棒材超细晶粒钢自动控制系统研发

棒材超细晶粒钢自动控制系统的研发

摘要：超细晶粒钢是中小型型钢生产中的一种新钢种，它的研发生产对我们的自动控制系统提出了很大的挑战。本文详细讲述在18架轧机的中小型型钢生产线上，开发出新钢种超细晶粒钢，并修复了机械设备改造对活套控制、微张力控制、速度控制和成品的长度计算等的影响，完善控制系统。

关键词：淬冷；检测设备；速度级联；测长

中图分类号：tg335文献标识码：a文章编号：1007-9599 (2013) 07-0000-02

1引言

超细晶粒钢在莱钢中小型线这样一条老线上调试成功可谓是老

树开出新花，但它对我们的自动控制系统提出了很大的挑战。首先投入淬冷设备要增加部分水泵和阀门的控制，更重要的是在淬冷设备取代了精轧区11、12或者13、14号轧机的时候，会导致替换区域的检测元件不能有效的检测，而且切断了轧钢的连续性，导致后续轧机的活套控制、微张力控制、速度控制、和成品的长度计算等都要重新进行整定，来修复原有的控制功能。

2设备概况

中小型车间整条轧线由粗轧区6台轧机，中轧区6台轧机，精轧区6台轧机，及轧机间的检测设备和3台剪子组成。在超细晶粒钢的生产中，根据所轧制的规格不同，轧机的替换方案也分为两种，前期测试时，在精轧区的13至14架轧机区域，目前也可在11#、

12#轧机处用穿水设备代替。轧线区域的主要硬件设备和穿水淬冷系统的主要硬件设备如图1所示。

图1轧线区域及穿水主要设备

fig1 the main equipment of rolling line area

为了节省成本，减少投入，新投入设备自动化控制功能在原来的rmc3站实现，信号使用rmc3的备用点。轧线的速度级联，轧件的测长等功能分别在原来的rmc2和rmc5实现。

3穿水功能实现

虽然现在最终主要选择11、12号轧机为替代区域，但在我们的自动化控制系统中，实现了可以选择的11、12替换或者13、14替换两套方案。

在rsp5241画面上增加了超精细粒钢穿水监控功能，可以对各个阀门进行操作，并监控各个阀门的状态。在进水管道上有一个压力检测点和一个流量检测点，调节阀的开度可以根据流量或者压力来进行pid调节，来达到轧件速度和温度的控制。13#或者15#轧机咬钢信号消失后停止本段控制。

在穿水设备前，也就是11#轧机前，我们把原来的活套扫描仪改为hmd，由它来检测轧件，控制各个阀门的启停。hmd到穿水设备的距离为lth1，hmd到2#剪的距离为lth2，取轧件在这个位置的速度为vel。

（1）

（2）

需要注意的是在轧精细粒钢时，为减少冷却水对管道及水阀的冲击，在任意时间内调节阀应保持一定的开度：在不轧钢时，溢流阀v2常开，开关阀v1、开关阀v3常闭；轧钢时则溢流阀v2在hmd 上升沿延时t1关闭，同时开关阀v1、开关阀v3分别延时ti-0.2秒打开。在hmd信号下降沿延时t2，所有的设备恢复初始状态。基本功能框图如图2所示

图2穿水控制框图

fig2control block diagram

4轧线速度级联及测长等功能修复

由于轧线上中间需要去掉11、12，或者13、14两台轧机，切断了原系统中轧钢的连续性，而且中间需要串水，两个方面对钢的速度都会造成一些影响，所以在实际轧钢中需要不断的实验，不断的调整，来达到前面轧机、淬冷设备和后面轧机的速度匹配[2]。

原轧线的速度级联控制系统包括上游主速度参考值级联控制和上、下游的比例调节级联控制组成，所以在超细晶粒钢轧制的调试中，也要从这几个方面进行修复性调节测试。

4.1上游主速度参考值级联

在中小型型钢的轧制过程中，一般情况下，操作工首先设定末架成品机架的轧制速度，然后从轧制表中读取响应轧机的r因子值，这样就可以按照公式3依此往前推算出前面轧机的轧制速度，其中末架成品轧机的mccu值被设定为定值。

（3）

中间轧机甩开后，比如11、12号轧机替换后，在级联的衔接上，需要做相应的调整，相当于2#剪前的轧机就是10号轧机。10#机的mccu值应当由13#机mccu值除以13#机的r因子来决定，但中间又经过穿水，速度值有所衰减，10#机的mccu值也需要适当的修正。根据实验，修正值应与穿水中水压成正比。

4.2上、下游比例调节级联

轧钢速度的自动活套控制可以分为两种方式，分别为上游比例调节和下游比例调节，它们分别向上游或者下游依次调节轧线的速度，它们的主要计算过程如下面的一组公式所示：

上游比例调节的速度调节是从第n架到第n-1架依次传递的，如公式4所示：

（4）

一般情况下，成品机架的pccu=0，为一设定的固定值。

下游比例调节的速度调节是从第n架到第n+1架依次传递的，如公式5所示：

（5）

一般情况下，n_pccd=0，为一设定的固定值。

上述公式中用到的缩写的具体含义如下所示：

mccu代表主速度上游级联值，pccu代表比例调节上游级联值，lpropu代表自动活套控制产生的上游比例调节值，pd代表比例下游调节值，pccd代表比例下游级联调节值，lpropd代表自动活套控制产生的下游比例调节值。

pccu值的计算也是一样，需要甩开替换的轧机，并经过相应的修正。相应的公式也变成：

上游比例调节需要向前跨过两架，如下：

（6）

下游比例调节需要向后跨过两架，如下：

（7）

由上面三组公式可以得到速度调节所需的主速度上游级联值、上游比例调节和下游比例调节，最终可以计算得出某架轧机的速度参考值，传递给传动系统，实现调速。速度参考值的计算公式如下：（8）

在轧机间的速度级联的控制中为了避免拉钢和堆钢的出现，经常采用微张力自动控制和活套自动控制两种方式。在穿水设备安装后，肯定不能使用活套来起套，由于水的压力作用于轧件表面上，微张力自动控制也很难投入，这样许多自动控制中的数值需要我们模拟来实现。

4.3测长功能修正

测长系统的稳定要依赖于轧线上的物料检测元件，在轧制超细晶粒钢的时候，需要替换两台轧机，穿水设备肯定要挡住检测元件，产生盲区，另外在经过穿水设备后，轧件的温度降低，也要影响后续的检测信号的稳定性。这就需要我们做一些信号的虚拟、替换及信号的强化等工作，来保证测长系统的稳定，保证成材率。

在11、12号轧机替换时，我们需要做好12号轧机前和2号剪s2