高线活套调节系统

摘 要：在高速线材生产过程中，活套是实现无张力轧制的重要设备，活套套量的调节速度与精确程度，直接影响轧制工艺与节奏。文章以宣钢高速线材生产线为背景介绍了宣钢高速线材生产线中活套的控制方式及问题的提出与解决。

关键词：活套扫描仪；闭环控制；调节系统

1 概述

在高速线材的生产过程中，为保证产品尺寸精度，经常在设计中采取微张力及无张力轧制，用以消除轧制过程中由于各种动态干扰引起的张力波动和由此引起的轧件截面的尺寸波动。采用微张力轧制，其微张力值由固定速比和各架给定孔槽面积保证，速比不会因控制而改变，轧件面积将因来料面积波动而波动。为了减少张力变化引起的精轧机的轧件尺寸波动，在中轧、预精轧和精轧机线前常设置若干个活套，以消除连轧各架的动态速度变化的干扰，保证轧件精度。因此保证活套调节的稳定运行，对轧制中的工艺要求和产品质量控制有着重要的意义。

2 基本原理

在宣钢高速线材生产线中，设有1个侧活套、7个立活套，共计8个，分布于中轧、预精轧机组中间和精轧机线前。其主要作用是：减缓由于连轧拉钢带来的线材尺寸变化，以提高线材尺寸精度。在轧钢过程中，活套动作过程由PLC自动控制，当检测信号检测到轧件进入活套时，PLC输出数字量控制气动阀门，启动气缸，使活套抬起，轧制结束，起套器返回原位，完成活套的升降动作。主控室通过WINCC人机界面设定活套的高度，传送到PLC中，经过数据处理作为活套控制闭环的给定值；同时设置在起套轮处的活套扫描仪检测出活套高度数据，传送到PLC中，经过数据处理作为活套套高的实际值；起套同时上游机架开始对在活套高度进行级联升速调节，升速作为对原有速度的补偿速度，作为控制字数据通过profibus-dp网络传给6RA70装置进行升速控制。当设定套高于实际值相等，即达到稳态时控制结束。

3 控制方式

宣钢高速线材生产线活套控制系统采用闭环控制的方式进行控制。其中控制器为PI控制器即比例积分控制器，以活套作为控制对象，活套高度作为控制系统输入，实际值通过活套扫描仪进行检测，活套上游电机为执行器进行调节，控制图例如图1所示：

在PLC的程序编写中，我们编写PI控制器集成模块FC82，使得所有活套在进行闭环控制时均可对控制模块进行调用，如图2所示。其中P参数，I参数可以通过现场实际控制效果进行试验确定并修改。套高设定则可根据所轧钢种工艺不同由操作台操作人员进行设定。

其中各个引脚的功能如下：EN：使能信号（常为1）；demand：给定值（百分比）；feedback：反馈值（百分比）；reg_en：输出使能；limit1：上限限幅；limit2：下限限幅；kp：比例系数；tn：积分时间；cycle：采样周期；id_old：上一次采样积分分量；error：偏差值；error_old：上一次采样偏差值；reg_out控制器输出；limited_out：超限报警指示。

4 数据处理

由于活套扫描仪采集的模拟量数据为0-27648之间的整数，要使它与实际数据保持一致，就要对它进行数据转换。图3为PLC中程序对数据进行处理过程。

首先对数据类型进行转化，把整型数据变为浮点型数据；然后除以数据上限27648求出实际活套高度的百分数；接着对0位进行标定处理，即用实际百分比数减去零位百分比数，得出实际零位值；再对实际套量进行0-100%的限幅；最后乘以现场测得的实际套量上限值，就得到了现场活套高度的实际值。

5 活套调节量

在将PI控制器的输出值经过数据处理后，转化为速度增量，作为活套调节量的速度增量控制字，通过网络由PLC传输到相应机架的6RA70直流调速装置当中，从而实现活套上游机架的级联调速调节套高控制。

6 控制逻辑

为了提高活套应用性能，适应实际生产环境我们对活套的起落套条件逻辑进行了完善。原有的起套条件为活套扫描仪检测到数字量上升沿信号，即检测钢头进行起套。在这样的条件下，如发生活套扫描仪数字量误检测情况，极易堆钢。经过细致分析，决定改为活套后一机架有钢电流作为自动起套命令。由于机架在有负载与无钢情况下电流差距较大，我们设计时可选范围较大。选用100A作为有钢与无钢界定电流，当后一机架电流大于100A时，我们认为其有钢，可以进行起套动作；反之我们选择前一机架无钢电流作为其落套条件，这样当前一机架电流小于100A时，进行落套动作。这样合理控制了活套的起落套，有效的减少了事故的发生。

7 保护措施

由于轧钢现场粉尘较大，经常会导致检测元件的检测机构由于金属粉尘的附着导致检测误差甚至检测信号丢失的现象发生。对此，以前的解决方式是对检测设备镜头进行一天多次的擦拭。这样不但不能完全避免故障的发生，还会增加大量的设备维护工作。针对这种由生产环境因素导致的设备故障，我技术人员设计出一种活套扫描仪保护罩。它是通过封闭空间将检测元件进行保护。保护罩下部留有通气孔，在生产过程中对其通入空气，从而在保护罩内形成微正压。这样就使得外界粉尘无法通过气流进入保护罩内部，从而减少对检测元件的影响。通过活套扫描仪保护罩的设计，不仅使得设备维护人员的工作量大大降低，而且提高了生产效率，降低了由于检测信号不稳定导致的故障率。