活套在热轧带钢厂的应用.docx
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活套在热轧带钢厂的应用
活套在热轧带钢厂的应用
李伟超（日照钢铁有限公司2150带钢厂山东日照276806）
邵永生（日照钢铁有限公司2150带钢厂山东日照276806）
摘要：
活套的主要作用是缓冲金属流量的变化，防止迭轧造成废钢；同时发出信号调节上游机架的轧制速度以保持恒定的秒流量；其次，带钢在一定范围内保持恒定小张力，防止因张力过大引起缩颈现象，造成宽度不均甚至拉断。
关键词：
活套、转矩、编码器、张力、摩擦力、压力传感器、PDA曲线
APPLICAIONOFLOOPERINHOTSTRIPMILL
LiWei-Chao
Shaoyong-sheng
Abstract：
LooperIsUsedToTensionTheStripBetweenFinishingMillStands.InOrderTostoreConstantStock,ItTransmitRelevantDataToTheSpeedControlSystemOfMainDrives.AndControllconstanttentionUsevalve.
Keywords：
Looper、Torque、Encoder、Tention、Friction、PressureTransduce、PDA
活套控制在热轧带钢厂整个控制系统中属于受影响的因素最多因而控制最复杂的控制之一，也是精轧机最重要的设备之一；2150热轧项目的机械设备由一重提供，控制系统是由德国西门子公司承包，以下对2150精轧机活套控制系统作一介绍。
1、活套的功能
1.1储存套量及活套高度控制
通过活套高度的变化在轧机之间储存一定的套量，以缓冲带钢金属流量的变化，同时根据检测的套量变化对上游机架速度进行相应的调节补偿，纠正实际轧制中秒流量不相等的问题，维持套量（活套高度）不变。
1.2恒定的小张力控制
在进行套量闭环控制的同时，张力闭环控制是活套控制中另一项不可或缺的功能，既为了实现在轧制过程中带钢保持恒定小张力，防止张力过大造成拉窄现象的出现，造成宽度不均的质量问题，根据活套实际角度通过公式计算出需要的转矩大小，再通过伺服阀调整液压压力意以实现活套对钢带的恒定小张力。
2、活套控制系统组成及各部分的作用
采用西门子的TDC控制器（机架型号UR5213CPU型号CPU551参数：
64bitRISC处理器266MHZ时钟扫描32Mbyte缓存区）作为活套的逻辑控制和模型计算，以实现对活套得控制。
绝对值编码器，型号HMG11-S-13-Z0参数：
12bit，检测活套的实际角度，以实现活套的闭环控制。
压力传感器，型号HDA3840-A-400-000400bar，检测液压缸活塞两侧压强来计算出活套得转矩用于张力闭环控制。
伺服阀的型号：
D661MOOG，通过伺服阀来调整液压缸所受的压力。
同时伺服阀给控制器发出阀芯反馈信号，维护人员可通过阀芯反馈来判断伺服阀的工作情况。
3、活套液压驱动系统组成及驱动原理
为了保证活套的可靠和响应的快速性，选择两组伺服阀并联使用，其工作模式有4种模式可通过HMI任意选择，分别为：
1模式、2模式、1+2模式、2+1模式，1+2模式和2+1模式中的前一组阀为主驱动阀组，后一组阀为辅助驱动阀组，在主驱动阀组无法提供所需压力时辅助驱动阀组协助控制，最终达到所设定的转矩值。
图
（1）
如图
（1）所示伺服阀控制的主油路上安装有受液压锁控制的液控单向阀，此液压锁在选到手动或自动控制模式时得电将液控单向阀的油路打开，使伺服阀对液压缸进行控制，选择到OFF控制模式时液压锁失电将主油路锁定停止动作。
在主回路上另外安装有溢流阀对系统进行压力保护另外在急停或快停产生后可以通过控制溢流阀上的卸荷线圈使系统快速卸荷将活套落下。
4、活套控制系统基本计算方程
4.1轧机间带钢套量计算
如图（4）
图（4）
其中：
综上：
由式（1-6）可知，活套套量ΔL是活套辊摆角
的三角函数，即：
式（1-6）所示的表达式比较复杂，为了分析活套量ΔL与
之间的变化规律，
将F（
）在
附近进行泰勒展开，即：
当
=
时，ΔL=0,F（
）=0,且F
（
）=0。
如果忽略高阶小项，那么活套量ΔL与
之间的数学关系可以简化为
4.2活套自重转矩计算
在活套张力闭环控制环节活套本身重力值的计算非常重要，如图（5）所示
图（5）
GE:
活套重量（kg）
g:
重力加速度9.807m/S2
P:
活套主轴中心到活套重心的距离（mm）
X:
活套角度（deg）
XP:
重心偏差角[deg]（Differentialabsolutevalueofthecenter-of-gravityangle）
5.3机架间带钢重力计算
机架间带钢质量计算如图（6）
gb=BD*BB*（L1+L2）*RHO
gb:
带钢质量[kg]
BB:
带钢宽度[mm]
BD:
带钢厚度[mm]
L1,L2:
活套到轧机的距离（F1orF2）[mm]
RHO=7,7kg[kg/dm3]（铁的密度）
图（6）
平衡机架间带钢的转矩值如图（6）
MB=KMB*gb*g*R1*cos（x）
MB:
平衡带钢的转矩值[Nm]
KMB:
带钢质量的模型因数[1]
gb:
带钢质量[kg]
R1:
活套臂的长度[mm]
X:
活套角度[deg]
根据经验KMB被设置在0.5到2.0之间
4.4带钢弯曲转矩计算
MD=SW*KMD*BB*BD*BD/（L1+L2）*R1*cos（X）
MD:
弯曲转矩[Nm]
SW:
热稳定性[N/mm2]
KMD:
带钢弯曲因数
BB:
带钢宽度[mm]
BD:
带钢厚度[mm]
L1,L2:
活套到轧机的距离（F1orF2）[mm]
R1:
活套臂的长度[mm]
X:
活套角度[deg]
5.5带钢张力值计算
综合各图示
MZ=BZS*（SZ*BD*BB）
BZS（X）=KCT*BZ（X）+（1–KCT）*BZ（AP）
BZ=MBZ/FZUG
MBZ=-（MZ1+MZ2）
MZ1=R1X*F1Y+R1Y*F1X
MZ2=R1X*F2Y+R1Y*F2X
FZUG=FZ1+FZ2=SZ*BD*B
MZ：
带钢张力转矩
BZS：
稳定带钢张力因数
BB:
带钢宽度[mm]
BD:
带钢厚度[mm]
SZ：
单位带钢设定张力值（N/mm2）
KCT:
固定张力因数
BZ：
带钢张力因数[mm]
MBZ：
补偿张力的转矩[Nm]
FZUG：
活套辊受F1、F2两侧带钢总拉力[N]
FZ1、FZ2：
受轧机F1、F2方向的拉力[N]
5.6活套输出总转矩值
如图（7）
MG=MO+ME+MB+MZ+MD
MG:
总转矩[Nm]
MO:
转矩偏差值[Nm]
ME:
活套自重转矩[Nm]*
MB:
带钢重力转矩[Nm]*
MZ:
带钢张力转矩[Nm]
MD:
弯曲带钢转矩[Nm]
图（7）
5、活套控制：
分为起套控制、小张力控制、落套控制
5.1起套控制
（1）活套起套的逻辑控制信号
通过检测轧制力的办法来控制起套。
当Fn+1轧机咬钢后轧制力会有一定的突变值，这个突变信号就作为了活套起套的逻辑控制信号。
（2）活套起套的控制原理
活套逻辑控制信号发出起套命令后，活套控制器给伺服阀加一较大的定量活套起套控制信号使活套快速起套与带钢接触，然后按上位机给定的活套高度和活套张力进行闭环控制如图PDA1所示。
活套从机械零位角以下的位置上升到工作位置一般需要0.2s-0.4s，此时带钢仍处于松弛状态，一方面活套辊会越过设定角度继续上升绷紧带钢，另一方面会给上游机架发送速度调节量使套量趋向于设定套量。
张力值到达设定值的瞬间速度调节投入工作
如图PDA2所示。
此时张力环和位置环双重控制。
图PDA1
图PDA2
图（3）活套起套过程示意图
5.2小张力控制过程
小张力轧制阶段是指带钢被咬入之后，并在机架之间建立起小张力，处于稳定连续轧制的阶段，该阶段所占的时间约为整个连续轧制时间的95%，此阶段活套辊摆角在活套高度调节器的作用下，在设定角度附近波动，而带钢张力在给定张力值周围有微小波动。
5.3落套阶段
在带钢尾部离开轧机前，活套辊必须降至机械零位以下，以免翘起的带钢尾部被高速甩出去，发生折叠事故。
当带钢尾部离开上游机架，因为负荷消失，采集到变化信号后经过一定的延时，此时活套控制器输出高速落套给定使活套落到设定的位置给定角度，使带钢尾部顺利通过。
6、结语
综上所述，活套作为热轧带钢厂的一件关键性设备，起到了举足轻重的作用，活套控制的好坏直接影响到轧制的稳定性和产品的质量，考虑到得影响到活套的因素非常之多，需要优化和改进的地方还很多，尤其是对于极限规格的轧制和新品种的开发，对于活套控制还有许多值得研究和改进。
（注：
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）
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