熱軋帶鋼卷取控制系統(tǒng)探討

1 引言

　萊鋼1500mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線是萊鋼“十五”技改工程新上的一條生產(chǎn)線，該條生產(chǎn)線全部由國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造，其工藝布置方案為：2座步進(jìn)梁式加熱爐—單機(jī)架帶立輥軋機(jī)（配置全液壓awc)的四輥可逆粗軋機(jī)（配置電動(dòng)壓下apc+液壓agc)—熱卷箱—6機(jī)架四輥精軋機(jī)組（f1-f6配置全液壓壓下hapc+hagc、竄輥、彎輥，f1-f6采用cvc機(jī)型，機(jī)架間低慣量活套)—層流冷卻—2臺(tái)地下卷取機(jī)（配置助卷輥液壓踏步控制)。可生產(chǎn)厚度1.2mm—20mm，寬度700mm—1350mm的熱軋帶鋼，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力200萬(wàn)噸。

2 卷取工藝

　　卷取區(qū)主要設(shè)備有熱輸出輥道、層流冷卻設(shè)備、卷取前側(cè)導(dǎo)板、夾送輥、助卷輥、卷取機(jī)、卸卷小車(chē)、運(yùn)輸鏈等，設(shè)備布置如圖1所示。

圖1 卷取區(qū)示意圖

　　當(dāng)帶鋼出最后一架軋機(jī)經(jīng)層流冷卻輥道進(jìn)入入口側(cè)導(dǎo)板并開(kāi)始卷取時(shí)，入口側(cè)導(dǎo)板通過(guò)位置、壓力傳感器對(duì)帶鋼進(jìn)行控制，然后進(jìn)入夾送輥。帶鋼在夾送輥的作用下，向下彎曲并沿?fù)醢搴托绷锇暹M(jìn)入助卷輥和卷取機(jī)芯軸設(shè)定的縫隙，通過(guò)1#、2#、3#助卷輥與弧形導(dǎo)板，使其卷繞在卷取機(jī)芯軸上。卷繞3～4圈后，卷筒建立穩(wěn)定張力，側(cè)導(dǎo)板進(jìn)給使其靠上帶鋼，助卷輥此時(shí)變成小電流控制，并與帶鋼同步。助卷輥逐一打開(kāi)，斜溜板打開(kāi)，卸卷小車(chē)進(jìn)入卷筒下方并且卸卷小車(chē)升降臺(tái)上升到距給定帶卷外徑下200mm處。助卷輥全部打開(kāi)后，卷筒與最后一架軋機(jī)建立張力。帶鋼尾部即將離開(kāi)f6時(shí)，助卷輥電機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)為速度控制，當(dāng)卷取即將完了時(shí)，卸卷車(chē)升降臺(tái)接觸鋼卷，其卸卷小車(chē)托輥與卷筒等速旋轉(zhuǎn)直至卷取完了，鋼卷帶頭轉(zhuǎn)到帶卷下方。卷取結(jié)束后，卸卷車(chē)上托輥制動(dòng)并且壓住帶鋼尾部，然后卷筒反轉(zhuǎn)收縮，側(cè)導(dǎo)板、夾送輥開(kāi)啟，擋板關(guān)閉，卷取機(jī)外支撐打開(kāi)，卸卷小車(chē)將鋼卷取下并送至鋼卷提升車(chē)，由此再送至帶回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)小車(chē)，該小車(chē)將鋼卷水平翻轉(zhuǎn)90°送到鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)上運(yùn)出帶卷。

3 卷取控制系統(tǒng)

　　卷取區(qū)由2套s7－400系列plc和2套tdc系統(tǒng)組成。一套s7400用于卷取公共控制，帶10個(gè)et200m遠(yuǎn)程站；另一套s7400用于卷取出口控制；2套tdc系統(tǒng)帶8套et200m遠(yuǎn)程站，主要實(shí)現(xiàn)液壓ajc等功能。系統(tǒng)配置圖如圖2所示。

圖2 卷取控制系統(tǒng)配置圖

3.1 卷取機(jī)的踏步控制(ajc)功能

　　自動(dòng)踏步控制是現(xiàn)代帶鋼熱連軋機(jī)的一個(gè)新的控制功能，其目的是盡可能減小在卷取時(shí)由于帶頭和助卷輥相撞而在帶鋼上產(chǎn)生的壓痕。

　　自動(dòng)踏步控制的基本原理是：自動(dòng)跟蹤計(jì)算帶鋼位置并給電氣控制發(fā)送信號(hào)。每個(gè)助卷輥都裝有位置和壓力控制器，在帶鋼卷取過(guò)程開(kāi)始后，每當(dāng)帶鋼頭部轉(zhuǎn)到距離任一助卷輥很近的位置時(shí)，該助卷輥都迅速抬起，和帶鋼脫離接觸；而當(dāng)帶鋼頭部通過(guò)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(yùn)行。該過(guò)程將持續(xù)到卷取若干圈后全部助卷輥打開(kāi)為止。良好的踏步控制系統(tǒng)應(yīng)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(shí)間，使卷形不受影響。三個(gè)助卷輥跳躍時(shí)，總有兩個(gè)助卷輥處于壓力控制，以防止鋼卷松散。為了安全起見(jiàn)，助卷輥的跳躍量略大于帶鋼厚度。

　　ajc控制系統(tǒng)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(tǒng)示意圖

　　3.2 卷取張力控制

　　卷取機(jī)有兩種工作狀態(tài)：速度控制狀態(tài)和張力控制狀態(tài)[1]。在點(diǎn)動(dòng)和穿帶期間，它們工作在速度控制狀態(tài)，穿帶時(shí)，當(dāng)卷取張力建立后，它們工作在張力工作狀態(tài)。

　　從速度控制狀態(tài)切換到張力控制狀態(tài)是在切換邏輯控制下自動(dòng)進(jìn)行的。在切換到張力控制狀態(tài)運(yùn)行后，盡管卷取機(jī)的速度給定略高于精軋機(jī)組速度基準(zhǔn)給定值。由于精軋機(jī)組和卷取機(jī)之間通過(guò)帶鋼的剛性連接，卷取機(jī)的實(shí)際速度不可能達(dá)到速度給定值，卷取機(jī)的速度調(diào)節(jié)器的輸出飽和，傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入張力控制。由于速度調(diào)節(jié)器的輸出達(dá)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(jì)算等的結(jié)果決定。

　　(1)卷徑計(jì)算。卷取機(jī)上鋼卷的卷徑通過(guò)脈沖發(fā)生器的計(jì)數(shù)值計(jì)算出來(lái)。計(jì)算方法是在卷取機(jī)卷筒上定義一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度αh，測(cè)量與該角度相對(duì)應(yīng)的帶鋼長(zhǎng)度，即可計(jì)算出鋼卷的卷徑。

鋼卷卷徑按下列公式計(jì)算： d=2l/αh
αh：在卷取機(jī)卷筒上的旋轉(zhuǎn)角度(以弧度表示)
d：鋼卷卷徑
l：與αh相對(duì)應(yīng)的帶鋼長(zhǎng)度
張力力矩的計(jì)算：帶鋼張力矩的計(jì)算公式如下：mz=f*d/2i
mz：張力矩；f：張力設(shè)定值；i：傳動(dòng)比
彎曲力矩的計(jì)算：帶鋼彎曲力矩的計(jì)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(shù)；l：帶鋼寬度

　　(2)加速力矩的計(jì)算。卷取機(jī)電機(jī)的加速力矩由折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和帶鋼線加速度等參數(shù)計(jì)算出來(lái)[2]。轉(zhuǎn)動(dòng)憤量包括固定部分和與鋼卷規(guī)格有關(guān)的可變部分。固定部分由卷取機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、卷筒等部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量組成。可變部分由鋼卷直徑、帶寬、鋼的比重等參數(shù)決定。由線速度變化和卷徑變化決定的加速力矩計(jì)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(zhuǎn)動(dòng)慣量系數(shù)；
k2、k3表示取決于卷徑變化的變化部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量系數(shù)；
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(jī)前側(cè)導(dǎo)板控制

　　熱軋鋼卷的卷形是生產(chǎn)過(guò)程中的一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)。卷取機(jī)前側(cè)導(dǎo)板的作用就是使帶鋼在卷上卷取機(jī)之前不跑偏，在卷取過(guò)程中對(duì)中，保證良好的卷形。采用液壓伺服系統(tǒng)對(duì)側(cè)導(dǎo)板進(jìn)行位置和壓力控制。控制系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制精度高的特點(diǎn)，在帶鋼的卷取過(guò)程中能實(shí)時(shí)地控制側(cè)導(dǎo)板的開(kāi)口度和壓靠力，使帶鋼穩(wěn)定在軋制中心線上。控制系統(tǒng)具有兩種控制方式：位置控制和壓力控制。可以自動(dòng)切換，也可以根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備情況、軋制品種等實(shí)際需要進(jìn)行選擇。在帶鋼進(jìn)入卷取機(jī)以前為位置控制，側(cè)導(dǎo)板的開(kāi)口度設(shè)定要比帶鋼的寬度大，這樣可以使帶鋼順利地進(jìn)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(dòng)卸卷控制

　　帶鋼卷取過(guò)程中，運(yùn)卷小車(chē)前進(jìn)至卷取機(jī)下方，并進(jìn)行一次上升，當(dāng)卷取完成并尾部定位后，小車(chē)第二次上升，卷筒停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，卸卷車(chē)托住帶卷，卷筒縮徑，運(yùn)轉(zhuǎn)小車(chē)將帶卷運(yùn)至鋼卷升降機(jī)上，再由升降機(jī)將帶卷移送到運(yùn)輸鏈上。整個(gè)控制過(guò)程可以手動(dòng)/自動(dòng)進(jìn)行操作，手動(dòng)時(shí)，操作工控制小車(chē)的前進(jìn)和上升等動(dòng)作，并將這些信號(hào)傳送到plc中，由plc控制卷取機(jī)的動(dòng)作，保證卸卷的正常進(jìn)行。自動(dòng)時(shí)，直接由plc根據(jù)工藝控制要求進(jìn)行卸卷控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　系統(tǒng)采用了先進(jìn)的控制算法，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低，創(chuàng)造了巨大經(jīng)濟(jì)效益，是一套很好的控制系統(tǒng)。