棒材轧机速度控制系统

1、棒材轧机速度控制系统马净   山东莱芜钢铁集团自动化部摘要：本文介绍了莱钢中小型棒材生产线的轧机速度控制系统的配置和速度调节、控制原理。关键字：微张力  活套  级联一、前言莱钢中小型棒材生产线是1995年于意大利引进的，主体设备从加热炉、轧线、冷床至码垛全部由意大利DANIELI公司制造，整个自动化系统为RMC200轧线控制系统，以ABB Master Piece200/1系列控制器和AS500系列操作站为基础。本系统为一典型的应用于工业控制系统的集散控制系统，年设计生产能力为40万吨，可生产圆钢、螺纹钢、槽钢、角钢和弹簧扁钢五大系列、数十个规格的成品

2、材。二、系统配置及软件实现 中小型车间轧钢自动化系统配置了10套MP200/1控制系统3台AS500系列操作站以及一台MASTER  VIEW340监控站，主要通过MB300总线进行通讯。系统配置图如下图1所示。 ABB Master Piece200中央单元是一高性能32位微处理器。系统软件存储在EPROM中，包括一个实时操作系统和一个ABB Master Piece语言（AMPL）执行器。应用软件存储在带后备电池的RWM(读/写存储器)中，用ABB Master Piece语言AMPL编写，这种语言功能强大，是具有图形说明的面向过程的功能块语言，由PC元素和DB元素组成

3、：PC元素包括5个结构元素和若干功能元素和特殊元素，每个功能元素能看作一个具有输入输出的结构单元，简单的如逻辑与（AND）、或(OR)，复杂的可实现一完整的PID调节器，它们组合起来来实现一复杂的控制过程。DB元素提供了各种各样的数据存储单元：开关量信号（DI、DO）、模拟量信号（AI、AO）、DAT元素、DS元素等等。三、轧线速度控制系统中小型车间主轧线由粗轧机组（6台）、中轧机组（6台）和精轧机组（6台）组成。在1架轧机中,前8架轧机间采用微张力控制,后10架轧机间采用活套控制，分别对轧机进行调速。过程控制站包括：RMC2、RMC52、RMC62、RMC3、RMC4,它主要完成与微张力控制

4、和自动活套控制有关的物料跟踪、逻辑时序互锁、传动执行级的速度级联、速度给定及微张力控制算法等功能。轧机速度控制简图见图2。 3.1 轧件跟踪实现轧机速度控制需要对轧件头部和尾部位置进行准确的定位。为满足这一要求，在轧机附近安装检测元件来跟踪、检测轧件，控制系统使用跟踪功能块，该功能块包括信号采集、信号处理和参与控制三部分功能。3.1.1信号采集控制功能中使用了三种方式来检测轧件头部和尾部所在的实际位置，轧线上个检测元件的位置见图3。 当LSS<7米时，两轧机间使用一个热金属检测器，既进行轧件信号检测又进行废料检测；当LSS>7米时，两轧机间使用两个热金属检测器，

5、一个进行轧件信号检测，另一个进行废料检测。在中小型轧钢生产线上，两轧机间距离均不超过7米。注：1、咬钢信号:利用轧机空转和载荷时电流的变化来检测轧件头部所在位置2、热金属检测器：接收400-1200的高温轧件放射出的红外线，经光敏元件把光能转换成电信号，实现对钢坯的检测，并返回一组开关量信号。3、活套扫描仪：装有4个透镜，分辨率4次/周期，角度范围45°，角度变送器的范围0255。既可对400-1200的高温轧件跟踪检测，也可测量活套高度。返回的开关量信号及活套高度值经专用模板处理后，进入CPU参与活套控制。3.1.2信号监测在实际生产中，轧钢环境恶劣，灰尘、粉屑、油污多，甚至于强烈

6、的太阳光对热金属检测器和活套扫描器也极易产生干扰，致使信号不稳定。为避免现场条件影响跟踪的准确性，程序中使用一特殊元素：MDIN-H1进行处理，如下图4所示：当轧件头（尾）部信号发出后，如果在设定的时间范围内信号消失，MDIN-H1则认为该信号的丢失为假，继续保持头（尾）部信号不变；当轧件检测信号消失后，如果在设定时间内又有轧件检测信号，MDIN-H1则认为该信号的丢失为假，继续保持检测信号不变；设定时间范围应小于两轧件之间的轧制时间间隔。 3.1.3参与控制检测信号经MDIN-H1处理后，输入到特殊元素TRAC-H1的输入端，启动该功能块，TRAC-H1的基本工作方式是对轧机速度进

7、行时间积分。当轧机N的TRAC-H1接收到MDIN-H1发出的信号，启动积分计算S=OTVDT,计算值和LMS差值的绝对值不断的与WL1-WL3三个长度值及零值进行比较，当比较值小于零时，分别发出W1-W3信号及P（机架咬钢）信号。3.2顺序控制顺序控制功能主要是产生速度级联所需的逻辑信号，同时给自动控制功能提供相应的逻辑控制信号。它的主要功能由特殊元素SEQ-H1实现，我们只需在其输入端分别输入上游轧机N-1、下游轧机N和下下游轧机N+1序号，该元素在接受到W1-W3信号及P（机架咬钢）信号后，对信号进行逻辑处理并输出自动控制和速度级联所需的L1-L6信号。3.3自动控制自动控制功能包括两项

8、，微张力控制和自动活套控制。3.3.1 微张力控制微张力控制主要目的就在于由于轧件尺寸太大，机架间的距离太短而不能形成活套时，使用微张力控制。它的工作前提是能对轧治力矩的微小变化进行自动检测和分析，轧制力矩参与反馈控制。整个微张力控制分为四步来完成：第一步：力矩测量当轧件头部进入上游N-1轧机时，咬钢的同时开始测量力矩值第二步：力矩值记忆当W3信号发出时，将此时测量的力矩值记忆下来。为避免温度对力矩值的影响，即一时间越接近辊缝处越好。第三步：张力控制当轧件头部进入下游N轧机时，上游N-1轧机的力矩测量值与记忆的力矩值进行比较，形成一偏差值，该偏差值与预先设定的张力参考值再进行比较，比较后的差值

9、乘上比例积分增益，传给轧机的R因子来控制轧机速度。在控制的瞬间，R因子增大，则上游机架速度减小，张力也减小；张力设定增大时，则机架的速度增大，张力也就增加。第四步：结束控制下一轧机的控制开始或本轧机的控制超过时间设定后，结束控制。3.3.2 自动活套控制由于两轧机之间距离有限，轧制过程中会出现剩余长度，利用自动活套控制在两轧机之间形成一活套来有效控制轧值速度，同时借助于两个机架之间的活套来保持无张力控制。自动活套控制建立在对两辊缝间剩余长度自动测量的基础上，从操作站上选择自动活套控制（LCE），并设定活套的高度（NLP），通过跟踪轧件而生成的L1L6参与R因子控制。程序中有特殊元素CTRL-H

10、1,可以有效地完成这一任务，它的输入端与特殊元素SEQ-H1发出的逻辑信号相连，能对整个起套过程中的各项动作作出精确判断，并且能够读取活套的实际高度并与设定高度进行比较，若套高超过稳定范围，则输出比例积分调整值，调节轧机速度。保持套高稳定，即保持轧制节奏稳定。活套位置（ACTPOS）=RANG×LP/255-ELP其中：LP=READ-H1      PC元素的测量值为0255      RANGE=测量范围（mm）=0.83×活套扫描器到活套辊中心距  

11、    ELP=轧件进入活套台架的高度，作为活套调零值活套控制过程可分为四部分：预形成、活套形成、活套控制、甩尾阶段。当N机架前面的活套扫描器探测到轧件时，物料检测元素给出启动控制信号，当轧件距离N机架W1远时，起套辊起套。此时，用启动活套位置SLP与正常活套位置之差E=SLP-NLP来调节N+1机架的速度，从而调节活套的高低，达到启动活套位置。 钢坯头部进入下游机架之间，后者的速度将有少许偏移，从而给出一个最恰当的速度关系，有助于快速安全的形成活套。为了防止干扰整个轧机的速度，形成了活套时，只对下游机架进行速度校正。活套一旦形成，速度校正便送出速度基准

12、值分配的基本方向。当尾部接近上游机架时，为了防止甩尾，活套高度将降低，因为要排出下一根钢坯的速度干扰，活套高度降低必须通过只对这台轧机准确、定时的速度校正来实现。活套形成装置具有准确的跟踪功能，以高时间分辨率来跟踪穿行于轧机的钢坯头与尾，一旦活套形成并稳定下来，R因子及因此得到的速度关系将自动存贮下来。3.4 R因子控制R因子是轧制表中的重要参数，它决定了轧机主速度，在自动控制功能部分形成的积分校正值，对R因子值可进行调节。R因子控制功能可对整个轧值过程中的R因子的变化自动进行记忆、比较和存储。该控制功能使用了特殊元素SETR-H1,它自动从轧制表中读取设定值，并且能够自动区分自动校正和手动校

13、正过程，将校正后的值传到速度级联控制。3.5  轧机级联控制级联控制允许一组机架以原有的比率传递速度变化值，在轧制过程中，为了校正相邻两机架间出现的反常张力状态时（而其他机架正常），执行该控制。该控制从选择的机架开始向上游传递，这个系统以两种变化率进行校正，并根据每个机架的瞬时速度重新设定。根据实际速度，传给上游机架速度的变化是实时计算的，以便按照它们速度比例加速或减速，向上游机架校正时，经过一个非门，降低上游机架速度。校正下游机架时，加上一个值，增加下游速度，控制具有自由选择性。即校正下游机架时，乘以R因子，校正上游机架时，除以R因子,对于集中处理，将要通过一个函数发生器进行集中处

14、理。计算公式：MCCUn-1=MCCUn/Rn上游：    PCCUn-1=PCCUn/Rn+LPROPUn下游：    PDn+1=(PCCDn+LPROPDn+1)×Rn+1其中：MCCU主基准值        PD比例下游调节值     PCCU比例调节上游级联值    LPROPU自动活套控制产生的上游比例调节值     

15、0;  PCCD比例下游级联调节值    LPROPD自动活套控制产生的下游比例调节值3.6  轧机速度基准值的设定轧机速度基准值是所有控制完成后所要得到的最终结果，直接传给传动控制现场设备。在轧制过程中，所需轧机架数由产品决定。轧制过程中最后一个机架为成品架，各轧机速度成一定比例关系，以成品机架为基准机架并保持其速度不变，作为基准速度设定，其上游方向的机架自动按比例进行设定。各轧机的速度基准值的产生，主要来自四个方面：主基准值（MR）、比例上游基准值（PU）、比例下游基准值（PD）、产品速度。这些参数可进行手动调节或通过R因子校正。当钢坯未出

16、现且回路控制未启动时，允许进行冲量补偿，以修正速度基准值。轧件速度值(MATSP)=主基准值（MCCU）+上游比例串级(PCCU)+下游比例串级(PD)+冲量补偿轧机速度基准=轧件速度值（MATSP）×超速因子(RAUX)+向前点动(JFED.(+REF)向后点动(JFED.(REF)  其中超速因子（RAUX），对于工作机架RAUX=1下游工作机架（DW）=辊径（DIA）辊槽（GROOVE）速度最大值（Vmax(m/s)）=Nn/60×(1/Z)×J1×DW/1000传动比=SPREF/Vmax在轧制每一规格轧材时，先确定好轧机组态，计算出成品机架的出口速度，然后，利用预先估算出的各架轧机的R因子，依次估算出各架轧机的轧制速度，在该值的基础上，我们可通过控制对实际轧制时的速度进行适时调节。各轧机在轧线上无轧件时，其速度保持给定值不变。在轧件进入轧线后，整条生产线的速度控制即投入工作，开始速度调节。四、