热连轧活套控制技术开发与应用
热连轧活套控制系统分析及改进措施
水钢科技SHUIGANG SCIENCE&TECHNOLOGY第154期热连轧活套控制系统分析及改进措施李天华(首钢水钢维检中心贵州六盘水553028)摘要:活套控制是热连轧过程中一项关键技术,它对热连轧过程中轧制的稳定性和螺纹钢的横肋外形、公称直径控制都有着非常重要的作用。
本文针对首钢水钢钢轧事业部三棒作业区开发新工艺期间暴露出的原有活套控制系统不能满足新工艺要求的问题进行分析和改进,使活套控制满足新工艺的轧制要求,为顺利实现五切分轧制达产达效创造条件。
关键词:轧钢;新工艺;活套控制;分析;改进Analysis and Improvement Measures of Looper Control System of HotContinuous RollingLi Tianhua(Maintenance Center,Shougang Shuicheng Iron&Steel(Group)Co.,Ltd,.Liupanshui553028,Guizhou,China) Abstract:The looper control is a key technique in hot continuous rolling process and plays an important role in improving the rolling stability and controlling the transverse rib shape and nominal diameter of rebar.The problem that the original looper control system can't meet the requirements of a new rolling process during the development of rolling process in No.3Bar Rolling Work Shop in Industrial Department of Steelmaking and Steel Rolling in Shougang Shuicheng Iron&Steel(Group) Co.,Ltd.is analyzed and solved so as to make the looper control system meet the requirements of the new rolling process and provide conditions for the realization of yield and efficiency of five-splitting rolling.Keywords:steel rolling;new process;looper control;analysis;improvement1前言三棒作业区整条轧线共计19架轧机,其中粗轧6架,中轧6架,精轧7架分别是13#~19#轧机,活套台分布在精轧区域,分别安装在两相邻轧机之间依次为1#~7#活套。
北京科技大学科技成果——热连轧活套控制系统
北京科技大学科技成果——热连轧活套控制系统成果简介活套控制系统是热连轧生产线上基础自动化L1级中非常重要的自动控制系统。
活套高度闭环控制系统以及活套张力闭环控制系统是活套控制系统两项关键功能，用以实现轧制过程中，精轧任意机架间带钢秒流量的动态平衡，以及维持带钢在恒定张力下完成轧制。
活套控制功能的稳定性直接决定到轧钢过程的顺利进行，其控制精度又会影响到带钢产品的厚度和宽度质量。
目前国内的热连轧项目尤其是宽带热连轧项目，越来越多的采用了液压活套，与电动活套相比，其控制的快速性以及位置控制的精确性是电动活套无法比拟的。
活套控制系统由L2级精轧活套设定模型、L1级活套控制器、L0级活套传动装置以及活套机械设备等部分组成。
根据传动装置的不同，活套分为液压活套及电动活套。
液压活套依靠液压站高压油驱动液压缸带动活套机械动作；电动活套则依靠电机带动减速机驱动活套机械动作。
零漂校正功能零漂电流标定和校正功能投入实际使用后，克服了由于较大零漂存在造成活套起套过程的不可靠，同时又大大提高了活套张力闭环的稳态精度。
同时这两项功能的实现以及操作维护又非常简单，所以说这两项针对活套伺服控制系统零漂问题所采取的控制对策是积极有效而值得推广的。
活套软接触功能通过投入张力环及高度环时机选择算法计算得到活套接触到带钢的具体时刻，从而能够及时投入张力环及高度环。
该算法的实现为活套软接触技术的最终实现做出关键性的贡献。
因为众所周知，带钢秒流量动态平衡以及带钢张力恒定的稳态控制并不是很困难的事情，关键在于如何减小或者消除活套起套瞬间由于位置环起套造成的对于活套张力系统和轧机速度系统的大扰动。
本技术的实际应用推动了活套软接触技术的实现，从而为带钢头部乃至全长厚度宽度质量的改善和提高具有重大的现实意义。
该系统已经成功稳定的应用在莱钢1500、日钢1580热连轧生产线并取得了的很好的控制效果，还将应用于武钢1700mm热连轧、西南不锈1450mm热连轧、重钢1780mm热连轧等多条生产线。
带钢热连轧机组活套自动控制及应用
带钢热连轧机组活套自动控制及应用作者：晁永军孔德鸿吴胜春东四正来源：《科技资讯》2016年第12期【摘要】：活套是在金属热连轧过程用来调整轧机之间张力的最主要设备，由于金属热轧制的发展已有几十年的历程，在此过程中，随着自动化控制技术的日益提升，活套控制的精度和智能化越来越高，本文通过带钢热连轧生产线精轧机组活套的应用，对其先进的功能和作用进行了详细介绍和说明，并分别说明了活套的两种控制方法：常规PI控制和ILQ控制的原理以及在两种自动控制方法在轧制过程中的实际应用。
[关键词]：活套；常规PI控制；ILQ控制中图分类号：TG334.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（c）-0000-001.概述本文以某钢铁集团年产240万吨超薄带钢热轧生产线—UTSP热轧板带工程为例对活套先进的功能和作用进行了详细介绍和说明，其产品产品工艺规格为宽度800-1600（mm），厚度0.8-12.7（mm）的各类型热轧带钢。
主轧线分为粗轧和精轧两个机组，共有7架轧机组成，其中粗轧两架，精轧5架，各机架均采用三相同步电机传动，在F1-F5五架精轧机组之间设有4个活套。
设定活套的目的是为了确保两机架之间保持特定张力，当下游机架流量高于上游机架、下游机架速度过快时候产生张力，当下游机架速度小于上游机架时活套抬起建张，如果不设活套这一特殊设备，在轧制过程中，带钢套量将逐渐增加最终会形成折叠和扭曲，如果形成折叠或者扭曲，带钢将以好几倍的厚度进入下游机架，产生堆钢事故，最终结果会影响轧辊和轴承以及轴承支撑等机械设备以及现场传感器的寿命。
2.活套的作用介绍2.1 活套的角度给定轧制过程中活套的角度由二级计算机数据库给定，活套根据计算机数据库的给定值进行程序的最初给定，在实际轧制过程中，活套角度微调由一级基础自动化程序来计算并给定。
在一级基础自动化程序中，活套在自动操作情况下，要具备以下互锁条件：1）控制选择3）轧机主传动健康4）液压控制正常5）活套PLC系统健康6）位置传感器健康7）活套压头健康2.2 活套的张力给定活套的张力给定也是通过二级计算机系数据库进行计算，给定后，在轧制过程中，操作工在-20%到+50%之间通过每秒10%的调节度进行速度调节，在带钢生产过程中，带钢保持恒定的张力具有降低轧制力、防止轧件跑偏、改善带钢平直度、适当调节主机负荷等作用。
基于轧钢活套自动控制系统的研究与应用
基于轧钢活套自动控制系统的研究与应用摘要：活套是轧钢过程中重要设备，合理起套高度和张力控制会使两架轧机平稳轧制，避免拉钢或者堆钢现象。
本文介绍了活套控制原理和过程，并重点介绍了模糊高度控制，此法可以达到精确控制。
文章对于轧钢控制设计及应用有着很大借鉴和参考价值。
关键词：高度控制；张力控制；速度级联概述恒定活套量和小张力轧制是现代热连轧精轧机组的一个基本特点。
在轧制过程中，由于主传动系统总是存在着动态咬钢速降，在稳定轧制阶段又总是存在着各种外部干扰，不可能始终保持各机架之间的速度匹配关系，设置活套的主要目的，就是在于检测到这些偏差，进而通过高度调节吸收这些活套量，使得生产正常稳定。
此外，因为在热连轧轧制过程中，轧件温度很高，若受到太大的张力，其张应力就有可能超过金属的流动极限，使带钢受拉（拉窄，变薄）变形和尾部失张厚跃等一系列降低成品质量的不良后果，而活套装置的另一个作用就是使带钢保持恒定的小张力。
1.活套控制原理及过程1.1活套控制活套形成期完成，进入活套控制阶段，此时，活套控制积分部分解锁，系统按正常的级联方向，对所有与此轧件有关的机架进行实时速度校正。
从级联控制的角度看，活套的PI调节相当于不断修改下游机架的R因子来改变上游机架的速度，而R因子随着下游机架轧制能力的改变而改变，轧制能力的改变又是由上游机架送来的轧件的尺寸和温度的改变引起的。
下游机架R 因子的减少量是活套高度变化的体现，由于钢坯的各部分在轧制中温度和尺寸的变化，使轧制能力和速度关系发生变化，因此必须记忆钢坯头部离开时的最佳速度关系，以确保整支钢坯安全通过。
这个记忆值在钢坯尾部离开上游机架时被取消。
当发生一些异常情况，如操作员手动修改速度关系、活套超出活套警戒高度或轧件长时间超出活套扫描器扫描范围时，速度自动校正被锁定。
1.2活套控制中的轧机速度级联系统轧机速度的设定是由轧机速度级联系统来完成的，它是由上游主速度参考值、上游比例调节级联值和下游比例调节级联值三部分组成【2】。
1880热轧液压活套分析与应用
1880热轧液压活套分析与应用王启尧谢捷宝钢分公司热轧厂1880 设备车间，上海201941摘要1880热轧活套采用新型伺服液压系统，比一热轧、二热轧活套马达控制方式响应更快、精度更高。
本文主要从液压活套的伺服控制系统应用与电气控制方式等方面进行着重分析。
1880热轧活套控制系统除了传统控制方式之外，还有较为先进的张力与角度结耦控制的ILQ控制方式，前机架间还可以选择投入微张力控制。
针对三热轧活套的特点，对活套的控制方式和时序进行研究分析，提高活套在生产过程中的稳定性。
关键词液压系统、伺服阀、单位张力、ILQ控制Abstract：1880 hot rolling mill adopts new type hydraulic servo control system.，which have quick response and high accuracy than the motor control loopers in NO.1 and NO.2 hot rolling mill. The thesis mainly analyzes the aspects for the application of hydraulic looper servo control system and electrical control. Besides the convention control mode，there is also ILQ control mode in NO.3 hot rolling mill，which uses the coupling control in tension and angle. It also can choose to use looperless control in the frontal stand. It analyses the control mode and timing through the loopers characteristic in NO.3 hot rolling mill in order to advance the looper stability in production.Keywords：Hydraulic system Servo valve unit tension ILQ control1.引言目前，世界上带钢热连轧生产中的活套有电动和液压2种，电动活套采用低惯量快速直流电机驱动，一般从起套到升至工作角约0.5秒，到建立给定的张力则共需1S 左右，又根据电动活套系统中电机的转矩与带钢张力转矩、重力转矩之合成转矩成对应正比关系，以及电动机转矩与电流对应正比关系可知，直流电机的电流便是电动活套张力控制系统的主要控制对象，通过对电机电流的动态调节，可起到活套对带钢恒张力控制的工艺目标。
活套在轧机系统中的应用.docx
活套在轧机系统中的应用（上海宝冶建设检修分公司沈林波）摘要：活套是连轧设备中一个较为重要的单元，本文结合武钢csp 厂热轧设备讲叙了活套的基本原理以及常见的一些电气故障和分析处理方法。
关键词：活套控制原理故障、尸■、亠一前言活套是安装在精轧机架之间，用于控制两个机架之间的微张力，防止带钢之间有过多的张力，太多的张力将导致钢被拉断。
当通过下个机架的秒流量比较高的时候，这个现象会发生。
当下个机架的秒流量比较小的时候，套量将建立起来。
一个稳定的增长套量将导致叠轧的形成。
如果叠钢形成，带钢将以几倍的厚度进入下个机架，这将导致辊子的损坏或者轴的损坏。
这样活套控制必须有。
活套控制给了所有前主传动控制的速度修正量。
当秒流量不同的时候，两个机架间的带钢长度将改变，这样将导致活套高度和活套实际角度的改变。
通过活套控制角度总保持在预先设定的范围内。
活套高度的任何改变都将立刻导致所有主传动速度的改变。
每个活套高度的控制是通过影响前一个机架的旋转速度。
一个机架的速度的改变被复制并且作为一个偏差量给定到前一个机架。
这样所有相近的主传动速度的修正量在这些机架里适当减少。
同时在这些机架间的带钢张力是保持不变的。
当机架里没有钢的时候，活套也能移动。
此外当带钢在运行并且活套辊被带钢压下的时候，一个特殊的张力必须产生。
这个压力的发生在轧制力控制与张力控制是相同意义的。
为了实现活套控制的目的，必须设计成位置控制和轧制力控制是串接二活套的工作原理1、结构示意图及设备组成（图一）活套基本结构示意图机械设备和液压设备：活套辊是通过液压缸来移动的。
液压缸的下部分在机架的传动侧。
活套臂的旋转点同杆端相连。
活套围绕在前一个机架的出口侧的轧制线下面的轴旋转。
绕轴旋转的运动被机械运行位置限制。
首先停止（尾端位置）是将活套辊设计在最小的轧制线的下面。
当换辊的时候活套辊要跑到最上的位置，因为空间必须用于入口和导板的运动。
这两个位置都有个一个机械辅助销。
“宽带钢热连轧生产成套关键技术与应用”获2010年国家科技进步二等奖
来源 于两部 分 ：① 生产计 划集成
与动 态调 度技术所 产生 的节能 降 耗 、增产 、库存 降低 、成 材率提
装 备 条 件 较 差 的 情 况 下 ，凸 度 卷 ９ ． ７ ８万ｔ 日照钢铁 公司 １８ 热 。 ０ ５
北京 １０ ８ ０ ０３
２ １ 年 第５ ０ ０ 期
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表１ 项 目技术应用了国际先进 水平 ，并大 大降低 了
工程 造价 ，这对 我国钢铁 产业 的
升级 换代 和更新 改造起 到 了积极 的推动和示范作用 。
应 用 与 效 益
如表 １ 所示 ，２ ０ 年至今 ，本 ０３ 项 目已经 在鞍 钢 、武 钢 、莱 钢 、
柳 钢 、 日钢 等国 内大型钢铁 企业 的 １条 宽带 钢热连 轧生产线 上得 ２ 到推广应用。
表２ 项 目 近三年获得的直接经济效益
超过合 同要求 的９ ％（０ ０ ９ ％为鞍 钢
时的 目标） ；
国内多条 热轧生 产线 实现 了全 自 提 升 了产 品质量 ，在安 全生产 、
引进 的 １ ８ 对外 方系统 验收考核 动 生产 ，提 高了生产效 率 ，显著 ７０ （） ４ 同宽 轧 制 公 里 数 可超 过 节 能 降 耗 等 方 面 发 挥 了重 要 作
权 ，打破 了热连轧 自动化 控制 系 识别和表面检 测 ， － ａ： ｕｅ ｌｂ Ｅ ｍ ｉ ｘｋ＠ｌｔ ｌ Ｓ， ｄ ｃ 统 由国外 大型 电气 公 司垄 断 的局 ｅ ｕ ｎ。
热连轧活套ILQ控制
2019/5/19
7.3 2300活套ILQ控制器
根据ILQ控制理论，由以下步骤推导活套ILQ最优控制律。
TC
HC
第一步：确定系统的期望响应 s1 TC s 2 HC 使 ， ；
和
，选择系统闭环极点
e
si
，
第二步：确定向量 g1和g3，使 W (s) C(sI A) 1 B 数， ；
7.1 ILQ控制原理概述
（4）与此同时，Racatti方程的求解需要借助特殊的计算工具，也给 实际设计带来了困难。 （5）ILQ理论是LQ设计的逆问题，它是根据控制系统的期望的动态 和稳态性能指标，选择合适的期望闭环极点，引入状态反馈实现期 望的极点配置。 （6）更为重要的是，它通过对反馈增益矩阵K设定某些约束条件， 当且仅当K满足这些条件时，加权矩阵Q和R是存在的，并且可以按 照一定得方法构造，因此，避免了在LQ设计中，通过大量试凑来选 择加权矩阵Q、R。
第四章 FCRPLC01控制柜的详述
本章节主要内容
7.1 7.2 ILQ控制原理概述 2300活套ILQ控制系统概述
7.3
7.4
2300活套ILQ控制器设计
活套ILQ控制器程序分析
2019/5/19
7.1 ILQ控制原理概述
（1）对于多输入多输出系统，极点配置所得到的反馈增益矩阵往往 不唯一，为了使控制系统实现某种最优指标。
e
si
，
第二步：确定向量 g1和g3，使 W (s) C(sI A) 1 B 数， ；
g1 W (s1 ) 1 e1 g 3 W (s2 ) 1 e2
，
， i 是自然基
第三步：通过以下极点配置方法的相关算法确定向量t1，t3，g2和t2；
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重 钢 机 动 能 源
不受 下游 机架 速度 调整 的影 响 。 这 种控 制功 能称 为 自动逐 移 ， 自动 逐 移实 质 上也 是 一 种前 馈 补 偿 控
液压缸力矩 的计算 ：
变） 。只有 当机架之间速度差太大而使带钢拉直后 才需 要根据 前后 机架 速度 来计 算带 钢 张力 ， 因此 对
热 连 轧液 压 活套 的控 制需 要 分别 讨 论 套 量方 程 和
张力 方程 。
等产生的套量 ， 由活套控制系统给出上游轧机的速 度调节器附加值 ， 纠正怠速偏差 ， 同时还进行恒定 的张 力 控 制 ， 防 止拉 钢 ， 影 响 带 钢 的厚 度 和宽 度 等
一
加以控制 ， 则由于套量增加过大而将在机架之间产 生 三层 带钢 叠起 来轧 入 ｉ ＋ ｌ 机架 ， 这 将 引发 严 重事
故， 反过来当套量不断减少最终会使机架间带钢崩 直， 其 变 化规律 将 由张力 方程 描述 。 由于机架之间套量的存在 ， 套量的增加将 由活
４ ２一
第２ ６ 卷２ ０ １ ５ 年第 ２期（ 总第 １ １ ２期 ）
盯
反 算带 钢张应 力 ： 已知 ＭＨ ｙ ｄ ｌ ｉ 。 、 Ｍ ｔ ｎ ｐ 、 Ｍ ｌ 。 。 ｐ ｅ ， 那 么 带 钢实 际受 作 用 张力 矩 为 ＭＴ ， 由此计 算 出带 钢 张力 Ｔ， 最终 计 算
出叮 。
热 连轧 带钢在 轧制 过程 中 ， 由于 二级 系统 设定 的秒流量 误 差 、咬钢过 程 中主传 动 的冲击 速 度 、 稳 定 轧制 阶段 机架 自动厚 度控 制 等各种 干 扰 ， 很 难保 证 精轧 机各 机架 间 的秒 流量 相 等 ， 导 致机 架 间存在 套量。 机架 间设 置活套 装置 就是 为 了消 除秒 流量 不
中等待 位与轧 制线 高度 保持 一致 。 活 套 的作用 是实 现 机 架 之 间套 量 大小 的稳定 和在 微 张力 轧 制 阶 段
由此公 式 可 以看 出当 ｖ ’ ｉ ＋ ｌ和 ｖ ｉ 不等时 ， 随着 时 间 的增 加 ， 套量 将无 限的增 加 或 者减 少 ， 如果 不
保持带钢张力恒定 ， 其控制主要是高度闭环和张力 闭环控 制 。 １ ． １ 活套的套量方程 带 钢热 连轧 由于机 架 间设有 活套 装 置 ， 因此 当 活套 辊上 抬在 机 架之 间形 成 套量 时 图 １ ， 前后 机架
Ｍ８ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ＝ ＦＨ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ￣Ｒｓ ｘ ｃ ｏ ｓ Ｙ
制。 为便于各机架按 比例进行校正 ， 逐移信号应变 换为相对值形式 。 同理 ， 本机架也要接受从下游各 个机架送来的活套高度逐移控制信号 。 由于重钢 １ ７ ８ ０ 热轧厂带钢热连轧机轧制速度
质量 ， 因此 活套 的稳定 与否 直接 反应 到带 钢 的质 量
上。 为了保证 活套 的稳 定运 行 ， 重钢 １ ７ ８ ０热 连轧 引
Ａ
（
．
进 了 当今 最 先进 的西 门子 Ｔ Ｄ Ｃ控 制 方 式 ， Ｔ Ｄ Ｃ超
强的计算和通讯能力为液压活套控制系统提供 了 良好 的硬件 基础 ， 为 系统 实现 毫秒 级控 制 提供 了有
第２ ６卷 ２ ０ １ ５年第 ２期（ 总第 １ １ ２期 ）
・
重 钢 机 动 能 源
学术探讨 ・
热连轧活套控制技术开发与应用
马 必明
（ 重 庆钢铁 股份 公 司热轧 薄板 厂 ） 摘 要 本 文主要 针 对 重钢 １ ７ ８ ０热连 轧 活套 不稳 定 的情 况 ，重点研 究 了活套 套 量和 张
力支 撑 。
１ 活套 控 制工艺
ｐ （
ｌ
图 １ 活套参数示意图
液 压 活套 系 统 主要 设 备 有 ：活 套 辊 （ 内水 冷 式） 、 液压 缸 、 伺服阀、 绝对 值 编码 器 、 压 力 传感 器及 活套 辊 支 撑 机构 等 。 活套 辊 由液 压 缸 驱 动 ， 编码 器 用 于检测 活套 抬起 角度 ， 压力 传感 器 由于 检测 活套
套 量 方 程设 ｉ 机 架 带 钢 出 口速度 为 ｖ ｉ ， ｉ ＋ ｌ机
架 带 钢人 口速 度 为 ｖ ’ ｉ ＋ ｌ 。则 单位 时 间 内从 ｉ 机 架 轧 出的带钢 长度 为 ｖ ｉ ＊ ｄ ｔ ， 而单位 时பைடு நூலகம்间从 ｉ ＋ ｌ 机架 轧 人 的带钢长 度 为 ｖ ’ ｉ ＋ ｌ ＊ ｄ ｔ ，因此套 量 变化 量 △ｌ 可 以写 成如下 公式 ：
很高 ， 因此 当带 钢 尾部 即将 离开 上 一 机架 时 ， 活 套 机 构 应 能快 速 落下 ， 设 置 有 小套 控 制 方式 。 以 防止
其 中 Ｙ为液 压缸 作 用力 的垂直 方 向与活 套 动
力 臂 的夹 角 。
ＭＲ Ｅ Ｆ ＝ Ｍｓ ｔ ｉ ｆ ｐ ＋ Ｍｌ 。 叩ｅ ｒ ＋ ＭＴ ＭＲ Ｅ Ｆ
ＡＩ ＝ 』（ Ｖ ’ ｉ ＋ ｌ － ｖ ｉ ） ｄ ｒ
辊的压力 。 根据工艺要求 ， 设 置活套辊 的等待位 约 为 １ １ 。、 １ ２ 。， 正常 工作位 为 ２ ２ 。一 ２ ５ 。（ 末机 架一 般设 置 ２ ４ 。） ，最 大抬起 位 为 ６ ４ 。（ 便 于换辊 ） ， 其
力力矩 的设 定 的数 学模 型 ， 以及 对 Ｔ ＤＣ软 件进 行 的优 化 改进 ， 对 活套 控 制优 化 改进 后 ， 提 高
了活套 的稳 定性 。 关键 词
０ 引言
热连 轧
活套 控制
稳 定性
高度 闭环
张力 闭环
速度 的变化 将 只影 响活套 的套 量 ， 此 时带 钢 的张 力 将 由活套液 压缸 来控 制 （ 活 套液 压缸 将控 制 带钢 张 力在 不 同活套 高 度 或活 套 臂 升角 下静 态 的恒 定 不