热连轧窄带钢的活套高度闭环控制陈宜华（山东莱芜钢铁总厂轧钢厂，２７１１２６）摘要热轧窄带 钢活套调节是影响窄带钢质量的重要问题之一。文中结合窄带钢连轧的特点介绍了活套高度闭环控 制系统，并对系统涉及到的有关问题作了说明。关键词窄带钢，热轧，活套调节，控制系统ＣＬＯ ＳＥＤ┐ＬＯＯＰＣＯＮＴＲＯＬＦＯＲＨＥＩＧＨＴＯＦＬＯＯＰＳＩＮＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ ＨＯＴＲＯＬＬＩＮＧＯＦＮＡＲＲＯＷＳＴＲＩＰＳＴＥＥＬＣｈｅｎＹｉｈｕａ（Ｓｔｒｉｐ Ｓｔｅｅｌｗｏｒｋｓｈｏｐ，ＬａｉｗｕＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＣｏ．，２７１１０４）Ａ ｂｓｔｒａｃｔＴｈｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｏｆｌｏｏｐｓｉｎｈｏｔｒｏｌｉｎｇｏｆｎａｒ ｏｗｓｔｒｉｐｓｔｅｅｌｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｗｈｉｃｈｉｎｆｌｕｅｎ ｃｅｓｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｎａｒｏｗｓｔｒｉｐｓｔｅｌ．Ｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｗｉｔｈｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｏｌｉｎｇｏｆｎａｒｏ ｗｓｔｒｉｐｓｔｅｅｌ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃ ｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｈｅｉｇｈｔｏｆｌｏｏｐｓ，ａｎｄｄｅｓ－ｃｒｉｂｅｄｃ ｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｎａｒｏｗ ｓｔｒｉｐｓｔｅｅｌ，ｈｏｔｒｏｌｉｎｇ，ａｄｊｕｓｍｅｍｎｔｏｆｌｏｏｐｓ，ｃｏｎｔ ｒｏｌｓｙｓｔｅｍ１前言在带钢连轧过程中，精轧机组主要靠活套吸收因动态速降而产生的套量 和由于设定偏差、辊缝变化、温度波动等造成的套量变化量。要维持正常的连轧关系，必须使连轧 机架间保持稳定的活套量。活套的高度闭环自动控制，就是根据工艺要求，设定合适的活套高度目 标值，并以此为基准调节主机速度，稳定机架间的套量。作为连轧自动控制中的重要控制手段之一 ，活套高度闭环自动控制目前在国内引进的自动化程度相对比较高的宽带连轧生产中应用较广泛， 而在热连轧窄带钢实际生产中应用得很少。本文结合莱钢５００ｍｍ热连轧窄带钢生产线手动操作 活套高度闭环控制的有关问题进行说明。２机架间套量计算的数学模型连轧过程中机架间套量的计 算可以根据活套支撑器的角度间接测得，其几何关系如图１所示：图１机架间套量几何关系图Ｌ－ 相邻机架间距离；Ｌ１－活套臂转轴距前机架中心距；Ｒ－活套摆臂长度；θ－活套角度；γ－活 套辊直径；Ｌ２－活套臂转轴与轧制线间距离机架间存储的活套量为：ｌ＝ＢＡ＋ＡＣ－Ｌ式中Ｂ Ａ＝（Ｒｓｉｎθ－Ｌ２＋ｒ）２＋（Ｌ１＋Ｒｃｏｓθ）２ＡＣ＝（Ｒｓｉｎθ－Ｌ２＋ｒ）２ ＋（Ｌ－Ｌ１－Ｒｃｏｓθ）２其中，Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｒ、ｒ均为已知量，可计算活套摆臂角度 与套量的联系。由于上述计算方法的复杂性，实际工程中，一般采用简单的近似算法替代，并已有 了现场应用实例的算法，如：“平方近似算法”、“等腰三角形近似算法”（武钢１７００ｍｍ轧 机改造后采用）等。由于“平方近似算法”具有计算简便、易于实现，活套小角度时更能正确反映 实际套量等优点，因此采用这种算法，即将活套量等于零时的活套臂的机械零度角５°１６′作为 活套摆角的相对量，设为０％；最大工作角度θ＝４０°时的相对量为１００％，对应活套量ｌｍ ｉｎ～ｌｍａｘ亦为０％～１００％，变换后的套量与角度的关系近似满足：Δｌ％＝（Δθ％） ２３活套高度自动控制的实现莱钢热连轧窄带钢生产线精轧区由６架平辊轧机，２架立辊轧机（Ｆ Ｅ２暂未用）和５架电动活套组成，采用向粗轧方向的逆调方式。工艺布置如图２所示。图２精轧 区工艺布置图３．１系统设计涉及到的几点问题（１）方案设计时考虑了窄带连轧和本生产线的下 列特点：①在精轧区连轧时轧件已较薄，经常出现板型不稳的情况。在缺少板型控制环节（人工调 节单边）的条件下，轧制中的带钢会产生强烈抖动，套量越大，抖幅越大，易造成带钢刮轧机入口 导卫板，叠轧堆钢事故。②当新工作辊更换后，辊面较平滑，并附有油膜，辊面与轧件间摩擦系数 较小，轧制过程中会出现带钢在轧辊间平行游动现象，过大的套量同样使堆钢的几率增加。③一般 活套起落套的控制，根据主机咬钢负荷信号或热金属检测器（ＨＭＤ）信号自动进行。由于电动活 套本身为一大惯性环节，实际生产过程中，轧制速度时常变化，控制活套起落套的时间点较难找准 ，若连轧过程中套量过大，易产生叠轧堆尾或甩尾拍击轧辊等情况。针对上述问题，在控制系统中 ，取消了一般高度闭环控制，先将活套稳定到２０°～２５°的工作角度进行轧钢，落套前进入小 套量（１１°～１４°）调节的常规，直接进行小角度、微套量的控制。角度设定值的大小，因各 机架具体情况而定。机架Ｈｉ（ｉ＝１，…５）活套高度的设定值分别为：１８°、１５°、７． ５°、５°、５°。（２）在设定角度较小时存在的主要问题：一定的放大倍数和积分时间常数下 （设定角度在２０°～２５°时此组数据能够稳定迅速调节），大套量时下调速度过快，系统超调 ，造成带钢局部拉窄；小套量特别是套量过低时，调节速度过慢，迟迟调节不到目标高度。以设定 角度为５°时说明：目标值为５°时，其设定套量正偏差方向的最大套量（相对百分量）偏差值仅 有２．０７％，负偏差方向量大可达９７．０３％。表１为角度套量对照表。为保证系统在两个方 向有均匀的纠偏能力，大偏差稳定调整，减小超调，小偏差特别是正方向偏差迅速调节到目标值（ 避免拉钢），系统设计采用了具有角度自适应能力的非线性调节环节。表１角度套量对照表θ／（ °）５．０１０．０１５．０２０．０２５．０３０．０３４．７θ／％１４．３９２８．７９４ ３．１８５７．５８７１．９８８６．７３１００．００ｌ／％２．０７８．３０１８．６５３３ ．１５５１．８０７４．６０１００．００活套高度调节过程，是根据当前的实际连轧情况重新调 整各机架速度，匹配秒流量关系的过程，其每次调节的范围是受限的。为避免调节过程的重复性， 系统设计有速度调节量校正学习环节，自动对每次调节过程中的数据进行处理，逐次修正，每次调 节均在前次调节地基础上进行。一般最多２～３条钢，即可使各机架速度关系满足连轧金属秒流量 关系，并稳定活套高度。３．２系统构成原理活套高度闭环控制系统的硬件实现，利用了已有的东 芝ＥＸ＊１００ＰＬＣ和西门子ＲＡ２４全数字直流传动系统中的工艺控制调节器及其它功能模块 ，由角度检测、套高设定、套量调节、角度自适应、偏差校正学习和输出逐移等主要环节构成，其 控制原理框图如图３所示：图３高度闭环系统原理框图（１）角度检测与给定环节活套角度检测反 馈采用油浸变阻器，取其电压信号反映活套摆臂的实际角度值θ实；常规的油浸电位器经控制减速 箱，与活套电机联接的形式存在齿轮传动间隙过大等问题，直接影响套高反馈精度，为减小机械传 动方面造成的影响，采取了油浸电位器与活套摆臂同轴连接的措施，效果较理想。此外，该环节中 还设有：反馈回路中零角度偏差校准（具备硬件条件时，可增加零度偏差自动校准），确保角度反 馈在５°１６′时的初始电压值为０Ｖ；实际值θ实到相对角度θ％实的变换；相对套量Δｌ％实 （θ％２）的转换。活套高度目标值（Δｌ％基）设定，直接采用恒定的内部套量给定方式。（２ ）套高调节环节由于在实际生产过程中，轧机速度基本匹配，为了使整个控制系统在有输入信号偏 差时（Δｌ％偏≠０），能够迅速根据偏差对套高进行控制，调节器以比例调节为主：考虑设定或 连轧过程中的其他因素影响，大多数情况下存在Ｖｉ≠Ｖｉ＋１，为提高系统对主轧机速度的控制 调节精度，设有积分调节，共同组成了ＰＩ调节器。非线性高度自适应部分如前所述，主要针对解 决小套量、小偏差时的纠偏能力，与大套量、大偏差的稳定调节之间存在的矛盾，使系统在整个调 节范围内具有迅速稳定的特性。（３）速度设定偏差的学习校正环节系统能在连轧过程中，自动根 据套高偏差调节输出（ｕ调）情况，学习校准速度给定值（ｕ给＝ｕ基＋ｕ调＋ｕ校），使连轧秒 流量关系随轧制支数的增加，逐支钢趋于最佳化。其过程为：设定→调节→数据处理→学习校准→ 修改设定→再调节→…，实现活套高度闭环真正意义的自动控制。（４）调节量输出与逐移调节按 设定调节百分量对调节器输出值进行转换，并作为本机架Ｆｉ（活套Ｈｉ的紧前机架）速度调节量 ，改变本机架轧机速度，使ｖｉ≠ｖｉ＋１，直到套量Δｌ％偏＊＝０，同时把调节信号按当前速 度配比关系逐渐移到上游所有机架，确保调节后的各机架秒流量关系维持不变。４结束语系统投入 后控制效果较明显，主要表现在两方面：一是系统调节较迅速，一般在大换辊或换规格后轧制２～ ３支钢，活套高度即能调节到设定高度控制范围内。二是控制系统稳定性好，Ｈ１、Ｈ２
活套高度 变化在进入稳定正常调节阶段，活套摆臂的摆动范围一般不超过±５°，Ｈ４、Ｈ５活套一般不超 过±１．５°。为保障系统可靠运行，特别需要注意对角度检测环节和活套机械转动部分的维护， 尽量避免联轴器松动打滑等，对正常活套高度控制和带钢质量的影响。热连轧窄带钢的活套高度闭 环控制@陈宜华$山东莱芜钢铁总厂轧钢厂窄带钢，热轧，活套调节，控制系统热轧窄带钢活套调 节是影响窄带钢质量的重要问题之一。文中结合窄带钢连轧的特点介绍了活套高度闭环控制系统， 并对系统涉及到的有关问题作了说明。定迅速调节），大套量时下调速度过快，系统超调，造成带 钢局部拉窄；小套量特别是套量过低时，调节速度过慢，迟迟调节不到目标高度。以设定角度为５ °时说明：目标值为５°时，其设定套量正偏差方向的最大套量（相对百分量）偏差值仅有２．０７％，负偏差方向量大可达９７．０３％。表１为角度套量对照表。为保证系统在两个方向有均匀的纠偏能力，大偏差稳定调整，减小超调，小偏差特别是正方向偏差迅速调节到目标值（避免拉钢），系统设计采用了具有角度自适应能力的非线性调节环节。表１角度套量对照表θ／（°）５．