宝钢高速线材轧制节奏控制模型研究

2006年第6期宝钢技术宝钢高速线材轧制节奏控制模型研究张贞宝(宝钢分公司条钢厂,上海201900)摘要:介绍了高速线材的轧制节奏控制工艺,分析了高速线材现有轧制节奏控制方法以及存在的问题;在此基础上提出了轧制控制模型的改进方法;详细介绍了轧制速度计算模型的设计方法,并建立保温辊道闭环控制模型;对保温辊道减速控制过程进行了仿真分析,设计了速度与时间计算公式,修正了减速控制模型。

新的控制模型在现场投入应用后,效果良好,提高了控制精度,减少了线材的出钢时间。

关键词:轧制节奏;线材;减速控制中图分类号:TG335.6+3文献标识码:B文章编号:1008-0716(2006)06-0017-04Research on Rolling Pace ControlM odels for Baosteel.s H igh SpeedW ire RodZhang Zhenbao(Bar Steel P l a nt,Baosteel Branch,Shanghai201900,Chi n a)Abstrac t:The ro lli ng pace contro l pro cess for h i gh speed w ire rod is i ntroduced.The ex isting ro lling pace contro l m ethods and proble m s about high speed w ire rod are ana l y zed.O n the basis o f this,m ethods fo r i m prov i ng ro lli ng contro lm ode l s have been propo sed.T he desi gn m ethod for the ro lli ng speed calculati on m ode l has been de tail ed,anda closed loop contro lm ode l for heat-i ns u lati ng ro lli ng table has been estab lished.A nd then a rolling tab l e dece lera-ti on contro l e m ulati on ana l ys i s has been m ade.A fter that the ca lcu l a ti on for mu las for speed and ti m e w ere redesigned and a decelerati on con tro lm ode lw ere mod ifi ed.S i nce the ne w contro lm ode l has been put i nto use i n the wo rk fi e l d, its effect has been i m proved a l o t,its contro l accuracy ra ised,and tapp i ng ti m e f o r w i re rod reduced.K eywords:ro lli ng pace;w i re rod;dece l e ration control1高速线材厂相关轧制节奏控制工艺一般线材轧机采用间隔轧制工艺,即两根钢坯之间保留一定的轧制间隙。

线材轧制工艺特点决定了该轧制间隙值不宜控制过小,所以轧制节奏的控制成为线材轧制的一个重要控制变量。

宝钢高线厂与国内其它高线厂相比,其轧机布置结构有一定区别。

一般国内高线厂加热炉与轧线控制隶属于一个系统,加热炉出口与轧机入口的距离非常近,没有保温辊道。

因此,其轧制节奏相对于宝钢高线厂要容易控制。

宝钢高线厂加热炉出口与轧机入口距离比较远,中间设有11根保温辊道、除鳞机和方坯夹送辊,并且轧线L1控制系统与加热炉L1控制系统为两个独立的控制系统,所以轧制间隙控制的难度相对比较大。

宝钢高线厂生产时,钢坯首先由入炉辊道送张贞宝高级工程师1972年生1994年毕业于上海交通大学现从事电气自动化工作电话26648530入加热炉加热,在加热炉中通过步进梁向前输送,加热完毕后,钢坯通过出钢机输送到出炉辊道上,由出炉辊道输送到保温辊道,然后由保温辊道输送至1H轧机。

为了减少钢坯的热量损失,钢坯在保温辊道中为高速走行,当钢坯头部离开保温辊道后,减速至低速(略高于1H轧机的速度),然后以匀速的状态进入1H轧机开始轧制。

2传统的轧制节奏控制方法一般的轧制节奏控制方法是:在钢坯咬入1#轧机后,启动下一根钢坯的预测计算,要综合考虑当前钢坯的轧制时间、加热炉的出钢时间、保温辊道输送时间和设定轧制间隙时间等因子,然后得出发出出钢请求信号的准确时间。

加热炉出口至1H轧机区域设备的布置见图1。

轧制节奏的控制流程见图2。

从图2中看出,轧制节奏的控制首先是一种预测控制。

实际应用中,由于轧制节奏受轧制速17宝 钢 技 术2006年第6期度、钢坯轧制预测时间、保温辊道控制方法等因素影响,轧制间隙时间往往波动很大,影响生产的正常节奏控制。

DS1_HMD 为加热炉出口热金属检测器;P R1_HM D 、PR2_HM D 为保温辊道热金属检测器;H 1_P 为1#轧机咬入信号;V2_HM D 为1#轧机后热金属检测器。

图1 出炉区域设备布置图F i g .1 Layout of facilities i n discharg i ngarea图2 轧制间隙的控制流程F i g.2 Contro l flo w o f rolling clearance3 轧制节奏的预测控制方法及改进控制模型轧制节奏控制方法中,出钢信号发出时间的常规计算公式为[1]:发出时间=当前钢坯轧制时间+设定轧制间隙时间-加热炉的出钢时间-保温辊道输送时间当前轧制时间=当前钢坯长度/轧制速度加热炉的出钢时间、保温辊道输送时间都采用经验值。

由于上述计算公式中,除了设定轧制间隙时间外,其它几个参数都有很大的误差,所以出钢信号的控制存在很大的误差。

加热炉是一个相对独立的系统,不列入本文讨论。

本文主要讨论钢坯轧制预测时间计算、保温辊道输送时间计算等环节。

由于这些时间的计算都与轧制速度有关,一旦速度测量不准就无法保证控制精度。

其中预测轧制时间的精度与轧制速度密切相关,所以对预测控制方法的核心之一是轧制速度测量方法的改进。

3.1 轧制速度计算模型钢坯从加热炉内高速运送出来,这样可以减少出钢时间;但是钢坯进入轧机前,钢坯运行速度减至轧机速度,以减少对轧机的冲击。

因此,钢坯的速度曲线是一个先高速后低速的过程。

减速时间的设计一般根据轧机入口设备的布置而定。

宝钢高线厂的设计为钢坯头部到达保温辊道出口热金属检测器(PR1_HMD)后延时1s 开始减速,所以高速段的速度为固定值。

低速段的速度来自1H 轧机的入口速度,该值由主轧机的速度给定模型设定,随着轧制钢种的变化而变化,一般为0.08~0.25m /s 。

一般认为轧机的入口速度不变,近似为一根平滑的直线,但实际上轧制速度随着轧制张力的变化而变化。

为了更好地分析速度的波动情况,对轧机的入口速度进行高速采样,然后信号放大,见图3。

原有速度计算方式是:取其中一点速度值作为标准速度,再用钢坯的长度相除,计算出钢坯的轧制时间。

从图3看出,这种方式有着明显的缺陷。

由于速度波动大,采集的点不能代表实际的速度,因此模型计算误差比较大。

18张贞宝 宝钢高速线材轧制节奏控制模型研究从图3看出,轧机实际速度呈周期性变化,每一个周期对应一根钢坯,图4是速度曲线的一个周期的展开。

图3 轧机入口实际速度曲线F ig .3 R ea l speed curve at thei nlet o f the rolling mill图4 速度曲线的一个周期的展开图F i g .4 Stretch -out v ie w of the speed curve for a period从图4中看出,速度波动呈一定规律:①轧制速度最低点位于PR1_HMD 复位处;②钢坯尾部进入轧机之前某时刻,轧制速度进入小波峰;③波峰时刻位于V2_HMD 置位信号时刻。

钢坯头部进入轧机开始轧制以后,钢坯尾部会有小部分留在保温辊道当中走行。

由于保温辊道低速设定值高于轧机速度,所以此时轧制速度偏高。

钢坯尾部离开保温辊道时,由于钢坯尾部走行完全依靠1H 轧机咬入,所以此时轧制速度最低。

根据现场实际情况,随着尾部逐渐进入轧机,轧制速度会自然升高。

根据现场实际情况,不同规格钢坯走行时,速度波动的峰值一般出现在PR1_HM D 后1.3~1.7m 处。

由于速度波动比较大,为了取到最佳的速度值,对现有速度进行低通滤波处理,滤波后的效果见图5。

在上述分析的基础上,设计速度处理模块先对速度值进行滤波,然后对速度曲线中3个特征速度进行采样,3个采样值分别为:头部速度值、尾部速度值、中间速度值。

对3个速度值再进行加权处理,得出最终速度值。

经过上述改进后,实际应用中,钢坯预测轧制时间的精度已经有了比较大的提高。

下文主要对保温辊道的控制模型进行研究。

图5 实际轧制速度滤波后的效果图F i g.5 Effect diagra m of rea l rolling speed a fter filter i ng3.2 建立保温辊道闭环控制模型传统的轧制节奏控制属于开环控制,不利于控制精度。

主要原因是轧制节奏的变化比较大,控制对象比较难选择。

针对该问题,设计了一种有效的闭环控制方法,即在钢坯头部到达保温辊道出口时,检测前后两根钢坯的间隙值作为反馈值,利用设定的轧制间隙时间计算出给定值,得到控制偏差。

然后巧妙地利用了保温辊道的减速环节设计调节器,调节保温辊道的减速时间,使得钢坯在进入轧机前能够进行闭环调节,保证了速度控制精度[2]。

上述方法存在一个不稳定的参数,即减速时间和减速距离的不确定性,造成了轧制节奏的控制不稳定。

该问题在轧制<5.5mm 钢帘线时非常突出。

3.3 减速段仿真分析3.3.1 头部时间的定义及分段分析经过轧制速度改进及保温辊道闭环控制处理后,轧制预测时间的精度有了提高,但是保温辊道的输送时间还是波动很大,现场测试数据显示减速时间波动比较大。

实际上轧制节奏控制精度的提高,关键也体现在对保温辊道减速区域的数据处理上。

图6是保温辊道至轧机入口的速度示意图。

保温辊道的速度控制分为三个阶段,所以钢坯的行走亦分为三个阶段。

第一阶段:钢坯高速运行,是保温辊道设定的高速;第二阶段:保温辊道信号发出,保温辊道减速,钢坯随之减速运行;第三阶段:保温辊道减速完毕,处于低速运行,钢坯随之低速运行。