熱軋帶鋼卷取控制系統探討

1 引言

　萊鋼1500mm熱軋帶鋼生產線是萊鋼“十五”技改工程新上的一條生產線，該條生產線全部由國內設計生產制造，其工藝布置方案為：2座步進梁式加熱爐—單機架帶立輥軋機（配置全液壓awc)的四輥可逆粗軋機（配置電動壓下apc+液壓agc)—熱卷箱—6機架四輥精軋機組（f1-f6配置全液壓壓下hapc+hagc、竄輥、彎輥，f1-f6采用cvc機型，機架間低慣量活套)—層流冷卻—2臺地下卷取機（配置助卷輥液壓踏步控制)。可生產厚度1.2mm—20mm，寬度700mm—1350mm的熱軋帶鋼，年設計生產能力200萬噸。

2 卷取工藝

　　卷取區主要設備有熱輸出輥道、層流冷卻設備、卷取前側導板、夾送輥、助卷輥、卷取機、卸卷小車、運輸鏈等，設備布置如圖1所示。

圖1 卷取區示意圖

　　當帶鋼出最后一架軋機經層流冷卻輥道進入入口側導板并開始卷取時，入口側導板通過位置、壓力傳感器對帶鋼進行控制，然后進入夾送輥。帶鋼在夾送輥的作用下，向下彎曲并沿擋板和斜溜板進入助卷輥和卷取機芯軸設定的縫隙，通過1#、2#、3#助卷輥與弧形導板，使其卷繞在卷取機芯軸上。卷繞3～4圈后，卷筒建立穩定張力，側導板進給使其靠上帶鋼，助卷輥此時變成小電流控制，并與帶鋼同步。助卷輥逐一打開，斜溜板打開，卸卷小車進入卷筒下方并且卸卷小車升降臺上升到距給定帶卷外徑下200mm處。助卷輥全部打開后，卷筒與最后一架軋機建立張力。帶鋼尾部即將離開f6時，助卷輥電機自動轉為速度控制，當卷取即將完了時，卸卷車升降臺接觸鋼卷，其卸卷小車托輥與卷筒等速旋轉直至卷取完了，鋼卷帶頭轉到帶卷下方。卷取結束后，卸卷車上托輥制動并且壓住帶鋼尾部，然后卷筒反轉收縮，側導板、夾送輥開啟，擋板關閉，卷取機外支撐打開，卸卷小車將鋼卷取下并送至鋼卷提升車，由此再送至帶回轉臺的回轉小車，該小車將鋼卷水平翻轉90°送到鏈式運輸機上運出帶卷。

3 卷取控制系統

　　卷取區由2套s7－400系列plc和2套tdc系統組成。一套s7400用于卷取公共控制，帶10個et200m遠程站；另一套s7400用于卷取出口控制；2套tdc系統帶8套et200m遠程站，主要實現液壓ajc等功能。系統配置圖如圖2所示。

圖2 卷取控制系統配置圖

3.1 卷取機的踏步控制(ajc)功能

　　自動踏步控制是現代帶鋼熱連軋機的一個新的控制功能，其目的是盡可能減小在卷取時由于帶頭和助卷輥相撞而在帶鋼上產生的壓痕。

　　自動踏步控制的基本原理是：自動跟蹤計算帶鋼位置并給電氣控制發送信號。每個助卷輥都裝有位置和壓力控制器，在帶鋼卷取過程開始后，每當帶鋼頭部轉到距離任一助卷輥很近的位置時，該助卷輥都迅速抬起，和帶鋼脫離接觸；而當帶鋼頭部通過助卷輥后，該助卷輥則迅速回靠以壓緊卷筒上的帶鋼，并按壓力控制方式運行。該過程將持續到卷取若干圈后全部助卷輥打開為止。良好的踏步控制系統應在保證帶鋼頭部不與助卷輥相撞的前提下，盡可能縮小助卷輥和帶鋼脫離的時間，使卷形不受影響。三個助卷輥跳躍時，總有兩個助卷輥處于壓力控制，以防止鋼卷松散。為了安全起見，助卷輥的跳躍量略大于帶鋼厚度。

　　ajc控制系統如圖3所示，包括帶鋼頭尾跟蹤、助卷輥位置控制和壓力控制。

圖3 ajc控制系統示意圖

　　3.2 卷取張力控制

　　卷取機有兩種工作狀態：速度控制狀態和張力控制狀態[1]。在點動和穿帶期間，它們工作在速度控制狀態，穿帶時，當卷取張力建立后，它們工作在張力工作狀態。

　　從速度控制狀態切換到張力控制狀態是在切換邏輯控制下自動進行的。在切換到張力控制狀態運行后，盡管卷取機的速度給定略高于精軋機組速度基準給定值。由于精軋機組和卷取機之間通過帶鋼的剛性連接，卷取機的實際速度不可能達到速度給定值，卷取機的速度調節器的輸出飽和，傳動系統轉入張力控制。由于速度調節器的輸出達到限幅值，張力給定值由張力矩、摩擦力矩、彎曲力矩、加減速力矩的計算等的結果決定。

　　(1)卷徑計算。卷取機上鋼卷的卷徑通過脈沖發生器的計數值計算出來。計算方法是在卷取機卷筒上定義一個旋轉角度αh，測量與該角度相對應的帶鋼長度，即可計算出鋼卷的卷徑。

鋼卷卷徑按下列公式計算： d=2l/αh
αh：在卷取機卷筒上的旋轉角度(以弧度表示)
d：鋼卷卷徑
l：與αh相對應的帶鋼長度
張力力矩的計算：帶鋼張力矩的計算公式如下：mz=f*d/2i
mz：張力矩；f：張力設定值；i：傳動比
彎曲力矩的計算：帶鋼彎曲力矩的計算按下列公式求得：
mb=δy*l* h/4
mb：彎曲力矩；h：帶鋼厚度；δy：屈服系數；l：帶鋼寬度

　　(2)加速力矩的計算。卷取機電機的加速力矩由折算到電機軸上的轉動慣量和帶鋼線加速度等參數計算出來[2]。轉動憤量包括固定部分和與鋼卷規格有關的可變部分。固定部分由卷取機傳動機構、卷筒等部分的轉動慣量組成。可變部分由鋼卷直徑、帶寬、鋼的比重等參數決定。由線速度變化和卷徑變化決定的加速力矩計算公式如下：

mα=dv/dt［k1*1/d+l(k2*d3- k3*1/d)］
其中：k1表示固定部分的轉動慣量系數；
k2、k3表示取決于卷徑變化的變化部分的轉動慣量系數；
l表示帶鋼寬度；
d表示鋼卷卷徑；
dv/dt表示加速度。

3.3 卷取機前側導板控制

　　熱軋鋼卷的卷形是生產過程中的一項重要的質量指標。卷取機前側導板的作用就是使帶鋼在卷上卷取機之前不跑偏，在卷取過程中對中，保證良好的卷形。采用液壓伺服系統對側導板進行位置和壓力控制。控制系統具有動態響應快、控制精度高的特點，在帶鋼的卷取過程中能實時地控制側導板的開口度和壓靠力，使帶鋼穩定在軋制中心線上。控制系統具有兩種控制方式：位置控制和壓力控制。可以自動切換，也可以根據生產設備情況、軋制品種等實際需要進行選擇。在帶鋼進入卷取機以前為位置控制，側導板的開口度設定要比帶鋼的寬度大，這樣可以使帶鋼順利地進入夾送輥。一旦帶鋼頭部卷入夾送輥后，可以是位置控制或壓力控制。

　　3.4 自動卸卷控制

　　帶鋼卷取過程中，運卷小車前進至卷取機下方，并進行一次上升，當卷取完成并尾部定位后，小車第二次上升，卷筒停止運轉后，卸卷車托住帶卷，卷筒縮徑，運轉小車將帶卷運至鋼卷升降機上，再由升降機將帶卷移送到運輸鏈上。整個控制過程可以手動/自動進行操作，手動時，操作工控制小車的前進和上升等動作，并將這些信號傳送到plc中，由plc控制卷取機的動作，保證卸卷的正常進行。自動時，直接由plc根據工藝控制要求進行卸卷控制。

4 結束語

　　系統采用了先進的控制算法，系統運行穩定，故障率低，創造了巨大經濟效益，是一套很好的控制系統。