棒材头部10 m处无纵肋问题分析与处理

魏建宏， 王保勤， 王朝辉

（山西中阳钢铁有限公司， 山西 吕梁 033400）

生产实践·应用技术

棒材头部10 m处无纵肋问题分析与处理

魏建宏， 王保勤， 王朝辉

（山西中阳钢铁有限公司， 山西 吕梁 033400）

介绍了活套控制系统的原理，通过大量FDA记录跟踪与对比，分析了山西中阳钢铁有限公司棒材生产线单线轧制时成品10 m处无纵肋问题原因，通过优化活套PI调节程序得以解决，提高了活套控制的稳定性。最后提出自动化模型需要维护与优化，只有不断地整定与优化才能适应设备状态、外部条件等变化，以便使设备长期工作在最佳状态。

活套控制 无纵肋 PI调节 模型 优化

山西中阳钢铁有限公司（以下简称中钢）棒材生产线是从意大利达涅利公司引进的，自动化程度较高，包括一级自动化与二级自动化系统。该生产线主轧线速度控制以金属秒流量相等为基础，运用微张力轧制、活套控制、速度级联控制等相结合的控制方式来实现全线自动化控制。由于粗轧区域轧件的速度慢、截面积较大，所以在粗轧（前6架）采用微张力轧制，而中轧、精轧（后6+6架）轧机的速度较快，坯料的截面积较小，采用活套控制来实现无张力控制。

1 活套工作原理

活套控制在轧制小坯料尺寸和较高的坯料速度时，使用活套控制来消除相邻两机架间的张力。活套控制在轧件头部进入本活套下游机架开始，至轧件尾部离开本活套的上游机架结束。为了防止甩尾，在轧件尾部离开上游机架前活套高度要降低到低套位，速度修正只作用于产生活套的一个机架。连轧机组中的活套控制逆向于轧制方向进行调节，也就是说，任何控制的扰动都将转移到控制要求不是非常严格的粗轧机组入口。活套控制是通过对比活套高度设定值与扫描仪检测来的实际值作差，再利用比例积分控制器快速响应，输出上游机架速度修正值来调整上游机架的速度，使活套高度偏差值趋于零[1-2]。

中钢棒材活套控制离不开轧线物料跟踪，物料跟踪系统能够定位轧件头部与尾部具体位置，它以轧线第一个热检HMD01位置为起始零点，在轧制过程中通过在线热检信号、机架咬钢信号以及飞剪剪切信号不停地计算并修正头部与尾部位置，同时跟踪功能也服务于微张力控制、头尾剪切、定尺剪剪切等。而活套的起套落套命令是受头部位置与尾部位置的控制，当轧件头部到达起套距离时，系统发出起套命令，当头部到达比例控制启用距离时启用比例控制，同样到达积分控制距离时启用积分控制，当尾部到达落套位置时，系统发出落套命令。活套控制系统的流程图如下页图1所示。

活套是否启用、活套设定高度及起套落套位置补偿量都能够通过上位机来人工设定。当发生以下几种情况时，活套控制将失效。

1）活套扫描仪未检测到信号。

2）上位机OWS上插入该机架，但机架停转。

3）活套位于飞剪后，飞剪正在碎断动作。

2 活套动作过程

2.1 起套阶段

当轧件头部咬入下游机架，即下游机架电流达到咬钢电流门槛值时，活套立即起套，为了保证起套的可靠性，可以适当调整咬钢门槛电流值，一般设为额定电流20%。另外为了利于活套的形成，常常需要调整下游机架动态速降补偿量，一般设置为1%～3%，必要时也可设置为0即取消动态速降补偿[3-4]。

2.2 自动调节阶段

第一阶段起套完成后，活套进入采用比例积分调节器自动调节阶段，自动调节器依据设定高度与反馈实际高度的偏差来调整上游机架的速度，比例积分调节器的2个参数比例系数Kp和积分时间Ti需准确设置，以保证活套能够快速响应稳定工作[5]。

图1 活套控制流程图

2.3 收套阶段

为了避免落套时的甩尾现象，两机架间活套在上一个活套扫描仪检测到尾部信号时开始，延时一段时间执行落套动作，延时时间在调试时调整。

3 问题分析与处理

3.1 发现问题

从2015年6月开始就陆续接到棒材生产现场反馈，在单线轧制时，如Φ16 mm，Φ18 mm，Φ20 mm，Φ22 mm规格生产时均存在头部约10 m处有约3～5 m长度无纵肋现象。该问题严重制约着棒材正常生产，无纵肋的钢筋需增加人员人工进行挑拣出，加大了工人劳动强度的同时也造成了大量的浪费，钢耗、成材率指标也受到影响。

3.2 分析问题

通过对比分析大量的FDA记录，包括速度曲线、活套曲线、电流曲线，最终发现17架存在较大速降量，大约有95～110 r/min，这样大幅度的速降持续大约450 ms，初步怀疑短暂的450 ms速降过程中造成17号架与18号架之间拉钢，致使头部有部分区域无纵肋。如图2所示，为Φ16 mm单线螺纹时17号架速度曲线，从图2中可以明显看出咬钢后又明显的速降，速降幅度约为100 r/min。

图2 Φ16单线螺纹时17号架速度曲线

问题找到了，但究竟什么原因导致了该现象的发生呢，这里不得不提到一个概念就是“模型”，自动化程度较高的现代轧机，在正常情况下，并不是主操工操作轧机来轧钢，而是自动化模型控制轧机来轧钢，比如微张力控制、加热炉二级的加热模型、轧机速度级联、活套控制等都是模型，模型的计算精度、运行状态和水平在很大程度上决定了轧制产品的产量、质量、成材率等。活套控制是一个典型的PI控制模型，是模型就需要维护、不断地整定与优化，只有这样才能适应轧制规格、设备状态和外部条件的变化，从而长期处在最佳状态。引进了好的模型就可以一劳永逸的想法是错误的，也是不切实际的。

随着使用时间的延长，设备的磨损，原有的模型将变得不再适用，例如活套，随着气缸、活套轮等一些零件使用磨损，起落套动作特性有可能发生变化，而原有的PI调节器就不再适应特性变化后的设备，这种情况下就需要对PI调节器进行优化与整定，以保证活套工作在最佳状态。

3.3 处理问题

基于对11号活套PI调节器进行优化与整定的理念出发，通过FDA采集11号活套曲线，对比发现活套高度超调量较大，高达20%。首先考虑将比例系数Kp降低观察，于是在2015年7月12日开始尝试优化PI调节器，将Kp由原来的10不断尝试修改最终定格为5，同时降低Kp后发现稳态震荡较强，后又将积分时间Ti由原来的0.01 s调整为0.02 s，最终取得了较好的套高曲线，如图3所示，为参数调整前后的11号套套高曲线。

图3 PI调节器优化前后11号套高曲线

从图3中可以看出，优化后套高超调量大大减小，响应速度较快，系统较稳定，同理可以推理出17号架速降量也大大较小了。

图4为模型优化前后17号轧机速度曲线变化图，图4中可以看出速降有明显减小。

图4 PI调节器优化前后17号轧机速度曲线

同时为提高系统的灵敏性，将17号，18号架咬钢电流门槛由原来的20%修改为15%，11号套活套高度曲线正常，超调较小，另外17号咬钢后的速降也大大减小，由原来的95～110 r/min降为30～40 r/min，通过跟踪Φ16 mm单线轧制发现头部10 m处未出现无纵肋的情况，再后来继续跟踪了Φ18 mm、Φ20 mm、Φ22 mm等规格的轧制，至今该问题再没有出现过。

4 结语

通过优化活套PI调节器彻底解决了困扰生产的棒材头部部分无纵肋问题，提高活套控制的稳定性，同时提出自动化模型需要不断地维护、整定与优化以使其长期工作在最佳状态。

[1] 傅强勇，陈军，辛赣宁.活套控制分析与改进[J].江西冶金，2005（6）：30-32.

[2] 谢海青，杨旭芳.邯钢高线活套控制系统原理及处理故障的方法[J].山西冶金，2012（3）：49-50.

[3] 左建强.高速线材活套的应用与故障分析[J].莱钢科技，2013（5）：42-43.

[4] 刘立文，阳春华.活套控制技术及应用[J].湖南冶金，2005（4）：12-16.

[5] 崔铭成，王于南.高速线材轧机的张力控制（二）[J].轧钢，1996（6）：21-23.

（编辑：苗运平）

Analysis and Treatment of the Problem of no Longitudinal ribs at 10 m of Bar Head

Wei Jianhong,Wang Baoqin,Wang Chaohui
（ZhongYang Steel Co.,Ltd.,Lvliang Shanxi 033400）

This paper introduces the principle of loop control system,through a large number of FDA record tracking and comparison,analyzes problems of no longitudinal ribs at 10 m of single wire rolling in bar production line of Shanxi ZhongyangIron and Steel Co.,Ltd.Byoptimizingthe loop PI control program,the stabilityoflooper control is improved,and the maintenance and optimization for automation model are finallyput forward.Onlybycontinuouslytuningand optimizing can it adapttothe equipmentcondition and exterior condition soas tomake itwork in the bestcondition for a longtime.

looper control,without longitudinal ribs,PI regulation,model,optimization

TG335.6

A

1672-1152（2017）01-0062-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.01.25

2016-12-16

魏建宏（1985—），男，山西阳泉人，自动化工程师，主要从事炼钢、轧钢电气自动化工作，硕士，毕业于东北大学自动化专业，现在山西中阳钢铁有限公司钢轧一厂工作。