王志強(qiáng) 劉慧博

摘 要：介紹高速線材活套控制系統(tǒng)的控制原理與控制過(guò)程，并對(duì)活套系統(tǒng)常見(jiàn)故障進(jìn)行介紹分析。

關(guān)鍵詞：高速線材；活套；故障；控制過(guò)程

前言

現(xiàn)代高速線材生產(chǎn)的主要特點(diǎn)是高速、無(wú)扭、無(wú)張力、連續(xù)。而保證高速、無(wú)扭、無(wú)張力連續(xù)軋制正常進(jìn)行的條件是各機(jī)架的“金屬秒流量”相等。而在實(shí)際軋制過(guò)程中，由于物料溫度、軋輥磨損以及沖擊載荷引起的速度波動(dòng)等因素的存在，從理論上確定的軋輥轉(zhuǎn)速往往不能實(shí)現(xiàn)各機(jī)架的“金屬秒流量”相等，所以在高速線材軋制線中引用微張力控制和活套控制對(duì)軋機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)微張力控制用于低速軋制區(qū)域，活套控制則用于高速軋制區(qū)域。在實(shí)際生產(chǎn)中活套直接影響線材的成品質(zhì)量、產(chǎn)量及成材率等。因此，活套控制在整個(gè)高速線材生產(chǎn)線中地位十分重要，必須合理、有效地控制。

1 活套的定義、組成及作用

1.1 活套的定義

通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)相鄰機(jī)架速度，使機(jī)架間產(chǎn)生“多余”物料，物料在起套裝置輔助下形成且能動(dòng)態(tài)保持的弧狀物，這個(gè)弧狀物就稱為活套。

1.2 活套的組成

活套主要有五個(gè)部分：分別為活套臺(tái)、支撐輥、起套輥、氣動(dòng)系統(tǒng)以及活套掃描器，其中支撐輥、起套輥起物料的導(dǎo)向和支撐作用。氣動(dòng)系統(tǒng)控制起套輥起落，活套掃描器負(fù)責(zé)測(cè)量活套高度。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 活套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.3 活套的作用

活套是實(shí)現(xiàn)高速線材無(wú)張力軋制的重要組成部分。即在軋制過(guò)程中，物料不存在堆拉關(guān)系。這是活套通過(guò)調(diào)節(jié)套高實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)相鄰機(jī)架間物料的量減少時(shí)，套高會(huì)隨之減小，活套起緩沖作用，防止物料拉伸，影響物料尺寸；同理，活套還可以吸收機(jī)架間過(guò)量的物料，防止堆鋼。

由此可見(jiàn)活套控制系統(tǒng)的主要作用是吸收因各種原因產(chǎn)生的速度波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制，從而提高成品質(zhì)量。

2 活套的控制基本原理與控制過(guò)程

2.1 活套的控制原理

活套套高控制是通過(guò)調(diào)節(jié)與活套相鄰機(jī)架速度來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；钐滋琢康扔诨钐咨嫌螜C(jī)架出口速度V1與下游機(jī)架入口速度V2之差的積分，當(dāng)V1>V2時(shí)，套量增加，套高增加，反之套量減少，套高降低， 當(dāng)V1=V2時(shí)，套量、套高均不變。

活套套高通過(guò)活套掃描器來(lái)測(cè)量?；钐讙呙杵鳒y(cè)量套高實(shí)際值，并將測(cè)量值動(dòng)態(tài)反饋到PID調(diào)節(jié)器，與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)其偏差，通過(guò)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)不斷調(diào)節(jié)上下游機(jī)架速度來(lái)實(shí)現(xiàn)活套套高的無(wú)靜差調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制。具體控制原理框圖如圖2所示。

2.2 活套的控制過(guò)程

活套控制系統(tǒng)按其控制對(duì)象可分為兩部分：

（1）邏輯控制：它主要是通過(guò)對(duì)軋制線上物料位置的跟蹤，控制活套控制系統(tǒng)各個(gè)階段切換，控制起落套閥的動(dòng)作，從而達(dá)到控制活套的目的。（2）活套高度控制：主要是將活套掃描器測(cè)量的實(shí)際套高與工藝設(shè)定值進(jìn)行比較，其偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器的運(yùn)算，參與調(diào)節(jié)軋機(jī)速度，以實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制的工藝要求。

按控制過(guò)程可分為：活套預(yù)形成階段、活套形成階段、活套控制階段和活套甩尾階段。各個(gè)階段具體劃分見(jiàn)圖3。

圖3 活套順序控制信號(hào)時(shí)序圖

2.2.1 活套預(yù)形成階段

當(dāng)上一根物料尾部離開(kāi)下游機(jī)架后，該區(qū)域進(jìn)入活套預(yù)形成階段，直到下游機(jī)架再次咬鋼為止。該階段的主要工作有兩個(gè)：

（1）微降低下游機(jī)架的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，使其“金屬秒流量”比上游機(jī)架軋機(jī)小，這樣物料咬入后，套量可以在該處快速積累，拱起成套。（2）發(fā)出起套命令，以便起套輥在下游機(jī)架咬鋼同時(shí)升起。

2.2.2 活套形成階段

活套形成階段從下游機(jī)架咬鋼開(kāi)始，隨著再下游機(jī)架的咬鋼而結(jié)束，持續(xù)時(shí)間一般不超過(guò)4s，以避免因兩機(jī)架間距離過(guò)長(zhǎng)等原因造成活套形成階段過(guò)長(zhǎng)。這一階段的任務(wù)就是形成活套，并使下游機(jī)架速度恢復(fù)到正常軋制速度。

2.2.3 活套控制階段

活套控制階段從活套形成階段結(jié)束開(kāi)始，直到物料尾部到達(dá)上游機(jī)架示警時(shí)間WT2。

這個(gè)階段的主要任務(wù)是控制活套高度，使其始終保持在設(shè)定值附近，實(shí)現(xiàn)活套高度的無(wú)靜差調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制。另外，在整個(gè)活套控制階段，活套高度是通過(guò)修正上游機(jī)架的速度來(lái)調(diào)節(jié)的。

2.2.4 活套甩尾階段

活套尾部控制階段是從物料尾部到達(dá)上游機(jī)架示警時(shí)間WT2開(kāi)始，直到物料尾部離開(kāi)下游機(jī)架。

這一階段控制主要是為了避免浪涌和甩尾現(xiàn)象發(fā)生，需要在活套尾部快離開(kāi)上游機(jī)架時(shí)將套高從正常套高降低到尾部套高TLP。同時(shí)，發(fā)出落套的命令，由于空氣阻尼的作用，起套輥不會(huì)立即失去支撐力，避免浪涌；當(dāng)物料尾部離開(kāi)上游機(jī)架后，活套失去推力后沿軋制方向伸展變直，避免甩尾。

3 活套的常見(jiàn)故障分析及處理方法

活套產(chǎn)生故障的原因有多個(gè)：工藝、機(jī)械、電氣都有可能導(dǎo)致活套故障，主要有以下幾種情況。

3.1 活套起套輥不能正常起落套

（1）熱金屬檢測(cè)器、活套掃描器損壞，不能正常檢測(cè)物料。（2）活套掃描器檢測(cè)環(huán)境異常：掃描器鏡片臟、檢測(cè)口沒(méi)對(duì)準(zhǔn)、導(dǎo)槽底部有氧化鐵皮或大量霧氣等擋住物料影響檢測(cè)。（3）活套電磁閥線圈未正常動(dòng)作：線圈燒損或線路問(wèn)題造成未正常得電。（4）換向閥堵塞、現(xiàn)場(chǎng)氣壓不足或機(jī)械機(jī)構(gòu)犯卡，造成起套輥不能正常工作。

3.2 活套頭部起套較高

（1）沖擊速降補(bǔ)償量偏小。（2）起套參數(shù)中P增益偏大。（3）工藝調(diào)整原因：壓下量太大，造成咬入角較大，物料頭部偏高。

3.3 活套套量不穩(wěn)

（1）活套掃描器內(nèi)部故障，套量無(wú)規(guī)則波動(dòng)，甚至波動(dòng)時(shí)有時(shí)無(wú)。（2）活套比例控制增益的調(diào)整不當(dāng)，導(dǎo)致活套不穩(wěn)定，活套套量在整根物料通過(guò)期間幅值和頻率均勻波動(dòng)，波動(dòng)周期為2s左右。（3）由于機(jī)械調(diào)整不當(dāng)或活套臺(tái)設(shè)計(jì)不合理引起，套量波動(dòng)從形成活套后開(kāi)始，振幅沿物料方規(guī)律地變化，可通過(guò)調(diào)整下一起套輥及支撐輥的位置來(lái)解決。（4）導(dǎo)衛(wèi)安裝不當(dāng)，物料在輥縫中擺動(dòng)，致使機(jī)架的變形量發(fā)生變化造成活套套量在整個(gè)軋制過(guò)程中，振幅和頻率均勻波動(dòng)，周期為2～4s。

3.4 活套落套時(shí)甩尾

（1）活套落套給定斜坡過(guò)長(zhǎng)，造成落套延遲，會(huì)直接導(dǎo)致活套甩尾。（2）活套前機(jī)架物料尺寸嚴(yán)重超差及相應(yīng)滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)的開(kāi)口過(guò)大或過(guò)度磨損等，均會(huì)使物料尾部在活套臺(tái)脫尾失速，造成活套在收套狀態(tài)下間歇甩尾。

4 結(jié)束語(yǔ)

活套控制系統(tǒng)在高速線材生產(chǎn)線有著舉足輕重的作用，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量。分析其控制原理及控制過(guò)程有利于解決在實(shí)際生產(chǎn)中遇到的各種問(wèn)題，希望能為現(xiàn)場(chǎng)工作者及科研人員提供一些參考。

參考文獻(xiàn)

[1]卿俊峰，劉勇.高速線材軋機(jī)的活套控制[J].軋鋼，2005（2）：69-71.

[2]李燦明，趙剛.高速線材活套套量波動(dòng)的研究和分析[J].浙江冶金，2005（4）：34-37.

[3]伍露萍.高速線材活套的智能控制研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2010.

作者簡(jiǎn)介：王志強(qiáng)（1982-），男，包鋼鋼聯(lián)股份有限公司，工程師，技術(shù)員，本科，控制工程。