轧钢过程自动控制

1前言

穿带启动轧制过程是全连续宽带钢冷连轧机组生产运行中的一个重要环节。在计划检修或故障停机、更换轧辊等作业过程结束后,都需要进行穿带启动使轧机恢复正常轧制。启动轧制过程在所有非稳态轧制过程中,控制难度最大,也是各种因素和参数变化最激烈的阶段，极易发生断带、跑偏或失张等故障,对张力控制有着更高的要求。

某厂1420mm酸轧联合机组是全连续五机架液压压下串列式冷连轧机,产品厚度在0. 18 与0. 8mm之间,厚度精度偏差在±1%以下[ 5 ] ,是一套现代化的高技术连轧机。但是,在使用厚带头启动时,存在张力不稳定的问题,特别是对T3以下软料,失张现象更严重。本文拟针对此问题,通过仿真研究张力不稳、启动困难的原因,并提出改进措施。

21420机组穿带启动过程的消化研究

1420机组的穿带启动工艺流程如下:穿带轧制参数预设定;轧机空载通板;建立卷取张力;五个机架同时压下,穿带初始轧制力加载、五个机架同时启动;五机架同时升速(穿带速度、爬行速度) ;楔形轧制;轧制状态切换条件满足,进入稳态轧制。根据张力控制方式的不同,在1420冷连轧机的启动过程中存在静态张力建立阶段和动态张力建立阶段。

2. 1静态张力建立阶段

静态张力或静张力[ 6 - 7 ]建立阶段,各机架间通过轧辊主传动建立张力,即所谓机架主传动调张,简称为TVD控制( Tension Via Drive) 。所谓机架主传动调张是指当轧机速度小于穿带速度时,张力控制系统通过主电机传动进行调节,即通常的“速度差”理论调节张力。在轧机启动的低速阶段采用主传动调节张力,主要是因为在低速阶段,速度的变化较之轧制力的改变对张力的调控作用更加显著。TVD控制调节张力的原理如图1所示:利用张力实测值与张力设定值的偏差,输出一个调节速度ΔV ,如式(1) ,送至轧机主传动控制系统。

式中, K p , k, a为系数; T, T act分别为张力设定值和实测值; V m aster , V ref为速度; T A , T i 为时间

常数; Yi n - 1为前一次的积分控制器输出值。

2. 2动态张力建立阶段

轧机达到一定速度后,利用速度差并不能很好地调节张力,张力控制切换成TVG控制,即通过调节压下位置进行张力调节,即通常的“秒流量”理论调节张力,进入动态张力建立阶段。TVG控制调节张力的原理是:由张力实测值与设定值的差值,输出辊缝偏差ΔS ,如式(2) ,送给压下控制系统,从而调节张力,如图2所示。

式中, Ypi n 和Ypi n - 1分别为PI控制器第n次和第n - 1次的输出; YE为入口张力设定值与实际值的偏差,即T - T act。

3启动轧制过程仿真及仿真结果分析

仿真模型的建立

通过消化1420冷连轧机组原有的穿带启动轧制过程的数学模型和控制系统,根据该机组的实际设备、工艺和控制系统的情况,在Matlab7. 0仿真环境下,建立了启动轧制过程仿真系统。仿真系统模型流程结构如图3所示。

图3仿真系统模型的结构