[科普中國]-活套控制

介紹

為了維持機架間物流平衡，保持板帶張力恒定，在板帶軋機精軋機組的機架之間裝有活套?；钐滓騽恿C構(gòu)的不同可分為氣動活套、電動活套及液壓活套。氣動活套的動力源為壓縮空氣，由于空氣的可壓縮性太大，氣動活套的響應(yīng)速度太慢，控制精度差，不用于板帶軋機中，但由于結(jié)構(gòu)簡單，維護方便容易，氣動活套在棒線材生產(chǎn)線中得到了普遍使用。電動活套的動力源為變頻電機，變頻電機的尾軸上裝有編碼器，編碼器檢測電機的轉(zhuǎn)速及電機轉(zhuǎn)子位置以控制活套高度，通過檢測電機負載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成張力后控制板帶張力。液壓活套的執(zhí)行機構(gòu)為液壓缸，液壓缸由伺服閥驅(qū)動，活套的旋轉(zhuǎn)軸上裝有角度編碼器以檢測活套角度，液壓缸的活塞側(cè)與活塞桿側(cè)裝有壓力變送器，通過控制液壓缸活塞的移動以控制活套高度，通過測量活塞側(cè)與活塞桿側(cè)的壓力轉(zhuǎn)換成機架間張力后控制板帶張力，也可以在活套輥上安裝壓力檢測組件直接檢測板帶對活套輥的壓力，把壓力轉(zhuǎn)換成板帶張力后控制機架間板帶張力。

目前，大部分熱連軋機組的活套機構(gòu)由小慣量直流電動機驅(qū)動，但新建和改造的熱連軋機已越來越多地采用了液壓活套。和電動活套相比，液壓活套由于慣量小、動態(tài)響應(yīng)快，其追套能力和恒張性能有顯著提高。另一方面，活套控制裝置也已從20世紀80年代開始逐步實現(xiàn)了由模擬電路系統(tǒng)到計算機構(gòu)成的全數(shù)字化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變?；钐卓刂茢?shù)字化有利于控制參數(shù)的在線調(diào)整，有利于先進的、智能化的控制思想的實現(xiàn)，可以顯著提高控制精度、增加控制功能、完善各種補償措施以及提高活套控制裝置的運行可靠性。1

活套的控制時序圖1為液壓活套示意?；钐椎目刂七^程大致可以分為三個階段：活套的起套控制、活套穩(wěn)定階段的控制、活

套的落套控制。當板帶經(jīng)過活套的下流機架時，活套起套，活套輥與板帶接觸，進入活套的穩(wěn)定控制階段。在活套的穩(wěn)定控制過程中，活套的角度與板帶張力參考值保持不變，當機架間物流不平衡時，活套的實際角度與張力發(fā)生變化，偏離了角度參考值，活套調(diào)節(jié)上流機架的速度以維持物流平衡。當板帶尾部將要離開活套的上流機架時，活套落套。為了使落套時板帶運行平穩(wěn)，在活套完全落下之前設(shè)計了“小套”控制過程，也就是把活套的落套過程分成二步進行，當板帶的尾部運行到活套上流機架前的某一位置時，活套下降到某一高度，經(jīng)過一段時間后，活套完全下落到等待位置。

圖2和圖3是活套的啟套與落套的控制時序。從圖2可以看出，當板帶經(jīng)過活套的下流機架時，活套啟套，在活套輥與板帶接觸前，活套啟套加速力轉(zhuǎn)矩起作用，當活套實際高度等于參考高度時，活套的啟套控制結(jié)束，進入活套的穩(wěn)定控制階段。從圖3可以看出，當板帶尾部經(jīng)過活套上流機架前的某一位置時，活套的“小套”控制啟動，此時活套的高度參考值與轉(zhuǎn)矩參考值減小，當板帶尾部經(jīng)過活套的上流機架時，活套下落到等待位置。

活套的轉(zhuǎn)矩與角度控制張力與轉(zhuǎn)矩控制為了穩(wěn)定機架間物流，維持機架間板帶張力穩(wěn)定，活套控制設(shè)計了二個重要的控制回路，活套角度控制回路與板帶張力控制回路?；钐捉嵌瓤刂苹芈肥情]環(huán)控制回路，而板帶張力控制回路是開環(huán)控制回路。

板帶張力依靠活套輥與板帶接觸后使板帶屈服變形產(chǎn)生，是活套轉(zhuǎn)矩的一部分，活套轉(zhuǎn)矩包括:活套重量轉(zhuǎn)矩、活套啟套加速力轉(zhuǎn)矩、伺服閥偏移補償轉(zhuǎn)矩、板帶重力轉(zhuǎn)矩、板帶屈服轉(zhuǎn)矩與板帶張力轉(zhuǎn)矩。在活套控制的不同階段，活套轉(zhuǎn)矩的參考值各不相同。

圖4是活套參考轉(zhuǎn)矩的控制。從圖4中可以看出，在活套的起套控制過程中，活套參考轉(zhuǎn)矩為活套重量轉(zhuǎn)矩、活套啟套加速力轉(zhuǎn)矩與伺服閥偏移補償轉(zhuǎn)矩之和，當活套進入穩(wěn)定控制階段時，活套參考轉(zhuǎn)矩為板帶張力轉(zhuǎn)矩、板帶屈服轉(zhuǎn)矩、板帶重力轉(zhuǎn)矩、活套重量轉(zhuǎn)矩與伺服閥偏移補償轉(zhuǎn)矩。活套啟套加速力轉(zhuǎn)矩只在活套啟套過程中起作用，它與活套自身的重量及活套啟套的快速性有關(guān)，大小由現(xiàn)場調(diào)試確定，目的是為了使活套快速啟套。

活套的高度控制活套的高度控制是一種閉環(huán)控制，活套的角度參考值由上位機給定，活套實際角度由角度編碼器測量得到，采用PI控制方式，使活套的實際高度不偏離參考高度。

活套控制技術(shù)的發(fā)展在板帶軋制過程中活套的作用相當重要，它起著控制機架間物流、調(diào)節(jié)軋機速度的重要作用。采用角度閉環(huán)與張力開環(huán)控制方式的常規(guī)活套在熱帶軋機中得到了普遍應(yīng)用。這種活套調(diào)試容易，在角度控制方而較果較好，但板帶張力的控制不很理想，板帶張力波動往往較大，而板帶張力的不穩(wěn)定對板帶的質(zhì)量影響較大。

有兩方面的原因造成了板帶張力控制的不穩(wěn)定：第一，板帶張力是由計算得到的，由于一些擾動因素不可能包括在計算公式之內(nèi)，致使張力計算不準確;第二，板帶的張力控制本身就是開環(huán)控制，不可能有非常穩(wěn)定的控制效果。

針對活套張力控制不很穩(wěn)定的狀態(tài)，許多公司正在從硬件與軟件二方而尋求解決問題的方法，如德國西馬克公司的“差壓活套”與“張力計活套”，日本東芝公司推出了活套的ILQ( Inverse Linera Quadratic)控制方式，這種控制方式實現(xiàn)了活套角度與板帶張力同時閉環(huán)，使板帶張力控制的穩(wěn)定性有了一定程度的改善，并且因為“差壓活套”與“張力計活套”檢測了板帶寬度方向的張力分布，能自動調(diào)節(jié)軋機輥縫，減少了操作員干涉軋機輥縫的頻率。但這種“差壓活套”與“張力計活套”顯著增加了投資與維護成本，并且為這種活套配備的ILQ控制方法也不是非常完善:ILQ控制方法對角度與張力偏差要求嚴格，一旦偏差超出一定程度，ILQ活套將變得急劇不穩(wěn)，必須切換到活套的常規(guī)控制方式，在ILQ控制方式中，活套的起套與落套的控制任然使用常規(guī)控制方式。改善活套板帶張力控制的穩(wěn)定性以及擴展活套的控制功能，例如使用“差壓活套”與“張力計活套”自動調(diào)節(jié)軋機輥縫的水平，是研究活套控制的一個重點，德國西馬克公司的“差壓活套”與“張力計活套”及日本東芝公司的活套ILQ控制方法為我們提供了有益的嘗試。2