摘 要：在高速線材生產(chǎn)過程中，活套是實現(xiàn)無張力軋制的重要設(shè)備，活套套量的調(diào)節(jié)速度與精確程度，直接影響軋制工藝與節(jié)奏。文章以宣鋼高速線材生產(chǎn)線為背景介紹了宣鋼高速線材生產(chǎn)線中活套的控制方式及問題的提出與解決。

關(guān)鍵詞：活套掃描儀；閉環(huán)控制；調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1 概述

在高速線材的生產(chǎn)過程中，為保證產(chǎn)品尺寸精度，經(jīng)常在設(shè)計中采取微張力及無張力軋制，用以消除軋制過程中由于各種動態(tài)干擾引起的張力波動和由此引起的軋件截面的尺寸波動。采用微張力軋制，其微張力值由固定速比和各架給定孔槽面積保證，速比不會因控制而改變，軋件面積將因來料面積波動而波動。為了減少張力變化引起的精軋機的軋件尺寸波動，在中軋、預(yù)精軋和精軋機線前常設(shè)置若干個活套，以消除連軋各架的動態(tài)速度變化的干擾，保證軋件精度。因此保證活套調(diào)節(jié)的穩(wěn)定運行，對軋制中的工藝要求和產(chǎn)品質(zhì)量控制有著重要的意義。

2 基本原理

在宣鋼高速線材生產(chǎn)線中，設(shè)有1個側(cè)活套、7個立活套，共計8個，分布于中軋、預(yù)精軋機組中間和精軋機線前。其主要作用是：減緩由于連軋拉鋼帶來的線材尺寸變化，以提高線材尺寸精度。在軋鋼過程中，活套動作過程由PLC自動控制，當(dāng)檢測信號檢測到軋件進(jìn)入活套時，PLC輸出數(shù)字量控制氣動閥門，啟動氣缸，使活套抬起，軋制結(jié)束，起套器返回原位，完成活套的升降動作。主控室通過WINCC人機界面設(shè)定活套的高度，傳送到PLC中，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理作為活套控制閉環(huán)的給定值；同時設(shè)置在起套輪處的活套掃描儀檢測出活套高度數(shù)據(jù)，傳送到PLC中，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理作為活套套高的實際值；起套同時上游機架開始對在活套高度進(jìn)行級聯(lián)升速調(diào)節(jié)，升速作為對原有速度的補償速度，作為控制字?jǐn)?shù)據(jù)通過profibus-dp網(wǎng)絡(luò)傳給6RA70裝置進(jìn)行升速控制。當(dāng)設(shè)定套高于實際值相等，即達(dá)到穩(wěn)態(tài)時控制結(jié)束。

3 控制方式

宣鋼高速線材生產(chǎn)線活套控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制的方式進(jìn)行控制。其中控制器為PI控制器即比例積分控制器，以活套作為控制對象，活套高度作為控制系統(tǒng)輸入，實際值通過活套掃描儀進(jìn)行檢測，活套上游電機為執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制圖例如圖1所示：

在PLC的程序編寫中，我們編寫PI控制器集成模塊FC82，使得所有活套在進(jìn)行閉環(huán)控制時均可對控制模塊進(jìn)行調(diào)用，如圖2所示。其中P參數(shù)，I參數(shù)可以通過現(xiàn)場實際控制效果進(jìn)行試驗確定并修改。套高設(shè)定則可根據(jù)所軋鋼種工藝不同由操作臺操作人員進(jìn)行設(shè)定。

其中各個引腳的功能如下：EN：使能信號（常為1）；demand：給定值（百分比）；feedback：反饋值（百分比）；reg_en：輸出使能；limit1：上限限幅；limit2：下限限幅；kp：比例系數(shù)；tn：積分時間；cycle：采樣周期；id_old：上一次采樣積分分量；error：偏差值；error_old：上一次采樣偏差值；reg_out控制器輸出；limited_out：超限報警指示。

4 數(shù)據(jù)處理

由于活套掃描儀采集的模擬量數(shù)據(jù)為0-27648之間的整數(shù)，要使它與實際數(shù)據(jù)保持一致，就要對它進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。圖3為PLC中程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理過程。

首先對數(shù)據(jù)類型進(jìn)行轉(zhuǎn)化，把整型數(shù)據(jù)變?yōu)楦↑c型數(shù)據(jù)；然后除以數(shù)據(jù)上限27648求出實際活套高度的百分?jǐn)?shù)；接著對0位進(jìn)行標(biāo)定處理，即用實際百分比數(shù)減去零位百分比數(shù)，得出實際零位值；再對實際套量進(jìn)行0-100%的限幅；最后乘以現(xiàn)場測得的實際套量上限值，就得到了現(xiàn)場活套高度的實際值。

5 活套調(diào)節(jié)量

在將PI控制器的輸出值經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，轉(zhuǎn)化為速度增量，作為活套調(diào)節(jié)量的速度增量控制字，通過網(wǎng)絡(luò)由PLC傳輸?shù)较鄳?yīng)機架的6RA70直流調(diào)速裝置當(dāng)中，從而實現(xiàn)活套上游機架的級聯(lián)調(diào)速調(diào)節(jié)套高控制。

6 控制邏輯

為了提高活套應(yīng)用性能，適應(yīng)實際生產(chǎn)環(huán)境我們對活套的起落套條件邏輯進(jìn)行了完善。原有的起套條件為活套掃描儀檢測到數(shù)字量上升沿信號，即檢測鋼頭進(jìn)行起套。在這樣的條件下，如發(fā)生活套掃描儀數(shù)字量誤檢測情況，極易堆鋼。經(jīng)過細(xì)致分析，決定改為活套后一機架有鋼電流作為自動起套命令。由于機架在有負(fù)載與無鋼情況下電流差距較大，我們設(shè)計時可選范圍較大。選用100A作為有鋼與無鋼界定電流，當(dāng)后一機架電流大于100A時，我們認(rèn)為其有鋼，可以進(jìn)行起套動作；反之我們選擇前一機架無鋼電流作為其落套條件，這樣當(dāng)前一機架電流小于100A時，進(jìn)行落套動作。這樣合理控制了活套的起落套，有效的減少了事故的發(fā)生。

7 保護(hù)措施

由于軋鋼現(xiàn)場粉塵較大，經(jīng)常會導(dǎo)致檢測元件的檢測機構(gòu)由于金屬粉塵的附著導(dǎo)致檢測誤差甚至檢測信號丟失的現(xiàn)象發(fā)生。對此，以前的解決方式是對檢測設(shè)備鏡頭進(jìn)行一天多次的擦拭。這樣不但不能完全避免故障的發(fā)生，還會增加大量的設(shè)備維護(hù)工作。針對這種由生產(chǎn)環(huán)境因素導(dǎo)致的設(shè)備故障，我技術(shù)人員設(shè)計出一種活套掃描儀保護(hù)罩。它是通過封閉空間將檢測元件進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)罩下部留有通氣孔，在生產(chǎn)過程中對其通入空氣，從而在保護(hù)罩內(nèi)形成微正壓。這樣就使得外界粉塵無法通過氣流進(jìn)入保護(hù)罩內(nèi)部，從而減少對檢測元件的影響。通過活套掃描儀保護(hù)罩的設(shè)計，不僅使得設(shè)備維護(hù)人員的工作量大大降低，而且提高了生產(chǎn)效率，降低了由于檢測信號不穩(wěn)定導(dǎo)致的故障率。