精轧机

精轧控制系统的设计实现

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1 引言

莱钢1500中宽带热连轧精轧区主要由精轧机组组成，包括一架立辊轧机和六架平辊轧机，即E2、 F1～F6。精轧机组将中间坯(17mm-40mm)轧制到成品厚度1.2～20mm。中间坯经飞剪切去不规则的头部，再经高压水除磷，(E2前设有精除鳞箱用于清除中间坯表面的二次生氧化铁皮)依次进入立－平－平－平－平－平-平轧机连续轧制。为保证正常轧制，通板不拉钢、堆钢，需进行正确的速度预设置。精轧机组速度给定控制系统接收上位机或HMI给出F1～F6的速度设定值，完成精轧机组速度基准设定，并根据轧制要求实现轧制控制。通过操作手柄可进行速度微调控制或点动控制。在轧制过程中能综合AGC速度补偿、活套高度控制速度补偿和逐一微调控制等信号，以末机架为基准机架，对上游机架进行速度补偿，最终向主传动系统输出正确的速度基准值。精轧机架间设有5台电动活套装置，F1至F5后各有一个(即H1～H5)，当轧件依次进入n+1架轧机时，n至n+1架轧机之间的活套依次升起，通过套高调节系统使轧机自动调速，并通过张力调节系统使带钢在微张力、恒张力状态下轧制，轧成所需要的带钢尺寸。精轧机架间设有喷水冷却装置，用于控制终轧温度，带钢终轧温度在850℃以上。通过设定合适出口速度和机架间喷水冷却制度以保证要求的终轧温度。系统中设有模拟轧钢功能以用于离线实时调试。为了实现模拟轧钢，由L2提供模拟轧钢用的PDI数据，L1进行模拟轧钢的时序控制。该功能用于实验室及无负荷试车调试。精轧机组还配有高效除尘系统、导卫标高调整控制(DW)等系统。轧机最高出口速度可达12.6m/s。

精轧区主体设备布置见图1:

图1 设备分布图

2 控制设计要求

精轧机组的操作要求手动和自动结合控制，手动优先，即在自动过程中如进行手动操作时，自动操作环节均自动断开，只保留手动操作环节。系统设置:E2、F1~F6速度闭环控制系统;侧导板开口度设定系统;下导卫标高设定系统。要求精轧机组在自动控制失灵时，在操作台上能手动完成所有轧钢操作。具体如下: (1) 精轧机组各架设Δn控制系统(咬钢动态速度补偿，包括E2轧机)，即轧机在设定n转速时增加Δn，当咬钢后立即去除Δn，恢复设定的n转速。补偿量:Δn=n×(1~5%)，补偿量可任意设定。

(2) 精轧机组各架为无级调速(包括E2轧机)，各机架可单独设定速度，即粗调，粗调精度为0.01m/s;各机架也可速度微调，即精调，精调精度为0.001m/s。(3) 精轧机组工作时正转，处理事故、检修及调整时可反转;事故反转速度为0.2m/s，此时不要求保持连轧关系。

(4) 精轧机组各机架(包括E2)能联合起动和制动，并设手动联合紧急停车;若精

轧机组中任何一架轧机发生跳闸时，所有轧机应同时自动紧急停车。

(5) 精轧机组各机架设爬行速度，爬行速度为0.2m/s。

(6) F1~F6压下装置为液压压下，可单侧调整，也可联动，要求带钢压下。

(7) F1~F6轧机的轧制速度可手动控制也可自动控制。其速度自动调节系统为上游逐移调节系统(即调整某机架时，把调整信号按同一比例依次传递给上游各机架，使得上游各机架同时被调整)，以F6、F5、F4为基准机架。各机架速度逐移调整范围最大为±15%。要求:①可手动任一机架起始上游逐移;逐移量在其调

整范围可任意设定。②可在低速状态下手动调节各架速度满足连轧关系后，采样数据，将末架升速至规定速度，其它各架可按已建立的比例关系同时升速，保持连轧关系不变;即:精轧机组统一升降速控制。

(8) 精轧机组F1~F6各架轧机可不连续任甩最多3架轧机(以F6为基准机架时)。精轧机组F1~F5各架轧机可不连续任甩最多2架轧机(以F5为基准机架时，当

F6故障时以F5轧机为基准机架)。

(9) 设机旁操作箱(3CD~8CD)，用于F1~F6换辊及侧导板操作。

(10) 轧制中心线标高为调整阶梯垫片组，液压驱动，手动控制。

3 精轧控制功能及实现

3.1 控制系统配置

系统分三部分，最底层完成信号的变换、采集，这些信号进入第二层PLC，PLC完成精轧的顺控、主速度控制、活套控制、AGC控制、换棍控制、轧件温度控制、轧件跟踪和模拟控制，第三层服务器完成轧线模型计算和信息的综合处理。具体见图2:

图2 控制系统配置图

3.2 轧线跟踪和模拟轧钢

(1) 轧线跟踪和模拟轧钢

在现代化热带轧制线上，自动化程度高，轧制节奏快，产品质量亦较高。而在计算机控制系统中具有一个关键性程序，它对全部功能控制程序的运行起到调度作用，这就是跟踪程序。跟踪程序是对轧线上热金属检测器和平辊机架的压力负荷继电器(HMD，LR)状态仿真，进而指示出钢坯在轧线上实际位置和运行状态，从而达到调度的目的。

在计算机控制系统中，在轧线上无钢坯的情况下产生类似于轧钢的实际状态，使轧制线上所有设备正常地按轧制情况运转起来，起时序控制作用的软硬件被称之为模拟轧钢。对于一个新开发的计算机轧钢系统，为了使软件在实验室进行系统联调;或者进入现场实际调试;以及每次检修设备之后，或在停产一段时间轧首块钢之前，均要运行模拟轧钢程序，以此来检查各个有关水、风、电等辅助设备运行是否正常，检验计算机控制系统工作是否正常，这样可以少出设备事故，少出废品。

(2) 模拟轧钢原理和具体实现方法

在实际轧制中，HMD和LR的ON/OFF变状态主要视轧件的到达和离去的时序而定。但对于模拟轧钢时，无轧件在轧线上运动，亦要产生HMD和LR的ON /OFF 变状态，这就是模拟轧钢时计算机依据时序通过硬件接口的作用。首先按实际轧制时的工艺情况和具体的轧制方案，依据模型计算出轧线上各HMD和LR 的状态时序，由计算机输出接口将此状态以时序发出去控制实际的HMD和LR二次检测器，再由输入接口采入各检测器状态，则跟踪程序就可像真实轧制时一样正常

运行，调度作用同时产生了。关于实际检测器与计算机硬件接线如图3所示:

图3 模拟时检测器状态输出示意图

3.3 精轧顺控

精轧机机架间带钢喷水冷却控制系统是为精轧机终轧温度控制服务的,它能

够保证带钢头部及全长的终轧温度在要求的范围内。热轧带钢的带尾到精轧机入口所需的运行时间比带头长,带尾温度比带头温度低,这样的温度梯度能通过轧

制中速度升高和机架间冷却来消除掉,由加速度产生的变形热量和机架间冷却的

温度控制可以补偿带尾失去的辐射热量。由于设计要求不允许进行升速轧制，

故主要由机架间冷却来达到温度控制目标。控制系统包括冷却水水量调节(机架

间冷却、工作辊)和冷水水开关控制(支撑辊、工作辊、交叉喷射、机架间冷却等)。

3.4 精轧速度控制

(1) 连轧机主速度级联系统

在带钢热连轧生产过程中，为了保证正常的生产，即保证通板不堆钢、拉钢，轧制处于恒定小张力状态，需设置连轧机主速度级联系统，并采用恒张力活套支持器动态调节。为使活套系统正常工作，要求精轧机组速度设定精度得到保证，也只在机架之间的设定速度得到很好的匹配时张力控制才能较好地实现。

连轧机组各机架轧辊的转速要相对严格同步，因此要求各机架主传动的速度，不仅在静态下，而且在过度过程中均要精确分配，以协调各机架间的速度。(2) 基准速度给定

在实际生产中，精轧宽展可以忽略，这样秒流量公式可以演变

为:h1×v1=h2×v2=...=hn×vn

其中: hi—第i机架的出口厚度;

vi—第i机架带钢出口线速度;

Bi—带钢的宽度;

速度设定是由过程计算机，根据轧制工艺状况以及设备能力情况，按照合负荷分配得到各机架出口厚度，用秒流量方程反推出各机架速度设定值。由于存在前滑，带钢速度与轧辊线速度的关系为:

Vi=VOi(1+fi)

因此