带钢热连轧机卷取机控制技术研究

带钢热连轧机卷取机控制技术研究

【摘 要】 带钢热连轧机卷取机控制中，自动化水平高，要严谨要求软件的程序设计。即便在元件检查中出现误差，也要保证当前钢坯能够全部卷完。带钢热连轧机卷取技术应用至今，表现为运行可靠，功能完善，控制系统设计合理等，能够满足客户需要。卷曲设备主要由层流冷却装置、输出辊道、1#和2#卷取机、1#和2#夹送辊、1#和2#运卷小车、1#和2#卸卷小车、机上导尺、机上辊道、搬运机、快速链、收集台架以及托卷机等。其中主要设备，是两台采用恒张力的气动四助卷滚式卷取成品带钢的地下卷取机。

【关键词】 带钢热连轧机卷取机 控制技术 研究

最近几年，随着经济的快速发展，我国钢铁企业建设了多条窄带及中宽带钢热连轧机生产线，因此取得了可观的经济效益，带钢热连轧机生产线已经实现了国产化。

1 工艺设备简介

卷曲设备主要由层流冷却装置、输出辊道、1#和2#卷取机、1#和2#夹送辊、1#和2#运卷小车、1#和2#卸卷小车、机上导尺、机上辊道、搬运机、快速链、收集台架以及托卷机等。其中主要设备，是两台采用恒张力的气动四助卷滚式卷取成品带钢的地下卷取机。

2 电气传动系统配置

2.1 直流调速

采用ZZJ800系列和国产Z系列的直流电动机进行拖动，卷取区直流传动设备选用全数字式的西门子6RA70系列进行直流调速供电，进线侧采用进线电抗器以及公共整流变压器。在卷取机调速装置中配有卷取控制软件以及T400工艺板，32位CPU板具有强大功能和极高运算能力的新一代SIMADYND系统工艺类型产品。从而实现了卷取机的卷径计算、张力控制、空载及动态补偿、弯曲力补偿、摩擦力补偿等功能。

2.2 交流调速

交流调速的辅助设备有机上辊道、输出辊道、助卷辊辊缝调整、导向辊传动、夹送辊辊缝调整、辅助交流调速设备采用了国产YTSP或YSG系列交流变频异步电动机拖动，调速装置选用全数字式西门子6SE70系列交流变频调速装置，并采用公共交流母线、公共整流变压器、加进线电抗器在变频器入口侧的形式进行供电。

经由通讯板CBP2，交直流调速装置作为从站上挂到卷取区的分布式自动化

系统，通过自动化控制系统与PROFIBUS-DP协议进行控制命令和过程控制数据的交换。

3 自动化控制系统组成及功能

卷取区自动化控制系统设有S7-300PLC一套、S7-400PLC一套、操作员站HMI一套。卷取区自动化系统采用传送装置、PCL与远程I/O站ET200M及分布式结构进行过程现场总线PROFIBUS-DP通讯。PCL通过CP443-1通讯模块进行工业以太网联结（Industrial Ethernet），并与HMI及全线S7-400PCL通讯。

S7-400PCL主要完成带卷运输区与卷取区设备手动及自动逻辑控制、层流冷却控制、张力及速度给定控制、机上机前导尺开口度APC控制、卸卷手动自动控制、助卷辊及夹送辊辊缝APC控制、慢速及快速运输链APC控制、工业以太网及PROFIBUS-DP数据通讯控制等。

S7-300PLC重要完成主站S7-400与PROFIBUS-DP的数据通讯控制、卷取区传动液压站控制等。

卷取区操作台上操作员站HMI设置主要有卷取区轧制程序表画面、卷取区主画面、趋势图画面、卷取区设定画面、运输链画面、卸卷状态画面、润滑站画面、液压、故障报警一览表等动态设定及显示换面。

4 主要自动化功能

4.1 层流冷却控制

在输出辊道上分布有层流冷却装置。卷取温度控制CTC程序是依照精扎终扎和带钢厚度温度、精扎出口速度、上下层流冷却装置的开启进行控制和设定，卷取温度要保证在要求的精度范围内，以此来提高带钢进入卷取机时的带钢机械性能。采用温度反馈与预设定阀门开启段数结合的算法：

N=Ni+α1+（v-vs）+α2（T3-Ts1）+α3（T4-Ts2）式中，N代表的是控制冷却水段数，Ni指的是给定带钢厚度的预设定喷水段数，α1代表的是影响带钢速度系数，v代表的是带钢速度，vs指的是给定带钢厚度的轧制基准速度，α2代表的是影响终扎温度变化系数，T4代表的是实测卷取温度值，Ts2指的是卷取目标温度值。

CTC还可以有头尾不冷却、后端冷却、前端冷却三种方案，在不同规格的产品生产中进行应用，因此可在HMI上选择设定。

4.2 机组速度控制

当高速运转的带钢头部，已经离开精扎机末架，同时还没有进入卷取机时，夹送辊、输出辊道、助卷辊以及卷取机速度必须要比末架轧机速度快，要以一定

的比率控制速度，从而避免在辊道上带材发生起皱现象，因此这种比率被称为速度超前率。超前率如果过高，会引起带钢“缩颈”效应，而超前率如果过低，会影响带钢头咬入卷取机的顺利完成。在精扎机末架抛钢过程中，末架轧机速度要较输出辊道速度大，且速度要控制在一定比率内，以此来避免带材由于带钢向后拉力的产生而出现失张并起皱现象，因此这种速率控制称为输出辊道滞后率。与此同时，夹送辊、卷取机还要与带钢速度保持同步。在卷取机和机架之间建立的带钢张力现转为在夹送辊与卷取机之间的建立。以分段调速进行的输出辊道，当在某一段辊道上，带尾离开时，该段辊道就会恢复下一段钢的超前速度或是降为等待速度。在带尾进行带钢尾部的跟踪时，达到一定的减速点时，要减速，采用PLC来计算减速点，当带钢尾部速度降为目标速度时，也是到达夹送辊的时候，同时卷取机要降为爬行运转速度，直到带尾到达要求定位角度或卷筒正下方时停止。

4.3 夹送辊控制方式

当带钢头进入夹送辊时，夹送辊速度设定值为超前率加上末架精扎机速度。当末架轧机与卷取机建立张力后，夹送辊要进行零电流控制方式的转入，同时带钢速度要与夹送辊速度保持同步，这时夹送辊仅有传送作用。当带钢尾部到F4机架时，减小卷取机张力给定值。在末架轧机抛钢后，带钢在卷取机和夹送辊之间形成张力卷取，通过钢板夹送辊被卷筒拉入同步，作为张力控制系统的卷取机进入发电状态。带尾离开夹送辊，夹送辊降为下一段带钢超前速度或是降为等待速度运行。4.4 卷取张力控制

张力控制是卷取机控制中的关键环节，卷取张力控制直接影响到成品质量。卷取张力控制的主要作用是为了保证1号或者2号卷取机在正常卷取中，带钢张力恒定在设定值，以此来使带卷卷形良好、卷得齐而紧，从而减小塔形。

卷取张力控制由卷取软件包及T400工艺板实现。T400可实现直接张力闭环与间接闭环张力的控制与调节。可进行转动惯量动态补偿、摩擦补偿、卷径计算、断带与超速保护。在张力不能够进行直接测试的情况下，为了使卷取张力得到准确控制，因此必须对卷取机的转矩进行准确控制，当速度控制转变为卷取张力控制时，应附加以饱和设定值于卷取机给定速度，以使卷取机的速度大于带钢的实际速度。在转矩计算中，总转矩包含了其他的各种成分。因此要补偿这些成分，通过控制总转矩来进行张力的控制。动态电流要在加减速过程中进行计算，保证带材张力在加减速过程中的恒定。

带钢热连轧机卷取机控制中，自动化水平高，要严谨要求软件程序设计。即便在元件检查中出现误差，也要保证当前钢坯等够全部卷完。带钢热连轧机卷取技术应用至今，表现为运行可靠，功能完善，控制系统设计合理等，能够满足客户需要。

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