棒材生產(chǎn)的自動(dòng)控制

1、11 棒材生產(chǎn)的自動(dòng)控制11.1 概述承德建龍的棒材生產(chǎn)線，配置了高水平的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，它不同于傳統(tǒng)的舊式軋機(jī)的生產(chǎn)方式，產(chǎn)品質(zhì)量和軋機(jī)的生產(chǎn)能力比較高。同時(shí)，自動(dòng)化水平的提高，要求操作工的知識(shí)水平與之相適應(yīng)。特別是在投產(chǎn)一到兩年的時(shí)間內(nèi)，不同程度的存在著自動(dòng)控制方面的問題，這主要表現(xiàn)在：一是對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)理解不透，二是自動(dòng)化過程與生產(chǎn)工藝過程銜接不完善。本章對(duì)棒材生產(chǎn)中的主要控制過程進(jìn)行敘述，有助于提高軋鋼及電氣人員更好的掌握并使用好高水平的連軋生產(chǎn)線。11.2 軋制過程自動(dòng)化的基本概念所謂軋制過程自動(dòng)化是指在軋制過程中采用自動(dòng)化裝置和電子計(jì)算機(jī)，使各種軋制過程變量，如軋制速度、張力、工作

2、介質(zhì)的流量、壓力、溫度等保持在所要求的給定值上，并合理的協(xié)調(diào)全部生產(chǎn)過程以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作的一種現(xiàn)代軋制技術(shù)。軋制過程自動(dòng)化所要解決的問題是提高和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，提高軋機(jī)等設(shè)備的使用效率，以便達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的目的。此外還可在人力不能勝任的復(fù)雜過程中或者人不能靠近的場(chǎng)合中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，尤其是可把人從繁重的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái)。隨著計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用及軋鋼生產(chǎn)過程的不斷發(fā)展，棒材生產(chǎn)過程自動(dòng)化的必要性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1) 軋制生產(chǎn)過程日趨連續(xù)化。隨著棒材連軋工藝的完善，所軋制的坯料尺寸及重量加大，要求剪切熱倍尺上冷床也要實(shí)現(xiàn)連續(xù)性，從而包括其他一些連續(xù)性生產(chǎn)過程在內(nèi)，使得連

3、軋棒材生產(chǎn)的加熱、軋制及后部精整剪切、包裝等生產(chǎn)過程全部實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化。人本身很難在較短的時(shí)間內(nèi)完成各個(gè)連續(xù)性的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制過程解決了這一難點(diǎn)，使連續(xù)化生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)，從而大大提高了生產(chǎn)效率，提高了軋鋼車間的機(jī)時(shí)產(chǎn)量，使得生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大。(2) 軋制速度不斷提高。軋制過程的連續(xù)化為軋制速度的提高創(chuàng)造了條件，機(jī)加工的精度的提高也為連續(xù)高速度生產(chǎn)創(chuàng)造了機(jī)械條件。目前傳統(tǒng)工藝棒材生產(chǎn)軋制速度達(dá)20m/s左右，高速棒材生產(chǎn)速度突破了40m/s，大大超過了老式軋機(jī)的軋制速度，這樣對(duì)軋件在線跟蹤控制提出了更高的要求，而計(jì)算機(jī)快速反應(yīng)及高靈敏度的跟蹤控制恰恰滿足了這一點(diǎn)。(3) 能夠減少誤軋次數(shù)

4、。在一般軋制情況下當(dāng)出現(xiàn)誤軋時(shí)，清楚廢鋼或檢修維護(hù)設(shè)備要花費(fèi)很多時(shí)間，造成經(jīng)濟(jì)損失。由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠按照事先編制好的程序迅速的進(jìn)行規(guī)范嚴(yán)密的工作，可以避免或顯著減少誤軋次數(shù)，即使出現(xiàn)了誤軋，計(jì)算機(jī)診斷系統(tǒng)也可協(xié)助操作人員快速對(duì)誤軋?jiān)颍òüに嚰霸O(shè)備故障）作出準(zhǔn)確判斷，及時(shí)解決存在問題。這些控制系統(tǒng)將大大提高軋機(jī)的作業(yè)率。(4) 可實(shí)現(xiàn)多品種范圍內(nèi)的尺寸變更。由于市場(chǎng)所需，棒材生產(chǎn)必須適應(yīng)小批量、多品種規(guī)格的需要，這樣軋件尺寸、工藝參數(shù)等要經(jīng)常性的進(jìn)行變更。就手動(dòng)控制而言，需要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能給定其給定值，而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可通過調(diào)換軋制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)這一變動(dòng)，大大縮短了更換品種所用時(shí)間

5、，并且可滿足多品種變化的需要。(5) 能對(duì)鋼坯加熱溫度進(jìn)行均勻控制。加熱爐的燃燒計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以使鋼坯的通條溫度、表面上下溫度差在30以內(nèi)。這樣可控制整根軋件的溫度，從而為建立最佳連軋速度關(guān)系打下基礎(chǔ)。(6) 能顯著提高軋件的尺寸精度。在連軋小規(guī)格棒材時(shí)，采用計(jì)算機(jī)微張力控制系統(tǒng)以及活套無(wú)張力控制系統(tǒng)，可保證整根軋件尺寸的一致性，從而可以大大提高產(chǎn)品的尺寸精度。11.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)11.3.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)主要是由三部分組成，即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和可靠性高的檢測(cè)元件。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的大腦，是完成自動(dòng)控制系統(tǒng)的指揮系統(tǒng)，它通過參數(shù)設(shè)定、現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)及信

6、號(hào)，以及計(jì)算和邏輯判斷來(lái)指揮驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，完成生產(chǎn)工藝的具體操作。電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要完成執(zhí)行計(jì)算機(jī)發(fā)出的各項(xiàng)指令，用來(lái)驅(qū)動(dòng)設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)如軋機(jī)，同時(shí)系統(tǒng)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)保護(hù)功能。電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分為模擬控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)。按控制對(duì)象來(lái)分，它又可分成交流調(diào)速系統(tǒng)和直流調(diào)速系統(tǒng)兩種，特別是直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍廣泛應(yīng)用在軋鋼系統(tǒng)中，因?yàn)樗哂辛己玫钠饎?dòng)和制動(dòng)功能，宜于在范圍內(nèi)平滑調(diào)速，但是當(dāng)今世界由于交流異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、制造方便、維護(hù)容易，交流調(diào)速越來(lái)越被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。檢測(cè)元件是自動(dòng)控制系統(tǒng)的“眼睛”，檢測(cè)元件通過電或機(jī)械的方法在無(wú)人干預(yù)的情況下給出被測(cè)量的數(shù)值或信號(hào)。在棒材生產(chǎn)中檢測(cè)元

7、件一般有熱金屬探測(cè)器、活套掃描器、光電開關(guān)、編碼器、壓力傳感器等幾種形式。熱金屬檢測(cè)器是一種把高溫放出的紅外線用光學(xué)原理采集，并將它轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的裝置。它在軋制過程中探測(cè)軋件“有”或“無(wú)”，是一個(gè)開關(guān)量檢測(cè)元件。它一般用于探測(cè)跟蹤從加熱爐出口到冷床入口的軋件?；钐讙呙杵魇且环N用于探測(cè)活套量大小的探測(cè)器，它是利用光電掃描脈沖相位比較的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)活套量大小的檢測(cè)?；钐讙呙杵骶哂猩鲜鎏綔y(cè)模擬量信號(hào)功能外，還具有開關(guān)量的功能，即具有熱金屬探測(cè)器檢測(cè)軋件“有”或“無(wú)”的功能?；钐讙呙杵靼惭b在軋機(jī)活套區(qū)，它與計(jì)算機(jī)、軋機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成活套無(wú)張力控制系統(tǒng)。編碼器是利用光柵與光電管來(lái)完成光電轉(zhuǎn)換，從而檢測(cè)連接

8、設(shè)備的轉(zhuǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的速度測(cè)定和位置測(cè)定。在棒材生產(chǎn)中，編碼器主要用于電機(jī)速度檢測(cè)和飛剪剪刃位置的控制以及物料行走距離的控制。對(duì)于一般不能發(fā)出紅外線的冷金屬，用光電開關(guān)來(lái)檢測(cè)。光電開關(guān)是靠物體對(duì)光的遮擋或反射，通過光電轉(zhuǎn)換的方式來(lái)判斷冷金屬的“有”或“無(wú)”，它的檢測(cè)信號(hào)是開關(guān)量，一般用來(lái)檢測(cè)、跟蹤加熱爐及精整區(qū)的冷鋼坯和冷軋件（倍尺、定尺）。非接觸式測(cè)溫儀（高溫計(jì)）是利用紅鋼產(chǎn)生的紅外線輻射量的大小與溫度成正比例這一熱學(xué)原理來(lái)檢測(cè)軋件溫度。它安裝在軋機(jī)區(qū)、水冷段、及冷床入口，以實(shí)現(xiàn)對(duì)軋件溫度控制軋制。其它檢測(cè)元件如限位開關(guān)、壓力開關(guān)、流量開關(guān)、溫度開關(guān)等也屬于自動(dòng)控制系統(tǒng)的檢測(cè)元件，它們與計(jì)算

9、機(jī)構(gòu)成了對(duì)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)。11.3.2 自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng)可逆系統(tǒng)不可逆系統(tǒng)電柜可逆系統(tǒng)勵(lì)磁可逆系統(tǒng)可逆系統(tǒng)不可逆系統(tǒng)模擬系統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)速是指給定量確認(rèn)以后，控制對(duì)象按照一定的曲線或模式在一定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到與給定量相匹配的結(jié)果。按照拖動(dòng)電機(jī)的類型來(lái)分，自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)有直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩大類；按控制方式可分解成如圖11-1所示的形式。圖11-1自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成示意圖11.3.3 動(dòng)態(tài)當(dāng)量和靜態(tài)速降軋鋼系統(tǒng)隨著速度的升高，對(duì)系統(tǒng)的靜態(tài)速降和動(dòng)態(tài)當(dāng)量要求也隨之提高，因動(dòng)態(tài)、靜態(tài)參數(shù)對(duì)軋材質(zhì)量影響較大，較高的動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)能比較順利的調(diào)整

10、出合格的產(chǎn)品，可大大減少人為因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。靜態(tài)速降是指系統(tǒng)在滿負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度差，對(duì)于軋鋼系統(tǒng)一般不高于1%，如圖11-2所示。靜態(tài)速降主要取決于系統(tǒng)控制參數(shù)，模擬系統(tǒng)一般比較高，大約在0.6%1%之間，全數(shù)字系統(tǒng)可達(dá)到0.1%。動(dòng)態(tài)當(dāng)量是控制系統(tǒng)的一個(gè)綜合指標(biāo)，它表示調(diào)節(jié)時(shí)間和動(dòng)態(tài)速降所形成的面積。軋鋼系統(tǒng)當(dāng)量一般在0.25%以下，如圖11-3所示。t<1%n(n)n(n)n,In,(I)()tt圖11-3動(dòng)態(tài)當(dāng)量示意圖圖11-2靜態(tài)速降示意圖一般動(dòng)態(tài)當(dāng)量的近似計(jì)算公式為：=½n×t式中 動(dòng)態(tài)當(dāng)量；n沖擊速降；t調(diào)節(jié)時(shí)間。11.3.4 速度調(diào)節(jié)和速度變化對(duì)于

11、速度控制系統(tǒng)必須明確兩個(gè)概念：一是速度變化，另一個(gè)是速度調(diào)節(jié)。速度變化是指由于負(fù)載變化而引起的速度變化，如圖10-4所示。速度變化為：n1=nA2-nB2速度調(diào)節(jié)是指在負(fù)載不變的情況下，通過改變機(jī)械特性而引起的速度變化，如圖11-5所示。速度調(diào)節(jié)量為：n2=nA2-nB2A1A1n1n2B1nB1nI1I2II圖11-5速度調(diào)節(jié)示意圖圖11-4速度變化示意圖11.4 棒材生產(chǎn)控制系統(tǒng)11.4.1 計(jì)算機(jī)形式的選擇在選擇計(jì)算機(jī)時(shí)，首先分析計(jì)算機(jī)要完成什么功能，在實(shí)現(xiàn)這些功能時(shí)，是否便于維護(hù)和維修。如對(duì)于軋鋼系統(tǒng)，它要求從上料、加熱、軋制、打包到收集連續(xù)化作業(yè)，同時(shí)為了保證及時(shí)有效的操作和速度調(diào)節(jié)

12、的響應(yīng)，對(duì)計(jì)算機(jī)處理信號(hào)也有比較高的要求。從目前的應(yīng)用情況來(lái)看，控制系統(tǒng)可分為兩種類型，一是離散系統(tǒng)，二是集中系統(tǒng)。從發(fā)展的角度來(lái)看，越來(lái)越多的生產(chǎn)廠和制造商看好離散系統(tǒng)，因?yàn)樗阌诰S修、調(diào)試和編程，它可以把多種功能分離控制，同時(shí)又可把分散控制的功能進(jìn)行同時(shí)管理，并且大大提高了局部數(shù)據(jù)的處理速度。圖11-6是棒材廠常用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)示意圖。MM2000MM2000MM2000MM2000DLAN+IOSI/OIOSI/OIOSI/OIOSI/OIOSI/OIOSI/OIOSI/OIOSI/OIOSI/O圖11-6 棒材廠控制系統(tǒng)示意圖液壓控制系統(tǒng)精整控制系統(tǒng)飛剪控制系統(tǒng)軋機(jī)控制系統(tǒng)加熱爐控制

13、系統(tǒng)11.4.2 傳動(dòng)控制系統(tǒng)的選擇在實(shí)際生產(chǎn)過程中，傳動(dòng)控制系統(tǒng)常處于外來(lái)干擾的影響作用下，要使它穩(wěn)定下來(lái)，須克服外來(lái)干擾的影響而進(jìn)行自動(dòng)控制。判定一個(gè)控制系統(tǒng)的好壞，除了要看其靜態(tài)誤差之外，還要看它的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，這是極為重要的，實(shí)際上傳動(dòng)控制系統(tǒng)就是解決這些問題。軋鋼系統(tǒng)在選擇傳動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，不但要考慮其靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)品質(zhì)的好壞，同時(shí)還要考慮如何利用不同軋區(qū)間對(duì)速度影響的不同要求。在選擇粗軋、中軋機(jī)組控制系統(tǒng)時(shí)，考慮到粗、中軋軋制時(shí)間長(zhǎng)、軋件斷面大，在滿足系統(tǒng)靜態(tài)誤差時(shí)，可放寬動(dòng)態(tài)品質(zhì)的要求。由于可以把粗、中軋機(jī)組的傳動(dòng)系統(tǒng)選擇為電樞不可逆、勵(lì)磁可逆的控制系統(tǒng)，這樣可降低備件量和維修量，同時(shí)

14、滿足生產(chǎn)要求。在選擇精軋機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，由于它控制時(shí)間短，要求響應(yīng)快，否則將嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。這不但對(duì)靜態(tài)誤差有較高要求，對(duì)動(dòng)態(tài)品質(zhì)要求也很高。因此我們可以將其控制系統(tǒng)選擇為電樞可逆系統(tǒng)，減少其制動(dòng)時(shí)間。同時(shí)在軋鋼系統(tǒng)中，除對(duì)速度和電流控制有一定的要求外，它對(duì)張力控制、活套控制、級(jí)聯(lián)控制要求也很高。為了完善微張力控制和無(wú)張力控制，在選擇傳動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，即要考慮到模擬量的控制，又要照顧到開關(guān)量的控制；既要考慮到速度量的控制，又要完成位置量的控制。由此我們可以將其控制系統(tǒng)選擇為智能全數(shù)字傳動(dòng)系統(tǒng)。11.4.3 電機(jī)的選擇直流電機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速。交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便

15、宜，維護(hù)工作量小，因此在交流電機(jī)能滿足生產(chǎn)的條件下一般采用交流電機(jī)，僅在起制動(dòng)和調(diào)速等方面不能滿足要求時(shí)才考慮使用直流電機(jī)。近年來(lái)隨著電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速裝置的性能和成本已能和直流調(diào)速裝置競(jìng)爭(zhēng)，越來(lái)越多的直流調(diào)速領(lǐng)域被交流調(diào)速占領(lǐng)。在選擇電機(jī)時(shí)，除了滿足技術(shù)要求外，以下幾點(diǎn)也要特別引起注意，因?yàn)樗匀粚?duì)投產(chǎn)后設(shè)備運(yùn)行好壞有直接影響：(1) 維護(hù)維修。當(dāng)設(shè)備選型之后，在選擇電機(jī)時(shí)，能用交流電機(jī)就不能使用直流電機(jī)，以使維護(hù)維修方便。(2) 成本費(fèi)用。交流調(diào)速用交流調(diào)速裝置比直流調(diào)速用直流裝置價(jià)格要貴，因?yàn)榻涣髡{(diào)速裝置是按照電機(jī)的電壓電流的峰值選擇主器件，當(dāng)三相電流中某一相電流處于峰值時(shí)，另兩相

16、的電流只有一半，器件得不到充分利用，但交流電機(jī)比直流電機(jī)便宜，可以補(bǔ)充變頻裝置，增加成本。如果交流變頻裝置的成本接近于直流整流裝置的成本，那么越來(lái)越多的領(lǐng)域就可以使用交流電機(jī)來(lái)取代直流電機(jī)。實(shí)際上，現(xiàn)在建設(shè)的棒材廠，較多的選擇了交流電機(jī)，特別是由外商承包的控制系統(tǒng)，因其交流變頻裝置價(jià)格合理，一般選用交流電機(jī)。(3) 冷卻方式的選擇。無(wú)論采用直流電機(jī)還是交流電機(jī)，在不同的工作環(huán)境下，應(yīng)采用不同的通風(fēng)方式。在環(huán)境溫度高、灰塵多的地方應(yīng)采用水冷方式，其特點(diǎn)是冷卻效果好，但投資大；在環(huán)境溫度較低、灰塵少的地方多采用風(fēng)冷，其特點(diǎn)是投資少、維修方便。(4) 電機(jī)功率、電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)與軋制速度及齒輪速比的選擇。一

17、個(gè)好的連軋孔型設(shè)計(jì)、除了要考慮好與孔型設(shè)計(jì)本身有關(guān)的參數(shù)外，還要根據(jù)孔型設(shè)計(jì)來(lái)選定好有關(guān)主機(jī)列（機(jī)架、齒輪箱、主電機(jī)）的力能參數(shù)，這對(duì)于完成好連軋工藝生產(chǎn)起著十分重要的作用。尤其是主電機(jī)參數(shù)的選擇，將直接影響連軋速度狀態(tài)是否穩(wěn)定。對(duì)于新建軋鋼車間，要根據(jù)生產(chǎn)品種及坯料尺寸情況，通過孔型設(shè)計(jì)的力能計(jì)算，對(duì)初始設(shè)定的軋機(jī)能力（尺寸）、道次及各道次的變形量進(jìn)行計(jì)算，再對(duì)各道次咬入條件、機(jī)架的承載能力進(jìn)行效核，然后制定出一套完整的連軋工藝參數(shù)，包括各道次軋件尺寸、面積、速度及軋制溫度。各道次的軋制速度及軋輥轉(zhuǎn)數(shù)是根據(jù)孔型設(shè)計(jì)各道次的延伸系數(shù)所確定的，而軋制功率又是根據(jù)軋制速度、軋制力及軋制力矩的大小計(jì)

18、算出的。對(duì)于初始設(shè)定的主電機(jī)功率、電機(jī)基速、最大速度及齒輪箱速比，應(yīng)根據(jù)軋制速度及軋制功率進(jìn)行合理的確認(rèn)和修改。11.4.3.1 帶弱磁控制調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，以及充分利用電機(jī)容量，直流電機(jī)可以采取即調(diào)電樞電壓又調(diào)磁場(chǎng)的混合調(diào)速方式。為了充分利用電機(jī)的容量，通常是按照先升壓后弱磁的原則進(jìn)行工作的，即基準(zhǔn)速度以下保持勵(lì)磁為額定值不變(=ed=常數(shù))，僅改變電樞電壓UD進(jìn)行調(diào)速，此方法稱為向下調(diào)速；在基速以上，保持電樞電壓為額定值，通過減弱勵(lì)磁，即下降，使轉(zhuǎn)速在基速以上調(diào)節(jié)，此方法稱為向上調(diào)速。于是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的范圍被擴(kuò)大了。這種聯(lián)合調(diào)速方式的示意圖如圖11-7所示。調(diào)速過程中因?yàn)槭呛?/p>

19、磁通，電流額定值不變，即e= ed=常數(shù)，則電磁轉(zhuǎn)矩為：M=Cmd電機(jī)輸出功率為：P=Edd-M n /975-Kn電機(jī)功率隨著轉(zhuǎn)速而變化，轉(zhuǎn)速越低功率越小。顯然，電機(jī)的容量沒有得到充分利用，此種調(diào)速方法在低速時(shí)是不經(jīng)濟(jì)的。因?yàn)樽冸妷旱退贂r(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩恒定不變，所以又稱恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，如圖11-8所示。P=EdedMMUed恒壓Id激磁恒流edUd,UD恒功率調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速ned00弱磁調(diào)速ned變電壓調(diào)速nn圖11-8恒轉(zhuǎn)矩及恒功率調(diào)速圖11-7直流電機(jī)的兩種調(diào)速方式基速以上保持電機(jī)電壓恒定，減弱磁通調(diào)速時(shí)，若忽略電阻壓降，則EUdUed=Cen。 由式=edaned/n可得。式中 弱磁后的磁通；

20、ed基速下的磁通，ed =max =常數(shù)；ned電機(jī)基數(shù)轉(zhuǎn)數(shù)；n弱磁后的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)。M=Cmd由以上公式可推得在基速以上電機(jī)轉(zhuǎn)矩為：M=Cmedaned/n=Kaned/n由上式可見，弱磁調(diào)速時(shí)，電機(jī)扭矩隨著專數(shù)升高而下降。另外電機(jī)功率P=Edd= Eded也保持恒定不變。所以弱磁調(diào)速的規(guī)律是：磁通減弱，速度上升，扭矩下降，電機(jī)功率保持不變。見圖11-8。11.4.3.2 電機(jī)負(fù)荷率的概念在軋制過程中，軋件在相應(yīng)的軋制力矩、軋制速度下所需的實(shí)際軋制功率與電機(jī)在相應(yīng)轉(zhuǎn)速下發(fā)揮的電機(jī)功率之比稱為電機(jī)的負(fù)荷率。通過負(fù)荷率的大小可以看出電機(jī)在軋制過程中任何一時(shí)刻承載能力的多少。例如：在最大軋輥輥徑下軋制

21、Ø20螺紋鋼時(shí)第四架實(shí)際軋制功率為325kw，相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為基速下742r/min，而電機(jī)的實(shí)際基速為850r/min，額定功率為522 kw，這樣電機(jī)軋制負(fù)荷率為：U=325÷(742÷850)×522=71.3%。11.4.3.3 有關(guān)參數(shù)的確定根據(jù)上述兩點(diǎn)對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)特性及負(fù)荷率的分析，有關(guān)參數(shù)的確定遵循了如下原則：(1) 選定的電機(jī)要滿足最大軋制功率，并留有一定的余地，用來(lái)滿足軋件尺寸及溫度的波動(dòng)，同時(shí)為以后提高機(jī)時(shí)產(chǎn)量和低溫軋制留有一定余量。(2) 選定的電機(jī)品質(zhì)范圍為0基速最大轉(zhuǎn)速，要求最大速度/基速不大于2。(3) 初始給定軋機(jī)齒輪速比

22、，對(duì)根據(jù)孔型設(shè)計(jì)計(jì)算出的主電機(jī)在最大軋輥輥徑下的最小電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)及在最小軋輥直徑下的最大軋輥轉(zhuǎn)數(shù)，要進(jìn)行合理的綜合分析確認(rèn)，其原則為：根據(jù)電機(jī)的基速以下變電壓變功率恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性，對(duì)于電機(jī)的最小工作轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)盡量提高，以防電機(jī)功率得不到充分發(fā)揮。同時(shí)在使用大軋輥直徑下軋制力及軋制功率比小軋輥輥徑都有所提高，同時(shí)要求電機(jī)的最大負(fù)荷不超過100%。根據(jù)電機(jī)在基速以上恒電壓、恒功率變扭矩的調(diào)速特性，對(duì)于電機(jī)的最大工作輥徑應(yīng)留有一定的余量，一是考慮防止在高速度情況下由于弱磁過多、扭矩過小，轉(zhuǎn)速不易控制，同時(shí)高速運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)機(jī)械設(shè)備也沒好處；二是要考慮對(duì)以后的增加品種及提高產(chǎn)量留有一定余量，所以制定了電機(jī)實(shí)際最大工作

23、轉(zhuǎn)數(shù)不大于電機(jī)最大轉(zhuǎn)數(shù)的92%。即留有8%的速度余量的原則。當(dāng)電機(jī)工作轉(zhuǎn)數(shù)不在以上所述的原則范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)在首先確定好的速度范圍的基礎(chǔ)上來(lái)修改初始軋機(jī)齒輪速比給定值，或是同一減速機(jī)上設(shè)置兩檔減速比，直到滿意為止。11.5 棒材生產(chǎn)主要自動(dòng)控制過程 現(xiàn)代化的棒材生產(chǎn)車間，生產(chǎn)的全部過程都采用了自動(dòng)控制，從而使全線生產(chǎn)達(dá)到了全自動(dòng)狀態(tài)。在正常生產(chǎn)情況下，很少用人來(lái)干預(yù)。根據(jù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的區(qū)別，控制過程又分為邏輯判斷性控制及簡(jiǎn)單的順序過程控制。以下幾種控制過程是連軋棒材生產(chǎn)自動(dòng)控制過程中的主要內(nèi)容。11.5.1 自動(dòng)出鋼過程控制在主控臺(tái)設(shè)有手動(dòng)/自動(dòng)出鋼方式選擇，手動(dòng)方式可以經(jīng)過操作人員啟動(dòng)出鋼按鈕一根一

24、根完成出鋼，此操作方式一般用于試軋或事故狀態(tài)。自動(dòng)方式通過操作人員啟動(dòng)自動(dòng)出鋼按鈕，實(shí)現(xiàn)出鋼自動(dòng)控制，用于正常連續(xù)生產(chǎn)狀態(tài)。自動(dòng)出鋼過程的完成是通過加熱爐步進(jìn)梁上升、前進(jìn)、下降將鋼坯放到停止的出爐輥道道口，然后輥道運(yùn)轉(zhuǎn)將鋼坯送上加熱爐出口側(cè)輥道，經(jīng)除磷機(jī)再由輥道送入第一架軋機(jī)。如圖11-9所示，自動(dòng)出鋼是通過上一根鋼坯尾部由爐門前的熱金屬探測(cè)器（HMD）檢測(cè)到延時(shí)，啟動(dòng)步進(jìn)梁上升、前進(jìn)、下降等動(dòng)作來(lái)完成的。延時(shí)時(shí)間為：T延時(shí)= T軋- T升- T進(jìn)- T降- T1- T2- T間隙式中 T軋上根鋼坯尾部從除磷機(jī)前的HMD到第一架軋機(jī)所用的時(shí)間；T升步進(jìn)梁升起所用時(shí)間；T進(jìn)步進(jìn)梁前進(jìn)所用時(shí)間；T

25、降步進(jìn)梁下降所用時(shí)間；（T升+ T進(jìn)+ T降=36秒） T1由爐內(nèi)出鋼輥道將鋼坯送至爐門前HMD所用的時(shí)間，并且有：T1= L1 /11爐外輥道的快速出鋼速度； T2由爐門前HMD到第一架軋機(jī)咬入所用時(shí)間，并且有： T2= L2 /22爐外輥道慢行運(yùn)行速度；T間隙兩根鋼坯之間的出鋼間隙。除鱗機(jī)（除磷機(jī)預(yù)留）的打開/閉合控制過程是：生產(chǎn)一些優(yōu)質(zhì)鋼，要對(duì)鋼坯表面氧化鐵皮進(jìn)行高壓水除磷，除磷機(jī)的打開閉合要與軋制節(jié)奏相配合，一般在除磷機(jī)前HMD檢測(cè)到鋼坯頭部信號(hào)延時(shí)打開除磷機(jī)，當(dāng)檢測(cè)到鋼坯尾部信號(hào)經(jīng)延時(shí)閉合除磷機(jī)。爐外輥道及夾送輥的速度控制及連鎖條件是：在出鋼過程中，爐外輥道與爐內(nèi)出鋼輥道速度相匹配實(shí)

26、現(xiàn)快速出鋼，通常速度為1.0m/s或1.5m/s。當(dāng)夾送輥前HMD探測(cè)到鋼坯頭部并經(jīng)延時(shí)閉合夾送輥后，同時(shí)將夾送輥及爐外輥道速度從快速出鋼速度降到慢速（0.4m/s）。當(dāng)鋼坯咬入第一架軋機(jī)時(shí)，夾送輥及爐外輥道由慢速降至與第一軋機(jī)軋件進(jìn)口軋制速度相等，同時(shí)夾送輥打開。加熱爐No1 軋機(jī)HMD夾送輥HMD除磷機(jī)圖11-9 自動(dòng)出鋼過程示意圖11.5.2 粗、中軋的微張力控制過程對(duì)于粗、中軋機(jī)的微張力控制來(lái)說，軋件斷面越大，機(jī)架間距離越小，軋制速度越低，控制精度就越高。但由于連軋過程中，隨著軋件斷面的減小，軋制速度也越來(lái)越快，這樣一般在粗軋機(jī)組和中軋機(jī)組采用微張力控制，而在精軋機(jī)組采用活套無(wú)張力控制

27、。微張力控制系統(tǒng)一般多采用前滑值控制法或頭部電流記憶控制法，大多棒材廠采用后者，我們也采用電流記憶控制法。10.5.2.1 前滑值張力控制A 控制過程的理論基礎(chǔ)為了保持速度的連軋關(guān)系，從軋制運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度來(lái)看，前一機(jī)架的軋機(jī)出口速度必須等于后一架的入口速度，即Vhi=VHi+1式中 Vhi第i機(jī)架軋件的出口速度； VHi+1第i+1架軋件的入口速度。當(dāng)i和i+1兩機(jī)架間存在張力時(shí)，若為拉鋼，則使Vhi升高、VHi+1下降；若為堆鋼則相反。這兩種情況都破壞了前一機(jī)架的軋機(jī)出口速度必須等于后一架的入口速度的穩(wěn)定連軋關(guān)系。如果直接用Vhi作為控制參量來(lái)保證Vhi=VHi+1的關(guān)系，它無(wú)法和軋輥轉(zhuǎn)數(shù)（電

28、機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)）建立直接的關(guān)系，而軋件相對(duì)于軋輥工作輥徑處的線速度和軋輥轉(zhuǎn)數(shù)存在這如下關(guān)系：60V=Dn式中 V軋件相對(duì)工作輥徑的線速度，m/s；D軋輥工作輥徑，m；n軋輥每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，r/min；所以必須引進(jìn)前滑值的概念。前滑值用Sh表示：VSh=Vh-V當(dāng)兩機(jī)架之間無(wú)堆拉鋼現(xiàn)象時(shí)，前滑值用Sh0表示，并有：VSh0=Vh0-V式中 Vh0無(wú)堆拉鋼時(shí)的軋件出口速度。當(dāng)兩機(jī)架之間存在堆拉鋼現(xiàn)象時(shí)，前滑用Sh表示。為了控制兩機(jī)架之間的連軋關(guān)系，控制系統(tǒng)在調(diào)速過程中必須使得Sh接近于Sh0，控制系統(tǒng)在調(diào)速過程中的前滑值信號(hào)則為：VVh- Vh0VVh0-V=VVh0-V-VVh-VSh-Sh0=B 控制過程

29、根據(jù)以上分析，兩機(jī)架間存在著堆拉鋼現(xiàn)象，使得軋件的出口速度發(fā)生了變化，從而使得前滑值Sh偏離了自由無(wú)張力時(shí)的前滑值Sh0，控制系統(tǒng)必須對(duì)軋件的出口速度進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，再轉(zhuǎn)換成前滑值信號(hào)Sh-Sh0。控制系統(tǒng)通過改變電機(jī)速度使得前滑值信號(hào)趨近于0但不等于0。為了避免軋鋼事故，必須設(shè)定一個(gè)Sh-Sh0值，使得軋制保持微張力。Sh-Sh0的最小值一般可取為+3%。控制過程如下：(1) 記憶儲(chǔ)存軋件剛好從前機(jī)架出來(lái)，還未進(jìn)入下一機(jī)架時(shí)的前滑值Sh0， Sh0相對(duì)于在自由無(wú)張力時(shí)的前滑值。(2) 當(dāng)軋件進(jìn)入下一機(jī)架后，通過測(cè)量軋件速度得到前滑值，同時(shí)計(jì)算前滑信號(hào)的Sh-Sh0的大小。(3) Sh-Sh0值

30、的大小被反饋到前一機(jī)架的速度控制系統(tǒng)，使得調(diào)整后的結(jié)果值的大小等于其設(shè)定值。在調(diào)速過程中Sh-Sh0和設(shè)定值比較，當(dāng)Sh-Sh0>設(shè)定值時(shí)，應(yīng)調(diào)上游機(jī)架升速，減少拉鋼；當(dāng)Sh-Sh0<設(shè)定值時(shí)應(yīng)調(diào)上游機(jī)架降速，減少堆鋼。當(dāng)軋件進(jìn)入下一機(jī)架后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)開始啟動(dòng)，改變上游機(jī)架的速度，這樣反復(fù)調(diào)節(jié)，使Sh-Sh0與設(shè)定值相近。圖11-10為前滑值控制框圖。nn+1軋制方向DX速度檢測(cè)實(shí)際速度V=Dn/60速度調(diào)節(jié)Sh=( Vh-V)/ V系數(shù)Sh儲(chǔ)存Sh0Sh、Sh0設(shè)定值Sh、Sh0(Sh-Sh0)主電機(jī)控制系統(tǒng)比例干預(yù)圖11-10前滑值控制框圖積分干預(yù)(4) 為保證通過機(jī)架之間的速度

31、關(guān)系，以前的機(jī)架速度也以同一百分比變化。C 前滑控制過程的特點(diǎn)這種前滑法在軋件通過的整個(gè)過程中都起著作用，控制精度高，并在棒材軋機(jī)上取得了很好的效果，但需要高精度的軋件直接速度檢測(cè)器，如近程激光測(cè)速儀。10.5.2.2 電流記憶控制法A 控制過程基本原理在軋制過程中電機(jī)的扭矩為：M=M+Mt+MaVSh0=Vh0-V式中 M總扭矩；M軋制扭矩；Mt張力產(chǎn)生的扭矩；Ma加速扭矩。在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)Ma =0，則M=M+Mt。圖11-11為電流記憶法控制框圖。兩機(jī)架間存在著張力F，設(shè)F為拉力，則作用到每個(gè)軋輥上的拉力為F/2，力矩的半徑為D/2，則K1、K2機(jī)架主電機(jī)張力扭矩分別為：D12i1Mt1=-

32、2×F2=-FD12i1×2i2FD2=-D22i2Mt2 = 2×F2×式中 i1、i2分別為K1、K2機(jī)架的傳動(dòng)比；D1、D2分別為K1、K2機(jī)架的軋輥輥徑。則K1、K2機(jī)架的主電機(jī)扭矩為：M2= M2+FD22i2M1= M1-FD12i1由此可見，在軋制力矩變化不大的情況下，使機(jī)架主電機(jī)扭矩變化的主要原因是張力扭矩的變化。若要使兩機(jī)架間無(wú)張力，即F=0，則應(yīng)滿足張力扭矩Mt =0。B 張力系數(shù)的定義孔型設(shè)計(jì)時(shí)引用的張力（堆拉鋼）系數(shù)與軋輥工作輥徑、軋件面積、軋輥轉(zhuǎn)數(shù)及前滑系數(shù)有關(guān)。由于這些參數(shù)多，也不容易測(cè)量準(zhǔn)確，因此，必須引進(jìn)與電機(jī)扭矩相關(guān)的張

33、力系數(shù)。fs= MMMt =0是理想的無(wú)張力連軋狀態(tài)，但在實(shí)際生產(chǎn)中由于鋼料尺寸及鋼溫變化等的影響，必須使兩機(jī)架間存在微小張力，以防止產(chǎn)生過大的堆（拉）鋼現(xiàn)象。這樣，設(shè)定的張力系數(shù)的大小可以定義為軋制力矩在總力矩中占的比例，即式中 fs設(shè)定張力系數(shù)；M軋制扭矩；M后機(jī)架咬入軋件后前機(jī)架設(shè)定（允許）扭矩值。當(dāng)fs >1時(shí)，M> M，即后一機(jī)架咬入軋件后，前機(jī)架的扭矩值略小于咬入前的（純軋制）扭矩，此時(shí)為微拉鋼軋制；當(dāng)fs <1時(shí)，M< M，為微堆鋼軋制；當(dāng)fs =1時(shí)為無(wú)張力軋制。軋機(jī)軋制方向TG調(diào)節(jié)器可控硅MTG電流輸入InInn(rpm)n電機(jī)速度輸入軋制扭矩計(jì)算：M

34、m=In×1(nned)Mm=In×ned / n (nned)速度控制信號(hào)出口實(shí)際數(shù)修改=MR/M軋制扭矩記憶Tfcc輸入Tfs設(shè)定M=MR/Tfs-MmM（放大）M圖11-11 電流記憶法控制框圖C 控制過程如圖11-11所示，當(dāng)前一機(jī)架軋件咬入軋制穩(wěn)定后，測(cè)量該機(jī)架的扭矩作為M值并記憶，在后一機(jī)架咬入軋件而且穩(wěn)定后，再測(cè)量前一機(jī)架扭矩M。在軋件未被第三機(jī)架咬入前，前一機(jī)架所要調(diào)整的扭矩值為：M= M-M= M/ fs-M 當(dāng)M>0時(shí)，后機(jī)架對(duì)前機(jī)架產(chǎn)生超出設(shè)定值的拉鋼，應(yīng)調(diào)整前面機(jī)架升速，使M=0。當(dāng)M<0時(shí)，后機(jī)架對(duì)前機(jī)架產(chǎn)生超出設(shè)定值的堆鋼，應(yīng)調(diào)整前面

35、機(jī)架降速，使M=0。為了保證相鄰機(jī)架間正常的秒流量關(guān)系，調(diào)整機(jī)架以及前面所有機(jī)架應(yīng)以同樣的百分比調(diào)速。在檢測(cè)扭矩與速度的閉環(huán)調(diào)節(jié)過程中，速度調(diào)節(jié)的量值為每次增加（減少）電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的0.25%，逐漸累加，直到使M=0。D 控制過程的允許條件如圖11-12所示，咬入下一機(jī)架后的時(shí)間允許條件內(nèi)的檢測(cè)調(diào)速控制過程時(shí)間的總和，應(yīng)小于鋼坯從下一架到第三機(jī)架通過的時(shí)間t，即檢測(cè)過程允許的最長(zhǎng)時(shí)間為t，而且t值的大小與下一機(jī)架軋件的出口速度2及第三機(jī)架間距L有關(guān)，即t=L/2。控制過程所允許的時(shí)間若為t，則有t<t。檢測(cè)信號(hào)允許條件為：MIS信號(hào)：MIS表示金屬在軋機(jī)內(nèi)，即當(dāng)金屬在軋機(jī)內(nèi)時(shí)MIS為“1”。

36、當(dāng)速度反饋（SFB）大于12%，COMP1輸出為高電平；當(dāng)電流反饋（CFB）大于15%時(shí)，COMP2輸出為高電平，即 MIS=COMP1 AND COMP2EN信號(hào)：EN表示允許進(jìn)行的張力控制，在張力控制方式選擇為自動(dòng)（AUYO）的情況下，n架有鋼，即MISn有效，n+1架有鋼，即MISn+1有效，而n+2架無(wú)鋼，即MISn+2無(wú)效時(shí)，EN信號(hào)才有效，才能進(jìn)行微張力調(diào)節(jié)。E 電機(jī)扭矩的檢測(cè)根據(jù)公式M=Cmd，其中M為電機(jī)扭矩，Cm為常數(shù)，為電機(jī)磁通，d為電機(jī)電流，如圖11-11所示，當(dāng)電機(jī)在基速以下運(yùn)行時(shí)為變電壓調(diào)速，為恒量，此時(shí)=0，則有Cm=Cm0=常量=K?？梢婋姍C(jī)扭矩M的大小只與電流d

37、有關(guān)，檢測(cè)系統(tǒng)只需檢測(cè)電流值的大小就可以得到電機(jī)扭矩的大小，即M=Kd。用檢測(cè)電機(jī)扭矩的方法來(lái)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，實(shí)際上是通過檢測(cè)電機(jī)電流的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電機(jī)在基速以上運(yùn)行時(shí)，電機(jī)為恒壓弱磁調(diào)速，若認(rèn)為電機(jī)的內(nèi)阻為零，則電機(jī)的反電勢(shì)EUed=Cen= Cen0?？傻萌醮藕蟠磐ǖ拇笮?0ned/n，將此式代入M=Cmd，則有：M=Cm d0ned/n=K d ned/n式中 ned電機(jī)基速，r/min。LO-LEN AUTOANP1可見，基速以上的電機(jī)扭矩是由轉(zhuǎn)速和電流來(lái)決定的。通過以上分析，從電機(jī)扭矩的檢測(cè)過程可以看出，電機(jī)扭矩的大小直接與電機(jī)的電樞電流有關(guān)。控制過程所述通過檢測(cè)記憶電機(jī)扭矩的變化

38、，實(shí)際是通過檢測(cè)記憶電機(jī)電流及速度，經(jīng)上述計(jì)算后來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以通常稱這樣的方法為電流記憶法。QANP2MISnENMISn+2MISn+1COMP1SFBConst(12%)ANPMISCOMP2SFBConst(15%)圖11-12 檢測(cè)過程的允許條件示意圖F 張力系數(shù)的選擇張力系數(shù)的選擇原則：一是保證機(jī)架間最大壓力值不致使軋件彎曲變形，二是要保證機(jī)架間最大拉力值（一般為20MPa）不使軋件發(fā)生塑性變形。同時(shí)還應(yīng)考慮機(jī)架本身所承受的能力。張力系數(shù)大小對(duì)軋件尺寸有直接影響，國(guó)外為保證產(chǎn)品尺寸精度，控制壓力值不大于7.5MPa，拉力值不大于5MPa。×D12i1Mt1=-2×

39、F2=-FD12i1根據(jù)公式 ×D22i2Mt2 = 2×F2=-FD22i2可得兩機(jī)架產(chǎn)生的張力值為：F = 2MtD式中 F前機(jī)架設(shè)定的張力系數(shù)，兩機(jī)架所產(chǎn)生的張力；Mt前機(jī)架設(shè)定張力系數(shù)，前機(jī)架所允許的張力扭矩；2MtAD = D前機(jī)架的軋輥輥徑。因此，單位允許張力為：式中 A前機(jī)架軋件出口面積。根據(jù)張力系數(shù)定義，可得：Mt = M- M= M(1-1/ fs)代入上公式可得：fs = AD1 = 2M(1-1/fs) AD2M1-fs值的大小可根據(jù)生產(chǎn)鋼種及機(jī)架間所承受的拉（壓）力值的大小來(lái)進(jìn)行設(shè)定。G 控制過程的特點(diǎn)電流記憶控制系統(tǒng)的檢測(cè)調(diào)速是在鋼坯頭部來(lái)進(jìn)行速度

40、調(diào)整設(shè)定的，且調(diào)好速后的速度關(guān)系保持到整個(gè)鋼坯，因此它尤其適用于軋制過程程序的試車，操作工可根據(jù)控制系數(shù)調(diào)速后的速度關(guān)系修改軋制設(shè)定。11.5.3 活套無(wú)張力控制系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制，保證最終產(chǎn)品尺寸精度，在精軋機(jī)組機(jī)架間采用活套無(wú)張力控制系統(tǒng)。我們棒材生產(chǎn)線由于生產(chǎn)產(chǎn)品規(guī)格較大，故只設(shè)了四個(gè)活套（一個(gè)水平活套，三個(gè)立活套）?；钐卓刂剖怯熊垯C(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)本身調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種控制的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)快，活套穩(wěn)定，沒有時(shí)間差。11.5.3.1 活套控制系統(tǒng)的組成第n+1架活套掃描器起套輥第n架活套控制系統(tǒng)主要由起套輥、活套掃描器和活套調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，如圖11-13所示。圖11-13 活套控制系統(tǒng)組成示意圖1

41、1.5.3.2 起套輥的控制過程起套輥的控制過程如圖11-14所示。COILR+24VCOMLOOP AUTOAND+ORARBANDCMISnMISn+1MANUAL RAISEMISn-1圖11-14 起套輥的控制過程示意圖手動(dòng)起套、收套過程如下：當(dāng)“MANUAL RAISE”為有效值“1”時(shí)，A為高電位，R得電，活套輥電磁閥線圈“COIL”得電，活套輥起套；當(dāng)“MANUAL RAISE”為“0”時(shí)，A為低電位，R失電，活套輥電磁閥線圈“COIL”失電，活套輥收套。自動(dòng)起套、收套過程如下：當(dāng)軋件進(jìn)入n架后，MISn變?yōu)椤?”，此時(shí)活套處在自由狀態(tài)，“LOOP AUTO” 為“1”；當(dāng)軋件進(jìn)

42、入n+1架后，MISn+1變?yōu)椤?”，此時(shí)MISn-1為“1”，B為高電位，活套輥起套，當(dāng)軋件退出n-1架時(shí)變?yōu)椤?”，B為低電位，活套輥收套。11.5.3.3 活套位置控制過程A 活套掃描器的校準(zhǔn)圖11-15為活套掃描器示意圖。D1的一般計(jì)算公式為：= 933mm 30500= Ø2H22×tg2×tgD1 = bØ=30°Ha圖11-15活套掃描器示意圖H最大活套高度（棒材最大活套高度為500mm）；D130°活套掃描器的安裝距離B 活套校準(zhǔn)a 校零和校準(zhǔn)當(dāng)棒材在a位置時(shí)，傳動(dòng)柜3TB-FDBP和FDBN之間，即活套掃描器的輸出電

43、壓為零。當(dāng)棒材在b位置時(shí)，傳動(dòng)柜3TB-FDBP和FDBN之間，即活套掃描器的輸出電壓為10V。b 校線性度活套的最大高度為500mm，對(duì)應(yīng)的輸出電壓為10.0VDC，對(duì)應(yīng)DC2000系統(tǒng)的調(diào)節(jié)量為000COUNTS（額定速度為20000COUNTS）。將H分為五份，分別測(cè)量五個(gè)位置的電壓，結(jié)果如下：第一位置電壓及對(duì)應(yīng)的COUNTS數(shù)：H/5×10VDC800COUNTS；第二位置電壓及對(duì)應(yīng)的COUNTS數(shù)：2H/5×10VDC1600COUNTS；第三位置電壓及對(duì)應(yīng)的COUNTS數(shù)：3H/5×10VDC2400COUNTS；第四位置電壓及對(duì)應(yīng)的COUNTS數(shù)：4

44、H/5×10VDC3200COUNTS；第五位置電壓及對(duì)應(yīng)的COUNTS數(shù)：5H/5×10VDC4000COUNTS；如果電壓值不對(duì)應(yīng)相應(yīng)的位置，分別調(diào)整活套掃描器的高度和角度，使其值達(dá)到規(guī)定的要求。C 活套高度控制過程活套高度控制過程如圖11-16所示。積分放大器BENABLEPROCSETP216E1/(1+S/RW)差分器VAR . 190TO SRG04000COUNTS010VDCFBVCD1/2圖11-16 活套高度控制過程示意圖活套高度控制的原理是：活套高度的實(shí)際量跟隨活套高度的設(shè)定量直至相等。當(dāng)活套掃描器的反饋量與設(shè)定量（PROCSETP 216）不相等時(shí)，

45、差分器（DIFF）有一個(gè)輸出信號(hào)，通過一個(gè)積分放大器（PROCESS REGULATOR）得到一個(gè)輸出量VAR . 190，VAR . 190作為速度環(huán)的一個(gè)給定量的附加量。當(dāng)VAR . 190變化時(shí)，速度環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)，電機(jī)的速度也隨之變化，同時(shí)活套高度也隨之變化直到反饋量與設(shè)定量一致為止。這一調(diào)節(jié)過程通常也稱為活套高度逼近調(diào)節(jié)法。11.5.4 上冷床熱倍尺優(yōu)化剪切控制過程一根鋼坯軋制出的合格鋼材經(jīng)倍尺飛剪剪切成倍尺上冷床，若倍尺飛剪只以固定的倍尺長(zhǎng)度剪切，對(duì)每根鋼坯來(lái)說，都有可能導(dǎo)致倍尺飛剪的最后一剪出現(xiàn)一根短尺鋼，且該短尺鋼長(zhǎng)短不一，隨斷則影響成材率，而直接上冷床則會(huì)影響冷床的收集順序或影響

46、冷床上倍尺的齊頭。解決此問題的方法是對(duì)倍尺剪切長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化，使上冷床的棒材滿足工藝要求。通常的方法有兩種：一種是將最后幾根（一般為兩到三根）倍尺的長(zhǎng)度通過優(yōu)化控制，縮小其預(yù)設(shè)定值，從而增加最后軋件的長(zhǎng)度，使之能滿足上冷床的條件；另一種方法是將最后一根短尺鋼通過優(yōu)化控制附加到其之前的幾根倍尺上，即增大其之前幾根倍尺長(zhǎng)度的預(yù)設(shè)定值。一般多用第一種方法。兩種方法優(yōu)化控制的基本思想一致，但控制系統(tǒng)多種多樣，下面是一典型的倍尺優(yōu)化剪切控制過程。11.5.4.1 實(shí)現(xiàn)熱倍尺優(yōu)化剪切控制的理論方法下圖為軋機(jī)部分示意圖：粗軋機(jī)1號(hào)剪中軋機(jī)2號(hào)剪精軋機(jī)3號(hào)剪要想實(shí)現(xiàn)前述第一種優(yōu)化計(jì)算方法，首先要知道的是從一根鋼

47、坯開始優(yōu)化計(jì)算時(shí)刻到軋完整根鋼坯止能軋出的棒材長(zhǎng)度，這樣才有可能判斷最后一根倍尺是否為短鋼，然后依此長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化。假設(shè)我們開始優(yōu)化檢測(cè)時(shí)間選在鋼坯尾部離開1號(hào)剪后的某個(gè)點(diǎn)為測(cè)定點(diǎn)時(shí)刻，下面是優(yōu)化計(jì)算的理論方。已知的參數(shù)條件為：L：設(shè)定的倍尺長(zhǎng)度；l：商品定尺長(zhǎng)度；Lmax：冷床可處理的最后一根倍尺長(zhǎng)度的最大值；Lmin：冷床可處理的最后一根倍尺長(zhǎng)度的最值；tmin：最小冷床循環(huán)時(shí)間。需測(cè)量出的參數(shù)為：L1：開始優(yōu)化計(jì)算點(diǎn)到倍尺剪的成品棒材長(zhǎng)度；L2：軋件在開始優(yōu)化計(jì)算時(shí)刻該信號(hào)棒材已經(jīng)過倍尺飛剪的長(zhǎng)度；S：棒材通過倍尺剪的速度。有了上述參數(shù)，則可進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。我們選：Lmin =Round(S

48、×tmin)/ l ×l在開始優(yōu)化時(shí)刻新剩的棒材長(zhǎng)度為：Lrm = L1+ L2 此時(shí)所剩倍尺剪切次數(shù)為：n=IntegerLrm /L最后一根短尺鋼長(zhǎng)度為：l1=( Lrm /L) ×n ×L若l1<l，即新剩短鋼的長(zhǎng)度小于定尺長(zhǎng)度，則該短鋼作為尾鋼處理。若l1> Lmin時(shí)，則該鋼無(wú)需優(yōu)化；若l <l1<Lmin而l1+L>2Lmin，則此時(shí)可以用前一根倍尺鋼與此短尺鋼優(yōu)化計(jì)算，為滿足上冷床條件該短尺鋼需增加的最小長(zhǎng)度轉(zhuǎn)化為定尺長(zhǎng)度為：nccs=Round(Lmin l1)/l，這樣短鋼的實(shí)際長(zhǎng)度為：l1c = l1+

49、nccs×l，此事前一根倍尺鋼的長(zhǎng)度為：l2c =L- nccs×l。若l < l1< Lmin，且l1+L<2Lmin，則此時(shí)需要利用此短鋼的前兩根倍尺鋼來(lái)優(yōu)化計(jì)算。這時(shí)，短尺鋼的長(zhǎng)度應(yīng)為：l1c = l1+ nccs×l；倒數(shù)第二剪和倒數(shù)第三剪的倍尺鋼的總長(zhǎng)度為：L23=2×L+ nccs×l，轉(zhuǎn)化為定尺數(shù)n23= L23/ l；倒數(shù)第二根倍尺長(zhǎng)度則可取為L(zhǎng)2= Integer（n23/ 2）×l；倒數(shù)第三根倍尺長(zhǎng)度為L(zhǎng)3= n23Integer（n23/ 2）×l。經(jīng)過上述優(yōu)化計(jì)算，倍尺剪達(dá)到優(yōu)化控制

50、，從而可以提高成材率和優(yōu)化冷床收集順序控制。11.5.4.2 實(shí)現(xiàn)倍尺優(yōu)化剪切的控制方法實(shí)現(xiàn)倍尺優(yōu)化剪切的控制，其關(guān)鍵在于找出一個(gè)準(zhǔn)確性高的預(yù)計(jì)計(jì)算優(yōu)化開始時(shí)刻起新剩的未剪切的成品長(zhǎng)度，以及找到一種快速準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)。計(jì)算方法有多種，如質(zhì)量法、伸長(zhǎng)率法、速度計(jì)算法等。從鋼坯變化、軋槽變化等因素上考慮，以速度計(jì)算法更為準(zhǔn)確，可以消除很多鋼坯和軋機(jī)的因素干擾，而快速準(zhǔn)確的控制則可由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)完成。圖11-17為優(yōu)化倍尺剪切的控制系統(tǒng)示意圖。軋制方向3號(hào)HMD2號(hào)HMD1號(hào)HMD粗軋機(jī)1號(hào)剪中軋機(jī)2號(hào)剪精軋機(jī)倍尺剪4號(hào)HMD智能高速記數(shù)模塊傳動(dòng)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)圖11-17 優(yōu)化倍尺剪切控

51、制系統(tǒng)示意圖HMD熱金屬檢測(cè)器其中傳動(dòng)控制系統(tǒng)用于對(duì)倍尺的剪切控制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用于進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算和數(shù)據(jù)的交換，智能高速計(jì)算器則用于軋制速度的測(cè)定。在1號(hào)剪后安裝一個(gè)熱金屬探測(cè)器（1號(hào)HMD），用于探測(cè)軋件的尾部，并以此時(shí)刻作為優(yōu)化計(jì)算的開始時(shí)刻；2號(hào)HMD則用于檢測(cè)軋件頭部，以控制倍尺剪剪切時(shí)間；3號(hào)HMD和4號(hào)HMD則用于實(shí)際棒材速度測(cè)定。當(dāng)1號(hào)HMD探測(cè)到軋件頭部時(shí)，高速計(jì)算器其中一個(gè)記數(shù)通道已某個(gè)已知的頻率f開始計(jì)數(shù)，軋件頭部達(dá)到3號(hào)HMD時(shí)，記錄下計(jì)數(shù)值m1，軋件頭部到達(dá)4號(hào)探測(cè)器時(shí)，記錄下另一個(gè)計(jì)數(shù)值m2。假設(shè)倍尺剪到3號(hào)HMD的距離為D1，3號(hào)HMD與4號(hào)HMD之間的距離為D2，

52、2號(hào)剪的切頭長(zhǎng)度為H2，切尾長(zhǎng)度為T2，中軋機(jī)組的出口速度為Sm，則可求出棒材經(jīng)過倍尺剪的實(shí)際速度為Sx=(m2-m1)×f/D2，利用該公式計(jì)算出的速度值比利用精軋機(jī)理論出口速度公式計(jì)算出的速度值更為準(zhǔn)確。從軋件尾部離開1號(hào)HMD到倍尺剪所需的軋制時(shí)間為：Tr=m1×f-D1/Sx-H2/Sm-T2/Sm此為用軋件頭部實(shí)測(cè)的時(shí)間，由此可以求出優(yōu)化計(jì)算開始時(shí)刻軋出的過倍尺剪成品長(zhǎng)度為：L1= Tr×Sx。為了求出在優(yōu)化計(jì)算開始時(shí)刻成品已過倍尺剪的長(zhǎng)度L2，可以利用高速計(jì)算器的另一個(gè)通道以相同的頻率記錄倍尺剪剪切后到軋件尾部離開1號(hào)HMD的時(shí)間，即以倍尺剪剪切信號(hào)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，1號(hào)HMD探測(cè)到尾部時(shí)記錄計(jì)數(shù)值，假設(shè)為m3，則L2可以利用下式求出：L2=m3×f×Sx。有了L1、L2參數(shù)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就可以依上節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，得出優(yōu)化后的倍尺鋼長(zhǎng)度，從而實(shí)現(xiàn)了倍尺的優(yōu)化剪切。11.5.5冷床入口的倍尺分鋼與制動(dòng)棒材經(jīng)倍尺飛剪分段后，要按工藝要求有序的放到冷床上。為實(shí)現(xiàn)其控制，