线材自动化控制系统

　线材轧机是一种典型的高效率的中小型热连轧机，线材轧机在生产工艺和装备上突破了传统连轧机的模式，集高速机械制造与自动控制技术于一体，将生产效率提高到很高水平，本篇就高线自动化系统作一简明介绍。

线材轧机的自动化成套系统和技术包括三大部分：
1．线材轧机的交、直流传动设备的电气控制系统。
2．线材轧机的连轧自动化控制系统。
3．线材连轧系统的过程自动化控制系统。

一、 线材轧机的交、直流传动设备的电气控制系统。
线材轧机使用的是直流电动机驱动，直流传动系统的控制原理是转速，电流双闭环系统和非独立弱磁调速，目前应用产品是SIEMENS 6RA70系列直流传动装置，主电机的控制包括主电机的正常启动、正常运转、正常停车、爬行、点动运行，事故紧急停车等。

二、 线材轧机的连轧自动化控制系统关键技术。
1． 速度级联控制
在钢材连轧机中，为保证成品质量，以精轧机架为基准机架，保持其速度不 变，并作为基准速度设定，其前面机架速度根据金属秒流量相等的原理，自动按比例设定；在轧制过程中来自活套闭环控制的调节量、手动干预调节量，依次按逆轧制方向对其前面的各机架速度作增减，实现级联控制。在轧制不同规格的钢材时，从轧制表中得到指定的末机架号，和该末机架在此规格最高轧制线速度VLMax，及当前选择的轧制总量百分比VL%，计算出末机架速度：

2． 活套控制
在钢材连轧线中，为保证成品质量，避免由于各种原因导致的推钢、活套是由于在机架间存储了多余轧线长度的轧件而引起的，也正是由于这些多余的轧件，起到了对轧件推拉的有效缓冲。在控制过程中，以活套套量为目标，以速度调节为手段，即可达到控制活套的目的。具体方法为：当活套套量超过设定值时，就降低上游机架的速度；反之，则升高上游机架的速度，

3． 微张力控制
微张力控制采用电流记忆法。当一根钢头部咬入第n架轧机，电动机动态速降恢复后,直到该块钢咬入第n+1架前这段时间。对于第n架轧机而言，相当于无前张力的自由轧制，滤波后采样此时的轧制电流即视为自由轧制电流。当该块钢咬入第n+1架，且动态速降恢复后，滤波后再次采样此时电流，若两机架间存在张力偏差，必然有电流的偏差，根据电机学的有关公式，可以得到张力差，根据张力偏差对速度进行修证，调节第n架及其以前的轧机速度，达到微张力状态，根据坯料的前进过程依次按照上述过程不断调节，全线所有微张力闭环控制的轧机达到微张力状态。

4．飞剪控制
(1)切头控制：启停工作制。当飞剪前热金属检测器检测到轧件头部时，启动从轧机电机后面的光电编码器取信号计数器。延时值（即脉冲数）根据切头长度试车时一次调整完毕。切头长度一般控制在50～80mm。当飞剪电机启动加速后到达中心位置时，剪刃重叠，实现剪切。剪切一刹那，接近开关发出信号给控制系统，要求制动，系统给出反向制动电流，当剪刃被制动在某个位置后再反爬，剪刃回到初始位置，电机停转。完成一次剪切任务。
(2)碎断控制：简单的连续工作制，和轧件跟踪控制结合在一起，当模拟跟踪预计到达轧机组任一轧机时而没有到达，经延时仍没有到达，立即启动飞剪主电机，进入碎断状态，连续剪切，直至热金属检测器检测到轧件尾部信号为止或人工干预停止。
(3)棒材倍尺分段飞剪控制原理
采用复杂的启停工作制和优化剪切工艺，如图1所示。

图1 飞剪本体背面示意图

A．剪切控制：4＃热金属检测器检测到轧件头部时，开始计算脉冲数，脉冲由精轧机组成品架轧机主电机轴上旋转编码器发出，每转N个脉冲，预先设定某一转数，当达到此值时，飞剪电机启动，开始剪切。飞剪制动由接近开关控制，位置如图4（飞剪背面）所示，位于上剪轴正上方。当剪切完瞬间接近开关发出停车命令，电机控制系统给出制动反爬电流（此电流值可调节，便于剪刃不会走过头造成二次剪切或连续剪切），调试时确定好剪刃制动位置，反爬从制动位置开始，反爬极限位置即剪刃设定的原始位置通过飞剪主电机后轴端光电编码器计数确定，从反爬开始到设定的脉冲数时，编码器发信号让电机停止转动，飞剪完成一个剪切动作程序，等待下一次剪切。

B．分段长度可以换算成成品架轧机主电机轴上旋转编码器发出的脉冲数（扣除机械滞后和电气滞后时间，第一个倍尺还应扣除1＃HMD到飞剪中心距离），脉冲数与长度之间的关系：以成品架最大辊径时的工作辊径Dk为基准，轧辊旋转1圈，周长为ЛDk，对应的脉冲数为I×N=NI（I为成品架传动速比，N为光电编码器转1圈发出的脉冲数）。1mm轧件长度对应的脉冲数应为NI/ЛDk，系统自动计算出相应的脉冲数。

C．优化剪切理论：根据坯料尺寸（长×宽×高）、输入棒材成品规格（直径），系统自动计算出成品总长，输入定尺长度和冷床最大允许的倍尺长度值，已知上冷床允许的最短成品长度为Xv(m)(v为棒材成品线速度，m/s)，系统自动计算出分几段，若最后一段长度小于Xv，则从上一根倍尺长度上找一个定尺长度放在尾段。若还不能满足要求，再从上上一根倍尺长度上找一个定尺长度放在尾段。如此反复判断，直至满足要求为止。

三、 线材连轧系统的过程自动化控制系统。
线材连轧系统的过程自动化控制系统主要由PLC控制系统以及上位计算机控制系统构成。PLC系统负责现场数据的采集和处理，上位机则完成对数据的最终显示和系统中其它的控制和管理任务。系统主要的功能有包括：
·轧件跟踪，各架主电机电流显示。
·活套控制人工/自动切换，套高设定。
·选择飞剪剪切方式人工/自动切换。
·改换孔型系统时，需修改轧制程序表。
·换辊后输入辊环直径，系统自动修正主电机转速。
·系统设有轧制程序存贮功能，上述各项可通过预先存贮的轧制程序表，完成对轧线的自动设定，并有适时修改、存储轧制程序表功能。
·机架间自动调节系统（活套）产生的速度修正信号反映设定的机架间速度关系的误差，速度设定自适应系统根据稳定轧制时这一误差的大小修正对应机架的速度，这一修正后的速度将使下一根钢到来时，机架间的速度配合关系处于最佳状态。