棒材轧制速度控制系统
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技术篇┃测量与控制
莱钢中小型车间主轧线由粗轧机组（６台）、中轧机组（６台）和精轧机组（６台）组成。在１８架轧机中，前８架轧机间采用微张力控制，后１０架轧机间采用活套控制，分别对轧机进行调速。过程控制站包括：ＲＭＣ２、ＲＭＣ５２、ＲＭＣ６２、
ＲＭＣ３、ＲＭＣ４，它主要完成与微张力控制和自动活套控制
有关的物料跟踪、逻辑时序互锁、传动执行级的速度级联、速度给定及微张力控制算法等功能。
轧机速度控制简图如图１所示。
一、轧件跟踪
实现轧机速度控制需要对轧件头部和尾部位置进行准确的定位。为满足这一要求，在轧机附近安装检测元件来跟踪、检测轧件，控制系统使用跟踪功能块，该功能块包括信号采集、信号处理和参与控制三部分功能。
１．信号采集
控制功能中使用了三种方式来检测轧件头部和尾部所在的实际位置，轧线上各检测元件的位置如图２所示。
当ＬＳＳ＜７ｍ时，两轧机间使用一个热金属检测器，既进行轧件信号检测又进行废料检测；当ＬＳＳ＞７ｍ时，两轧机间使用两个热金属检测器，一个进行轧件信号检测，另一个进行废料检测。在中小型轧钢生产线上，两轧机间距离均不超过７ｍ。
注：①咬钢信号：利用轧机空转和载荷时电流的变化
来检测轧件头部所在位置。
②热金属检测器：接收４００℃～１２００℃的高温轧件放
射出的红外线，经光敏元件把光能转换成电信号，实现对钢坯的检测，并返回一组开关量信号。
③活套扫描仪：装有４个透镜，分辨率为４次／周期，角
度范围为４５°，角度变送器的范围为０°～２５５°
。既可对４００℃～１２００℃的高温轧件跟踪检测，也可测量活套高度。返回
的开关量信号及活套高度值经专用模板处理后，进入
ＣＰＵ参与活套控制。
２．信号处理
在实际生产中，轧钢环境恶劣，灰尘、粉屑、油污多，甚至于强烈的太阳光对热金属检测器和活套扫描器也极易产生干扰，致使信号不稳定。为避免现场条件影响跟踪的准确性，程序中使用一特殊元素：ＭＤＩＮ－Ｈ１进行处理（如图３所示），当轧件头（尾）部信号发出后，如果在设定的时间范围内信号消失，ＭＤＩＮ－Ｈ１则认为该信号的丢失为假，继续保持头（尾）部信号不变；当轧件检测信号消失后，如果在设定时间内又有轧件检测信号，ＭＤＩＮ－Ｈ１则认为该信号
棒材轧制速度控制系统
□马净
张燕
姜杰
图３检测信号连锁图
图２轧件跟踪检测元件分布图
ＨＭＤ．热金属检测器；ＭＤＣ．废料检测仪；ＬＭＳ．热金属检测器
与本机架间的距离；ＬＳＳ．两机架间的距离；ＣＬ．废品检测长
度距离；ＷＬ１￣ＷＬ３．Ｗ１￣Ｗ３信号发出长度范围图１速度控制简图
ＭＲ．主基准值；ＰＵ．比例上游基准值；ＰＤ．比例下游基准值
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测量与控制┃技术篇
的丢失为假，继续保持检测信号不变；设定时间范围应小于两轧件之间的轧制时间间隔。
３．参与控制
检测信号经ＭＤＩＮ－Ｈ１处理后，输入到特殊元素ＴＲＡＣ－
Ｈ１的输入端，启动该功能块，ＴＲＡＣ－Ｈ１的基本工作方式是
对轧机速度进行时间积分。当轧机Ｎ的ＴＲＡＣ－Ｈ１接收到
ＭＤＩＮ－Ｈ１发出的信号，启动积分计算Ｓ＝∫ＯＴＶＤＴ，计算值和ＬＭＳ差值的绝对值不断地与ＷＬ１～ＷＬ３三个长度值及零
值进行比较，当比较值小于零时，分别发出Ｗ１～Ｗ３信号及Ｐ（机架咬钢）信号。
二、顺序控制
顺序控制功能主要是产生速度级联所需的逻辑信号，同时给自动控制功能提供相应的逻辑控制信号。它的主要功能由特殊元素ＳＥＱ－Ｈ１实现，只需在其输入端分别输入上游轧机Ｎ－１、下游轧机Ｎ和下下游轧机Ｎ＋１序号，该元素在接收到Ｗ１￣Ｗ３信号及Ｐ（机架咬钢）信号后，对信号进行逻辑处理并输出自动控制和速度级联所需的Ｌ１－Ｌ６信号。
三、自动控制
自动控制功能包括微张力控制和自动活套控制。
１．微张力控制
微张力控制主要目的就在于由于轧件尺寸太大，机架间的距离太短而不能形成活套时，使用微张力控制。它的工作前提是能对轧制力矩的微小变化进行自动检测和分析，轧制力矩参与反馈控制。整个微张力控制分四步来完成：
第一步：力矩测量
当轧件头部进入上游Ｎ－１轧机时，咬钢的同时开始测量力矩值。
第二步：力矩值记忆
当Ｗ３信号发出时，将此时测量的力矩值记忆下来。为避免温度对力矩值的影响，即一时间越接近辊缝处越好。
第三步：张力控制
当轧件头部进入下游Ｎ轧机时，比较上游Ｎ－１轧机的力矩测量值与记忆的力矩值，形成一偏差值。比较该偏差值与预先设定的张力参考值，比较后的差值乘上比例积分增益，传给轧机的Ｒ因子来控制轧机速度。
在控制的瞬间，Ｒ因子增大，则上游机架速度减小，张力也减小；张力设定增大时，则机架的速度增大，张力也就增加。
第四步：结束控制
下一轧机的控制开始或本轧机的控制超过时间设定后，结束控制。
２．自动活套控制
由于两轧机之间距离有限，轧制过程中会出现剩余长度，利用自动活套控制在两轧机之间形成一活套来有效控制轧制速度，同时借助于两个机架之间的活套来保持无张力控制。
自动活套控制建立在对两辊缝间剩余长度自动测量的基础上，从操作站上选择自动活套控制（ＬＣＥ），并设定活套的高度（ＮＬＰ），通过跟踪轧件而生成的Ｌ１￣Ｌ６参与Ｒ因子控制。程序中有特殊元素ＣＴＲＬ－Ｈ１，可以有效地完成这一任务，它的输入端与特殊元素ＳＥＱ－Ｈ１发出的逻辑信号相连，能对整个起套过程中的各项动作作出精确判断，并且能够读取活套的实际高度并与设定高度进行比较，若套高超过稳定范围，则输出比例积分调整值，调节轧机速度。保持套高稳定，即保持轧制节奏稳定。
活套位置（ＡＣＴＰＯＳ）＝ＲＡＮＧ×ＬＰ／２５５－ＥＬＰ其中：ＬＰ＝ＲＥＡＤ－Ｈ１
ＰＣ元素的测量值为０￣２５５
ＲＡＮＧＥ＝测量范围（ｍｍ）＝０．８３×活套扫描器到活套辊中心距
ＥＬＰ＝轧件进入活套台架的高度，作为活套调零值
活套控制过程可分为预形成、活套形成、活套控制、甩尾阶段。
四、结束语
中小型棒材生产线自投产以来，轧制速度控制稳定，各个轧值规格均已轧制成功。在轧机组态和其他工艺参数计算好的前提下，轧机调速平稳，微张力和活套控制稳定，满足了规格更换频繁、轧制节奏日益加快的生产需要，现年生产能力已突破原设计能力向１００万吨迈进。
作者单位【山东莱芜钢铁集团自动化部】
５月１８日上午，上海市局在静安区举行“关注民生、计量惠民”专项行动的启动仪式，要求全市各级计量部门行动起来。在专项行动期间，通过集中组织开展“四个走进”主题活动，全面推进本市各项民生计量工作的开展，最终实现“四个百分百”的总体目标。启动仪式上，上海市局宣布将在此次专项行动期间为全市在册的所有敬老院及百岁老人家庭各赠送血压计１台，此举受到了市民的热烈欢迎。
（沪计文）
上海市质监局组织开展
“关注民生、计量惠民”专项行动