第２８卷２０１０年第６期（总第１５０期） 使用与维护 热连轧机液压活套的控制策略分析 彭爱春 （唐山不锈钢有限责任公司 唐山摘要０６３１００） 介绍了热连轧机活套控制理论和力矩的计算及控制方式，经不断调整。优化和改善动态参数，实 现了活套高度自动控制，排除了拉钢堆钢现象，提高了产品质量。 关键词套量微张力 挑带力矩 唐山不锈钢厂１５８０热轧线采用微张力活套控 制，由低惯量快速液压活套装置配合各机架。生产 线共设６个活套，活套臂工作角度９ ３５。，逻辑控 制和连锁计算由西门子ＴＤＣ完成，实现了活套恒 张力、自动起落套和活套高度闭环控制。 ｌ活套控制理论依据 １．１机架间套量方程 液压活套是保证在轧制过程中对带钢在机架 间产生一个恒定的张力；在两机架间形成一个缓 冲区，保证各机架的连续轧制，控制机组的轧制速 度。轧件在热连轧精轧机组轧制的过程中，分为 咬人和连轧两个阶段。咬人阶段为带钢头部进入 轧辊到带钢在机架间建立张力前的阶段，在此阶 段轧辊咬入轧件时，主电动机受到冲击载荷作用， 产生动态速降，由于动态速降导致产生一定的活 套量，而机架间设有活套控制器，当带钢进入下一 轧机开始连轧阶段后，活套控制器抬起，接触带 钢，完成机架间建立张力，此时带钢的张力由活套 控制器来控制，机架间存储的套量变化量： Ａｌ＝Ｊ＾（ ， ） （１） 式中： ——机架间存储的活塞套变低量； ——Ｆｉ机架带钢出口速度； ——Ｆｉ＋１机架带钢出口速度。 由式（１）可看出在连续轧制时，实际上保持理 论上的秒流量相等是相当困难的，甚至是办不到 的。为了使轧制过程能够顺利进行，有意识的采 用微堆钢或微拉钢的操作工艺。 当 ＋。≠ 时，随时间的增长，套量将无限增 加或减少，如果不加以控制，则由于套量增加过大 而在机架间产生叠钢，这将引起严重事故，反之当 套量减少从而最终使带钢绷直，产生拉钢现象。 由于机架间活套机构的存在，套量的增加及 减少将由活套控制器的升降来吸收（见图１），机架 一６一 间的活套变化量为： △ｚ＝［（ｚ。＋Ｒｃｏｓ０） ＋（Ｒｃｏｓ０一ｈｄ＋ ｒ） ］ ＋［（ｚ— 。一Ｒｃｏｓ０） ＋ （ＲｓｉｎＯ—ｈｄ＋ｒ） ］ 忍一ｆ （２） 式中：ｚ——轧机间中心距／ａｒｍ； Ｚ ——轧机与活套间距离／ｍｍ； ｈ ——活套中心与轧机中心线间距离／ｍｍ； ——活套臂长／ｍｍ； ｒ——活套半径／ａｒｍ； ０——活套摆起角度，０≤０≤９０。。 由于式（２）可以看出仅有０为变量，因此 △Ｚ＝厂（０），活套量△Ｚ与０角的关系在工作段基 ．本符合二次曲线。 Ｆ 图１活套示意 １．２活套控制器的工作参数状态 由于数据采集与分析系统ＰＤＡ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）的出现，很直观看出连轧时轧制压力 、主电动机电流，、主电动机速度力、活套摆角０ 和张力 的变化（见图２）。 使用与维护 ０分扰％ 宙８雪８０８ （ａ） （ｈ） （ｃ） Ｆ 张力没定值 （ｅ） 图２变化规律示意 ，一 机架轧制压力；卜一 ＋，机架主电动机电流； Ｊ】一 ＋ 杌架主电动机速度；ｐ一 与 ＋ 杌架间活套辊摆角； ＾一 与 ，机架间带钢张力。 （１）罔２（ａ）从压头发出压力信号到活套辊升 至＿Ｔ作零位角为止，约需０．５ｓ，到活套辊绷紧带钢 并建立给定张力，总共需１ｓ。 （２）图２（ｈ）从带钢头部被 ＋．机架咬人之后的 ０．３—Ｏ．５ｓ内， ，机架的动态速降到恢复，而在此时 间内Ｆ和ｎ，机架减活套量产生。 （３）图２（ｃ）从带钢头部被 ＋．机架咬入之后的 ０．５ｓ内＇由于 ．机架产生了动态速降。 （４）图２（ｒｉ）从带钢头部被ｎ 机架咬人之后的 ０．５ｓ内，活套控制器 升进入控制。 （５）图２（ｅ）从带钢头部被ｎ机架咬入之后的 １ｓ左右，活套控制器将活套绷紧，进入张力控制。 １－３控制活套所需要的力矩 在实际控制系统中，人们不仅对实际活套量 关心，而且对在不同摆角时，活套控制器所承受的 力矩更为关注。因为得到合力力矩后，才能真正 控制活套系统，达到恒定小张力控制目的。 第２８卷２０１０年第６期（总第１５０期） 乜雷豁８ Ｓ、８５８０８分 ％０蜘苣８Ｓ ％、 ｓｅ ８批 在轧制过程中，活套控制器承受的力矩 主 要有以下部分：一是带钢在两机架之间形成的张 力力矩；二是带钢重量和活套自身重量形成的力 矩，这称为重力力矩；还有挑带力矩（它使带钢弯 曲，轧制厚带钢尤不可忽视）。这些力矩合成活套 控制器所承受的总力矩 ；。 ；＝Ｍｏ＋ 十 ＋ ＋ （３） 式中： ——主动力矩／Ｎ・１１＇１； ，——力矩偏移／Ｎ・ＩＩｌ； 胍——活套自重产生的力矩／Ｎ・ＩＴＩ； ％——带钢自重产生的力矩／Ｎ・ＩＴＩ； ——带钢张力产生的力矩／Ｎ・１１１； ％厂一挑带力矩／Ｎ・ｍ。 活套所需总力矩是以上力矩之和，并且是活 套辊摆角０和张力 的函数。为保持张力恒定， 当活套角变化时， 在板带流动方向的分量恒定。 液压活套主动力矩 为液压活套产生的作用 力及力臂的积，作用力为无杆腔侧压力与缸截面 之积减去有杆腔侧压力与杆截面之积，力臂为支 撑点到作用力的距离。其亦为活套角的函数。所 以控制活套角和其产生的力矩是解决问题的关 键 ２控制功能的实现 现代带钢热连轧的一个基本特点是恒定微张 力的活套量轧制。在轧制中，由于咬钢动态速降 和钢温及材质等各种外部干扰有关，使得各机架 问的速度匹配遭到破坏，在机组间安装活套的目 的是检测偏差、调解机架间的速度和实现两机架 之间带钢保持恒定的微张力以免拉钢，保障产品 质量。其实现的方法是在下一机架咬钢后迅速起 套，进入稳定轧制后保持设定的张力恒定。并根据 活套自动调节各机架速度，保持套量恒定。所谓保 持轧制设定的张力恒定是根据上位机预设定的张 力和带钢自重及当前检测到的活套实际角度，计算 出活套合力矩给定的。一旦相邻机架间的对拉关 系发生变化，活套随之发生变化，同时利用新的角 度反馈值重新计算活套合力矩，对活套的设定进行 修正；随着活套角度和活套合力矩的相互变化，有 效地保证了作用于轧件上的张力恒定，在带钢离开 上游机架时及时落套，并保证活套支撑器准确停在 电气零位处，为下次过钢做好准备（见图３）。 （１）Ｓｅｔｕｐ块：在这里实现手／自动选择、单／联动 选择、液压缸活塞侧和杆腔侧的压力设定。手动 为换辊或设备单体调试时使用。自动为带钢依次 一７一 第２８卷２０１０年第６期（总第１５０期） ％０ 口６０ ％％ ０ ０ ０ｓ０Ｓ电００ｓ０ 如０ｉ 使用与维护 ｊ 电Ｇ∞８ｓｅ 、％ 雪０ｓ札电，ｓ８５≈ ｓ０ｓ≈ ｓ 曾８０８ ８ ８窖８０ 图３活套控制结构 进入每台精轧机应使用低速（即低速穿带）。当带 钢从精除鳞箱出口进入 精轧机和通过 活套进 入 精轧机后， 活套应立即起套处于名义工作 位置（参考值２０～３５。）；带头进入 精轧机后， 活套应立即起套；依次进入 ， ， ， 精轧机，Ｈ， Ｈ， ， 活套相应起套工作，形成连轧再加速进 行轧制。 （２）Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ ｏｎ ａｃｔｕａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ 块：实现活套辊液压系统进行微张力调速控制。 活套架通过检测角度位置和压力来进行控制。由 活套液压回路压力反馈进行检测张力，由活套旋 转臂端部的编码器检测角度。使其改变轧机速度 并进行微张力的预计算，以及计算级联调的力矩 极限等参数。 （３）厶，厶闭环控制：实现活套微张力控制自学 习（见 图４） 、 图４活套自学习程序 ３结束语 唐山不锈钢厂活套具有动作准确、调节精度 高、反应速度快等优点。经不断调整、优化和改善 动静态参数，在轧制过程中配合主传动完成活套 一高度自动控制及微张力连轧，起套、落套和调套过 程无需人工干预，在ＳＬＮ过程中活套柔和地上下 摆动，基本上排除了拉钢和堆钢现象，为提高产品 质量，提高成材率打下了坚实的基础。 （２０１０—０２－０５收稿） ８～
