時的角度相同。
圖2 活套完整升降過程示意圖
Fig.2 The views of looper movement
3 小套過程對甩尾的影響及其優(yōu)化策略
小套過程，參見圖2是指3段結(jié)束與5段開始之間的活套動作過程，一般4段時的活套角度約為正常軋制角度的一半，由帶尾跟蹤系統(tǒng)啟動小套控制過程?？刂圃?、方法與整個活套控制過程一致，我廠采用套量、張力雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，預(yù)設(shè)一定的下降角度。在保證活套功能的前提下，有利于活套下落過程的平穩(wěn)，減少機械沖擊，這種控制策略常見于西門子、西馬克設(shè)計的熱連軋產(chǎn)線。
甩尾是帶鋼尾部進入本機架前偏離帶鋼中心線而嚴(yán)重地左擺或右擺刮蹭側(cè)導(dǎo)板，或者在張力沒有消失的情況下上游機架拋鋼，造成帶尾對本機架的拍打。
甩尾的危害：造成尾部疊軋、碎鋼劃傷輥面，影響后續(xù)產(chǎn)品表面質(zhì)量，甩尾堆鋼或產(chǎn)生的碎片極易潛藏在機架中，難于清理，很可能造成更嚴(yán)重的質(zhì)量或設(shè)備事故，碎鋼或破爛的帶尾還會嚴(yán)重影響到卷取設(shè)備。
造成甩尾的因素較多：板坯偏移軋制中心線較多，板坯楔形、鐮刀彎或S彎較嚴(yán)重，調(diào)平操作異常，兩側(cè)AGC壓下不同步，軋制力分配、軋制計劃不合理，輥型磨削、配型不合理，板坯溫度不勻，活套工作異常，板坯尾部缺陷、導(dǎo)板對中不良等等。上述的每個問題，都值得作為一個專項課題，認(rèn)真加以核查、研究、改善，以便盡量減少甩尾現(xiàn)象發(fā)生。
當(dāng)然，以上的諸多問題，或許有些指標(biāo)并不錯，不足以造成甩尾，或許還有些問題較嚴(yán)重，且互相交叉、互相影響。針對實際情況，也肯定存在著一個或幾個關(guān)鍵因素，對甩尾有著直接的影響，克服了這些關(guān)鍵因素，也就達到了較滿意的效果。
經(jīng)過認(rèn)真分析和現(xiàn)場實際情況，我們優(yōu)化了活套的小套控制過程，大大減少了甩尾的發(fā)生。圖3為實際軋制過程中小套階段的角度曲線，對比圖2中第3段之后部分，較平坦部分即是3、4、5段。
我們知道：在軋制過程中，由于帶鋼具有一定的張力，尤其是卷鋼之后全程建立起的張力，在很大程度上限制了帶鋼的跑偏，即便有調(diào)平操作，對跑偏的影響也很有限；即便帶鋼偏離中心線，也會保持相對的穩(wěn)定。偶有甩尾的情況，更是如此，否則設(shè)備狀態(tài)就很糟糕了，為設(shè)備管理所不允許。在穿帶過程中，導(dǎo)板可以限制跑偏；在出尾階段，適當(dāng)?shù)膶?dǎo)板寬度附加值，也可以有效防止甩尾。所以，活套張力控制，尤其是小套控制階段，馬上就要出尾了，更是防止甩尾的關(guān)鍵期，要在防止尾部“甩動”上尋求解決方法。
圖3小套過程角度截圖
Fig.3 The views of looper angle retract movement
在小套控制生效后，尾部雖呈自由狀態(tài)，如果隨著活套角度的逐漸降低，依然使帶鋼保持原有的張力，甚至張力略有增加，那么機架前的帶尾就不會亂動，否則，軋制力或輥縫的不均衡必然導(dǎo)致尾部甩動。即，本機架拋鋼前，活套雖然降低了一定的角度，但要盡量不失張，等到本機架拋鋼前一定的時間點，活套再迅速由小套位降到等待位。顯然，圖3中，第4段的時間越短越好，它使張力消失的時刻，即第4段的結(jié)束點，機架前剩余的帶尾長度盡量短，就更不容易“甩”。
因為帶鋼張力是由計算間接得到的，由于一些擾動、計算、控制周期等因素不可能包括在計算公式之內(nèi)，致使張力計算、控制不能很準(zhǔn)確及時，再者，第4階段的時間，也和軋制規(guī)格、品種，尤其是軋制速度速度有關(guān)，經(jīng)過我們反復(fù)驗證，第4階段時間的最大值最好小于0.3秒。即通過調(diào)整小套控制開始時間點，使3、4段的過渡段曲線向后平移，壓縮第4段的時間，使之小于0.3秒。在系統(tǒng)跟蹤程序中，有各個機架的這個時間參數(shù)值，邊調(diào)整邊觀測第4段的時間變化即可。
小套控制中另一個值得優(yōu)化的參數(shù)是落套加速度，即加速第3段向第4段的過渡。注意這個加速過程與第4段時間長度有關(guān)聯(lián)，需要反復(fù)觀察調(diào)整?？刂瞥绦蛑幸灿新涮姿俣瓤刂茀?shù)，可以直接修改。優(yōu)化的最終要求是：本機架拋鋼前保持張力，剩余的帶尾長度盡量短，落套過程連貫迅速。
4 小套控制優(yōu)化效果
圖4為優(yōu)化前的小套過程，藍色線為活套角度，紅色線為張力，綠色線為軋制力，期間小套平臺時間較長，達到2秒多，容易甩尾。圖5為優(yōu)化后的小套過程，效果較為理想，一架機架的平臺時間近似為0，另一機架的平臺時間約0.25秒，落套過程也很迅速，有效地避免了甩尾。
圖4優(yōu)化前的小套過程 圖5優(yōu)化后的小套過程
Fig.4 The views of looper retract movement Fig.5 The views of looper retract movement
before optimization after optimizing
圖6與圖7分別是F5機架活套優(yōu)化前后的動態(tài)響應(yīng)曲線，由圖可見，振動明顯減小，取得了很好的控制效果。
圖6 F5優(yōu)化前的小套過程 圖7 F5優(yōu)化后的小套過程
Fig.6 The views of looper retract movement Fig.7 The views of looper retract movement
Before F5 optimization after F5 optimizing
5 結(jié)束語
通過對我廠熱軋機組小套過程控制的優(yōu)化，大幅度降低了甩尾現(xiàn)象發(fā)生，效果顯著，減少了設(shè)備事故。建議定期觀察小套過程的波形，適時調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，彌補消除設(shè)備缺陷，滿足長期穩(wěn)定生產(chǎn)的要求。
參考文獻
[1] 劉玠，楊衛(wèi)東，劉文仲. 熱軋生產(chǎn)自動化技術(shù)[M] 冶金工業(yè)出版社，2006.
[2] 電氣設(shè)備功能手冊.內(nèi)部資料.
[3] 王萌 2300熱連軋活套控制系統(tǒng)研究 東北大學(xué) 2009
[4] 傅劍，楊衛(wèi)東，孫一康等 武鋼1700mm熱連軋活套控制系統(tǒng)改造實踐 冶金自動化 2005
[5] 侯建華，王京，宗勝悅 熱連軋液壓活套控制系統(tǒng)的建模研究 電氣傳動 2009
[6] 唐光浩 熱連軋活套控制系統(tǒng) 東北大學(xué)碩士論文20030801