棒材轧机倍尺剪两种优化剪切控制方案及其比书馆较

棒材轧机倍尺剪两种优化剪切控制方案及其比书馆较刘国庆泰国泰龙棒材轧机的冷床本体长度为54m，上冷床装置为双旋转导槽式结构。在轧制过程中，由于坯料长度波动较大(一般在0～1.5m之间波动)，在正常剪切后，很可能出现0～8m左右的短尾。该短尾无法正常导入旋转导槽进入冷床，而停留在旋转导槽前的导管内，导致下一根棒材在此出现堆钢的现象。为此，我们提出了倍尺剪的优化剪切问题。在实际调试中，我们先后采用了两种思想的优化控制，并通过实践的比较最终采用了第2方案。该控制方案在1998年9月投入使用以来，效果较好。下面分别介绍这两个方案，并对这两个方案进行比较。1两种优化剪切控制方案第1种方案是利用测长进行优化控制，这是一种比较传统的控制思想。第2种方案是直接对尾部进行控制。但无论哪种方案，优化的实质均是改变对飞剪最后一刀的剪切长度进行控制。1.1测长优化剪切控制这种控制方案采用粗轧机第3机架(H3)的“咬钢”信号和“抛钢”信号进行成品棒材的长度测量。“咬钢”和“抛钢”信号是通过来自直流晶闸管控制系统的电机电枢电流反馈，与设定的“咬钢”和“抛钢”电流值进行比较得到的。当电枢电流在某一时刻突然增大到某一值以上，则PLC控制系统认为此时轧机处于“咬钢”状态，反之，如果某一时刻电枢电流突然下降到某一设定的“抛钢”电流值以下，则PLC控制系统认为此时轧机处于“抛钢”状态。假设坯料通过H3机架的时间为T3，当前轧制速度为V0(即末机架轧制速度，通过轧制程序表设定)，末机架前滑率为δ。根据连轧系统秒流量相等的原理，坯料在各机架通过的时间是相等的。这样可以计算出成品棒材(红钢)的总长度：L=V0×（1＋δ)×T3假设当前设定倍尺长度(即棒材分段后上冷床的长度)为L0，则可以计算出该坯料要进行的正常剪切次数和末段棒材的长度。预计剪切次数N0=INT(L/L0)式中INT(L/L0)的含义是L/L0的商取整。末段的长度LD=L－L0×N0在这种情况下，根据末机架与倍尺剪之间的距离49m，针对上述理论测量的末段棒材长度，可以采用下列优化方案：A如果测量末段棒材长度0≤LD5m，则最后一刀切成20m。末段棒材长度为30～35m。B如果测量末段棒材长度5≤LD25m，则最后一刀切成30m。末段棒材长度为25～45m。C如果测量末段棒材长度25m≤LD，则进行正常剪切。末段棒材长度大于25m。以上是针对成品为10m定尺(即冷剪剪切的棒材长度，一般根据用户订货要求决定)的方案，对于12m定尺的优化原理与此相同。1.2尾部离开轧线后进行的优化控制这种控制是基于轧件离开轧线的最后一个机架后(可采用热金属检测器信号)，在PLC控制系统中判断此时棒材已经通过倍尺剪的长度，对最后一次剪切进行优化控制。这里的棒材长度是指上一次剪切后，后续棒材已经通过倍尺剪的长度。它可以采用折算的实际棒材速度乘以棒材上一次剪切到棒材尾部离开轧线时的时间得到。具体的优化方案如表1所示。表110m定尺时的优化方案序号离开未机架时已通过飞剪距离/m设定剪切长度/m最后一段长度/m10~52029~3425~253024~44325~505024~49对于12m倍尺，上冷床长度为48m，优化方案如表2所示。表212m定尺时的优化方案序号离开未机架时已通过飞剪距离/m设定剪切长度/m最后一段长度/m10~202426~45220~484821~49通过上面的分析，我们可以看出轧件的最后一段长度均大于20m，已经能够保证尾部轧件上冷床。2两种控制方案的比较从控制原理上讲，这两种方案是没有什么问题的。但由于受到各种因素的影响，使自动化系统的优化剪切精度直接受到影响。尤其是第1种方案，如果测量的轧件长度与实际的轧件长度偏差过大，那么系统就无法实现正常的优化剪切。这是因为系统用以测量轧件长度的原理是基于各机架“秒流量相等”。而在实际的轧制过程中，由于测量长度的机架(如H3机架)的前后总是有张力存在，加之采用的是电机的咬钢信号来测长，如果电机的咬钢电流值设定偏大或偏小，均会给系统测长带来误差。此外，在H3机架后还有粗轧后飞剪，其正常的碎断和其切头精度均会对整个测长系统带来干扰(在飞剪正常碎断时，由于其碎断棒材的长度无法知道，致使本根棒材的测量无效，使优化控制不能实现)。在实际调试过程中，我们发现如果棒材实际长度与测量长度的正负偏差过大(在轧制小断面时，这种误差在10m以上)，则控制系统很难实现优化剪切控制。以10m定尺举例来说，如果某根棒材的预测末段长度为49m，而实际棒材长度为53m。此时，按照原控制思想进行正常倍尺剪切，这样，就出现了最后一段为53m的情况(这是因为该控制思想要进行剪切次数的跟踪，达到预计的剪切次数后，飞剪就不再进行剪切。即使此时继续剪切，也会出现3m的短尾)，而冷床的有效长度为54m，如果棒材的制动再出现偏差，也很难保证该棒材能正常地落在冷床上。更何况如果最后实际棒材长度为54m的情况，就更难上冷床了。针对这种可能的情况，我们又将第1种控制方案进行了调整。即：如果预测棒材的最后一段长度大于45m，则在预计的剪切次数上再增加一次剪切，使最后这一刀的剪切长度为30m(12m定尺时剪切24m或36m)。这样，即使出现一些小范围的正偏差，也不至于造成现场故障。这种方案投入后，效果明显比改进前好得多!但考虑到这种方案无法解决在故障碎断情况下的优化控制，故我们又引入了第2种控制方案。第2种方案正是考虑到由于测量的误差对优化剪切带来的影响，才从原理上抛开了对整个轧件的测长。故该方案比第1种方案要理想得多，而且即使在故障碎断的情况下，本根棒材只要一出轧线就可以进行优化控制，无需再计算棒材预计要剪切的次数，而这一点在第1种方案中是无法办到的。此外，在轧制速度大的情况下，如果PLC本身扫描的时间较长，如30ms以上，那么很可能在每次的剪切中形成积累误差。这样在第1种方案中对于测长控制的优化势必造成影响，而恰恰第2种方案的控制与棒材在尾部离开轧线前的剪切是无关的。所以从这一点上看，第2种方案比第1种方案好得多。所以该控制方案一直使用，至今没有发生过任何问题，效果很好。通过这一方案的实施，使轧机的生产效率有了很大的提高，从改进前每班只能生产50多t提高到每班可以生产150t以上。但是，实现第2种方案的前提是末架轧机与倍尺剪之间必须有足够大的距离，否则不能采用。作者简介：刘国庆男1968年生工程师主要从事PLC控制系统的软件开发和调试工作。作者单位：刘国庆包头钢铁设计研究院包头014010