热轧线活套控制的研究与应用

展 杰

（莱钢集团自动化部,山东 莱芜,271104）

0 前言

活套的控制装置是通过改变液压缸的压力和和调整活套摆臂的实际角度来实现自动调节系统控制对象的目的，这种控制方式的工作介质具有润滑、冷却的特点，融合了电动活套的稳定和气动活套转动惯量低的特性，因此其工作寿命更持久，提高了相应速度，使得控制操作更为灵活，有利于快速和简捷的更换零件，此外电子数控技术的发展使得精确控制与高速响应组合成的闭环控制成为现实，因此活套控制系统得以在热轧线广泛应用。当前活套控制系统主要以液压活套控制为主，相比电动活套而言，其控制的操作更为复杂，且大多数液压活套控制系统中的关键技术——液压配置及系统调试均来自国际市场，国内此类技术的开发并不成熟。因此导致国内液压活套控制系统开发领域的资料匮乏，使得当前热轧线上的液压活套控制调试难度较大，国内热轧线市场亟待完善的活套控制系统线上调试及线下开发机制。因此，本文通过介绍活套控制系统的原理、构造，各部分组成及功能组合方式，各类参数设定及关键技术应用等内容，系统性阐述液压活套控制装置的应用原理及在热轧生产线的实际应用现状。

1 活套控制系统功能

作为现代热轧生产线的基本特点，恒定活套量和小张力轧制在带钢连轧过程中的应用原理是：活套控制系统对因动态速降产生的套量，由于设定偏差、辊缝变化、温度波动等因素产生的套量变化量等数值进行采集，并通过热轧生产线进行修正，从而维持恒定的活套量。因此，活套控制系统属于热轧生产线的必备设备，其运行状态的好坏关系到产品的最终质量和生产过程中的高效运行。

1.1 液压活套的基本构造

液压缸充当活套滚作用于带钢的中间介质，液压缸底部与轧机传动侧机架相连，有杆腔的前端则与传动侧的活套臂相连，而活套臂离轴旋转点有一定的距离。活套绕轴旋转的角度由机械运动最终停止的位置确定，活套滚进行更换时，必须套高到最上面的位置进行，预留侧导板的进出空间，通过安全销将最上和最下两个终端位置进行机械锁定。最后的机架不许安设活套控制装置。

闭环控制系统由感应器和控制器构成。感应器由角度传感器和压力传感器构成，角度感应器安设在枢轴点，压力传感器安设在油路管线上。闭环控制系统接收感应器传回的信号后，通过控制器进行活套、活套滚位置以及油缸压力的调整，从而实现热轧生产线的技术参数保持在允许范围内。

1.2 液压活套的主要功能

当生产线开始带钢热轧时，通过支撑活套臂的液压缸来进行张力套量控制，主要是利用液压缸行程改变技术来实现，而张力套量则是由活套臂在上升时与顶部的带钢接触导致的机架与带钢之间形成的压力。

作为综合控制系统，活套具有检测套量和张力瞬时值的功能，通过采集并反馈瞬时参数到控制系统，活套控制系统可以保证带钢生产过程中的微张力威维持在恒定状态，即张力控制。

张力控制可以通过恒定的张力来提高板材的质量，提高热轧和连轧效率，此外，张力控制还能够实现前后轧机之间主电机的功率分配，使得带钢宽度也能够维持在允许范围内。套量控制则通过控制金属秒流量，规避带钢生产中拉钢、堆刚现象的产生。主传动调节则是为了将套量回归初始设定，通过复位消除上一次生产过程中带来的扰动、微调和手动操作带来的误差，为下一次的带钢生产做技术准备。

活套控制系统的控制装置将下游采集的瞬时速度进行修正后传递给上游轧机的传动控制系统，当金属的秒流量发生变化时，轧机间的带钢长度将发生变化，使得活套的高度和实际角度也发生改变。通过活套控制系统，将实际活套角度保持在固定值，这样当金属秒流量发生变化时，主传动就会被动的发生速度改变，使得带钢的长度维持恒定，活套的高度通过上游机架的传动速度瞬时调整维持在恒定状态。一个机架速度的改变值乘以这个机架相关的减少量，并将速度的改变值作为偏移量反馈给前一个主传动速度控制的基准值。所以所有相邻轧机的主传动速度不断通过减少量的改变而改变，最终实现带钢张力的恒定控制，提高带钢成品质量。此外，带钢的轧制过程中，活套滚必须与带钢保持有压力接触，使得力控制过程中接触张力始终存在，将力控制等同于张力控制，为了保证力和位置的固定，活套控制系统必须采取级联方式设计，位置控制为主，力控制辅助。

2 活套控制原理

活套控制系统的控制方式氛围：起套控制、小张力控制和落套控制三种方式。

2.1 起套控制

2.1.1 信号控制

起套控制主要通过感应器检测轧制力并反馈给控制系统来实现，当轧机咬钢后轧制力会产生突变，突变信号就可以作为起套控制的逻辑控制信号。

2.1.2 控制原理

活套控制的逻辑控制信号发出起套命令后，活套控制器给伺服阀加一较大的定量活套起套控制信号使活套快速起套与带钢接触，活套控制器按照上游机架给定的活套张力和活套高度进行闭环控制。

活套从机械的零位角以下位置上升到制定位置一般经过0.3秒（±0.1），但是此时的带钢并未受到张力控制，处于松弛的状态，使得活套辊会在上升至指定角度时继续上升，直到上升到拉紧带钢时才会停止控制，同时发送信号至上游的机架进行速度调节，使得套量参数始终保持在预订范围内。

2.2 小张力控制

小张力的控制是指带钢咬合之后，在机架之间建立起小张力平衡控制机制，使得轧钢过程稳定连续，此阶段的控制时间占整个生产过程的90%以上，此阶段他欧诺个过活套高度调节控制器的实时调控，活套辊角度在设定范围内不断进行微调，保证张力在设定张力的合理范围内波动，从而实现连续轧钢。

2.3 落套控制

在轧钢结束之前，活套辊必须下降至零位以下，以避免带钢尾部翘起导致钢尾折叠甩出。当带钢尾部全部脱离控制后，压力消失，信号采集的装置采集信号后，并不进行立即调控，而是通过设定延时装置，延后控制，使得钢尾可以全部通过。

3 热轧线控制系统主要应用技术分析

活套控制系统在实际轧钢应用过程中需要采取一系列的技术手段对系统进行优化，在热轧生产线上此系统主要采取的关键技术主要有：活套位置检测自动校零技术、活套升套过程软接触技术和自适应活套落套控制技术。

3.1 活套位置检测自动校零技术

活套闭环控制模式下的活套控制系统完全依靠感应器反馈回的信号进行自动化操作，因此检测结果的精度直接关系着操作的精确程度，从而影响产品的最终质量。但是感应器本身经过一次带钢轧制之后，会产生系统误差，因此需要进行调零，人工调零精度差，误差大，因此在实际生产过程中采用活套位置的精密检测，实现系统自动校零，此技术的应用可以减少两次轧钢之间的系统恢复时间，提高了生产效率。

3.2 活套升套过程软接触技术

软接触技术主要是为了避免在接触瞬间产生异常压力导致反馈信号的短时过大，通过软接触技术降低活套的移动初始速度，在一定范围内减缓移动速度，使得反馈信息由足够的时间进行计算和指令发送，避免异常数据导致错误操作。

3.3 自适应活套落套控制技术

为了避免钢尾离开热轧线后，活套突然落下导致机械损坏，根据自适应活套落套控制技术在活套上游机架抛钢信号之前，提前一段时间落套。通过调整使其避免活套落套时带钢甩尾的现象，达到最佳落套控制。

4 结束语

活套控制系统是一个通过采集热轧线的各设备位置、接触压力、角度变化等信息，输出设备制定角度和张力的多变量控制系统。角度与张力间相互影响的关系使得控制变得极为困难，特别是传统的轧钢过程，PI控制模式并不能够解决活套摆动大带来的带钢宽度变化幅度大、夹杂气泡等问题，严重影响了产品质量。因此需要在今后的研发过程中，加大多变量关联性的研究，探索有效的途径改变变量之间的耦合关系，降低产品瑕疵。虽然这轧线活套控制技术已经在实际生产中取得了良好的效果，但是依然需要不断的进行优化和升级，减少系统缺陷和技术隐患，为轧钢行业的发展提供更可靠的技术保障。

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