高速线材生产中的活套控制系统

张玉军

摘要：本文介绍了高速线材生产中活套控制系统的组成、活套量的计算模型、活套的控制运算和实际数字PID控制参数的配置方法；同时也介绍了活套扫描器的工作原理、安装要求、以及活套扫描器对活套调节精度和稳定性的影响；阐述了活套控制系统在高速线材生产中的重要性。

关键词：活套；套量计算；活套控制；数字PID

引言

在高速线材生产中为保证轧出优质线材，其主要因素之一就是要保证预精轧各机架之间、预精轧和中轧机间以及预精轧和精轧机间实现无张力轧制。由于轧制速度快以及其它方面原因的影响，要完全靠两机架本身的调速控制系统来保证无张力轧制而又不堆钢是难以实现的。因此，在这些机架之间各设一活套控制环节，各活套控制环节通过级联关系构成一活套控制系统，保证轧件在这些机架间在有一定的套量下进行轧制，以实现无张力轧制的要求。

活套的型式根据工艺布置有二种。一种是水平活套，即活套构成的平面与水平面平行，它的套的形成是靠调节相应机架的速度自由形成或靠推套辊帮助起套，它对套量的存贮相对要大些，另一种是立活套，即活套构成的平面与水平面垂直，立活套由推套辊帮助起套并靠推套辊支撑。一般预精轧机和中轧机之间以及预精轧机和精轧机之间采用水平活套，预精轧各机架之间采用立活套。本文是以某高速线材厂为例对活套控制系统加以阐述，整个活套控制系统由五个活套组成，三个立活套和两个水平活套，采用逆调的方式。

1.3.实际套量检测部分即活套扫描器。

活套调节部分主要是由PID调节器构成，其作用是对实际套量进行调节。活套的逻辑控制部分是用于处理活套调节的逻辑联锁关系和顺序控制。活套扫描器是套量的检测元件，它的灵敏度和精度直接影响着活套控制能否正常工作。

活套控制系统是由全线中各活套控制环节所组成，它们之间的顺序控制关系由逻辑控制部分来完成。

2.活套量的计算模型

活套量一般定义为物料活套的弧长减去此弧对应的弦长。虽然人机接口设定的活套控制参数为活套的高度，但在活套控制系统中常把它转换成套量来进行控制。下面我们来分析套量与活套高度存在什么关系。

首先我们假定活套形状为一弓形圆弧，在控制过程中弓形圆弧的弦长为常数，弓形圆弧的弦高将随设定高度而变化，因此形成的曲率半径是一个变量。3.实际套量检测部分

实际套量检测一般都采用活套扫描器，活套扫描器直接检测的是实际套高，需要采用上面的数学模型转换成实际套量。活套扫描器任务就是将套高值转换成模拟量的电信号。活套扫描器的精度直接影响活套控制系统的精度和稳定性，为了保证精度因此选用国外进口设备。活套扫描器选用的是意大利达涅利公司生产的ID6500/W，

ID6500/W活套扫描器的工作原理：ID6500/W活套扫描器内部主要由光学组、CCD传感器板、逻辑板、电源板组成。光学组包括35mm/f4的成像透镜、RG830红外线滤波器和密封保护玻璃。CCD传感器板由2048像素CCD阵列成像传感器、阻抗适配器、放大器、采样电路及信号转换电路组成，它适合的红外光谱范围为850～1000mm。热钢通过光学透镜在2048像素CCD阵列成像传感器上成象，通过信号转换电路转换成标准的电压或电流信号，热钢高度变化活套扫描器的输出信号随着线性变化，从而通过输出信号的变化反映热钢高度的变化。

检测的高度范围与安装的距离有关，高度用H表示，距离用S表示，则存在如下关系：

根据要求的扫描范围，通过上式计可算出实际的安装距离。

4.活套控制运算

在实际活套控制中要求无静差调节，活套调节器一般采用PID控制，并希望套量的超调量尽可能小。由于由PLC完成活套控制和调节，所以调节器采用数字PID控制算法。

数字PID控制算法是以连续系统的PID控制规律为基础的，然后再将其数字化，写成差分方程。

5.结论

活套控制系统在高速线材生产中起着相当重要的作用，要保证产品质量，一定要有稳定的活套控制系统。本文介绍的活套控制系统已经成功地在实际生产中应用，现场实际的运行情况表明，运行稳定，可靠性和调节精度高，用户十分满意，值得推广和应用。

参考文献：

[1]乔德庸、李曼云.高速轧机线材生产[M].北京：冶金工业出版社，1995.

[2]韩静涛.钢铁生产短流程新技术[M].北京：冶金工业出版社，2000.