攀钢2050热轧厂液压活套运行稳定性研究

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摘要：通过对活套位置控制以及张力控制的分析，调整活套张力及套量的设定参数，保持恒定的秒流量，防止迭轧和拉钢。 压差活套的自动调平功能有效的控制及减少边浪的产生，提高带钢产品质量。

关键词：液压活套；张力；套量；摩擦力；自动调平

中图分类号： S951.3 文献标识码： A

1. 前言

活套控制在热轧带钢厂整个控制系统中属于受影响的因素最多因而控制最复杂的控制之一，也是精轧机最重要的设备之一。它的作用是为了维持机架间物流平衡，保持带钢张力恒定。活套因动力机构的不同分为气动活套、电动活套及液压活套。气动活套的动力源为压缩空气，由于空气的可压缩性太大，气动活套的响应速度太慢，控制精度差。电动活套的动力源为变频电机，变频电机的尾轴上装有编码器，编码器检测电机的转速及电机转子位置以控制活套高度，通过检测电机负载转矩转换成张力后控制带钢张力。液压活套的执行机构为液压缸，液压缸由伺服阀驱动，活套的旋转轴上装有位置编码器以检测活套角度，液压缸的有杆腔和无杆腔分别装有压力传感器，通过控制液压缸活塞的移动来控制活套高度，通过测量有杆腔和无杆腔的压力转换成机架间张力后控制带钢张力。

液压系统与传统的电动活套系统相比较其优点是显而易见的：建设，能源、备件消耗，维修等方面均比传统电动控制系统节省费用。而且液压活套是由液压缸驱动的，与电动活套相比，具有成本低，动态响应快和稳态精度高等优点。

2. 系统结构

本系统采用西门子的TDC控制器 （机架型号 UR5213CPU型号 CPU551参数：64bit RISC 处理器266MHZ 时钟扫描32Mbyte 缓存区 ）作为活套的逻辑控制和模型计算 ，以实现对活套的控制。活套轴上装有绝对值编码器，检测活套的实际角度，以实现活套的闭环控制。管路上装有500bar的压力传感器，检测液压缸活塞两侧压强来计算出活套的转矩用于张力闭环控制。执行机构是通过伺服阀来调整液压缸所受的压力。同时伺服阀给控制器发出阀芯反馈信号，维护人员可通过阀芯反馈来判断伺服阀的工作情况。

下图为活套的结构图。

图1 系统结构图

3. 控制原理

活套是安装在精轧机架之间，用于控制两个机架之间的微张力，防止带钢之间有过多的张力，太多的张力将导致钢被拉断。当通过下个机架的秒流量比较高的时候，这个现象会发生。当下个机架的秒流量比较小的时候，套量将建立起来。一个稳定的增长套量将导致叠轧的形成。如果叠钢形成，带钢将以几倍的厚度进入下个机架，这将导致辊子的损坏或者轴的损坏。活套控制给了所有前主传动控制的速度修正量。当秒流量不同的时候，两个机架间的带钢长度将改变，这样将导致活套高度和活套实际角度的改变。通过活套控制角度总保持在预先设定的范围内。活套高度的任何改变都将立刻导致所有主传动速度的改变。每个活套高度的控制是通过影响前一个机架的旋转速度。一个机架的速度的改变被复制并且作为一个偏差量给定到前一个机架。这样所有相近的主传动速度的修正量在这些机架里适当减少。同时在这些机架间的带钢张力是保持不变的。为了实现活套控制的目的，必须设计成位置控制和轧制力控制是串接。下图为活套的控制原理图。

图2活套控制原理图

3.1活套起套的控制原理

通过检测轧制力的办法来控制起套。当Fn+1轧机咬钢后轧制力会有一定的突变值，只要这个突变信号在跟踪的窗口范围内就作为了活套起套的逻辑控制信号。

活套逻辑控制信号发出起套命令后，活套控制器给伺服阀加一较大的定量活套起套控制信号使活套快速起套与带钢接触，然后按上位机给定的活套高度和活套张力进行闭环控制所示。活套从机械零位角以下的位置上升到工作位置一般需要0.2s-0.4s，此时带钢仍处于松弛状态，一方面活套辊会越过设定角度继续上升绷紧带钢，另一方面会给上游机架发送速度调节量使套量趋向于设定套量。张力值到达设定值的瞬间速度调节投入工作。此时张力环和位置环双重控制。

3.2 小张力控制过程

小张力轧制阶段是指带钢被咬入之后，并在机架之间建立起小张力，处于稳定连续轧制的阶段，该阶段所占的时间约为整个连续轧制时间的95%，此阶段活套辊摆角在活套高度调节器的作用下，在设定角度附近波动，而带钢张力在给定张力值周围有微小波动。

3.3落套阶段

在带钢尾部离开轧机前，活套辊必须降至机械零位以下，以免翘起的带钢尾部被高速甩出去，发生折叠事故。当带钢尾部离开上游机架，因为负荷消失，采集到变化信号后经过一定的延时，此时活套控制器输出高速落套给定使活套落到设定的位置给定角度，使带钢尾部顺利通过。

4.活套运行稳定性控制策略

4.1摩擦力测试

当活套运行时间长发生机械老化或者不到位的时候会导致活套摩擦力增大，然而在20°~30°这个活套高频动作区域内如果摩擦力过大的话会影响活套的控制精度及其稳定性。通常只在无内冷水的情况下做摩擦力测试，然而活套在工作时内冷水是一直开启的，所以无水摩擦力测试不能准确的检测到活套真正工作时的摩擦力状况。

对此可以通过在活套的冷却水管上增加流量计，根据流量及水的密度计算出水的重量，设计出带内冷水的摩擦力测试程序。

4.2 ALC压差活套自动调平

轧制过程中，带钢经常会产生边浪，尤其在F5-F7这后三个机架中边浪最为严重。边浪过大会导致带钢板型差及废钢，尤其在薄规格轧制的过程中，此问题尤为明显。操作工通常用手动调平来消除边浪，但是手动干预量、干预速度的不匹配以及干预时机的不准确或者干预方向错误都无法成功消除边浪甚至还会起到反作用。

西昌2050热轧厂针对上述问题专门从德国西马克公司引进了压差活套。L5和L6这两个活套是压差活套，它的传动侧与操作侧分别装有压头来检测活套两侧的压力，压力差会送给机架控制器参与闭环控制，从而计算出出ALC（自动调平控制）的调平补偿值来消除边浪。通过ALC的成功应用，有效的控制了带钢边浪并大大降低了操作工的操作量。

图3

如上图所示，操作侧压力大于传动侧压力时，ALC给出正补偿，传动侧压力大于操作侧压力，ALC给出负补偿。

4.3张力与套量的分配

当活套张力设定值与套量设定值分配不平衡的话，带钢秒流量不能平衡控制，当张力设定值分配过大会导致带钢终轧宽度受到影响，甚至会导致带钢被拉断造成废钢。当张力设定值分配过小的话会导致带钢迭轧或者起大套造成废钢。尤其在2.5mm以下的薄规格带钢轧制过程中，此问题尤为明显。

通过对现场实际轧制状态的观察，对不同规格的带钢分配相应的张力设定值与套量设定值。

5.结论

随着自动化水平和液压伺服控制技术的不断提高，活套技术以广泛应用到轧机系统，它的应用大大降低了堆钢事故，还提高了钢材成品的质量合格率，从而为钢厂增加了效益。

参考文献：

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[2]沈瑜伟.活套的参数设定及其调整.

[3]宋志东.活套的控制与实践.浙江冶金，2005年03期

[4]李伟超.活套在热轧带钢厂的应用.

[5]宗胜悦,郭强.液压活套控制系统控制策略及工程应用.2005中国钢铁年会论文集