第３期（总第１７８期） ２０１３年６月 机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴ（）ＭＡＴＩ（）Ｎ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ． 文章编号：１６７２－６４１３（２０１３）０３—０１６０－０２ 热轧带钢卷取控制模型的应用 刘 琴 （山东钢铁股份有限公司莱芜分公司自动化部，山东 莱芜 ２７１１０４） 摘要：重点阐述了卷取机的踏步控制和卷取控制模型，将其应用于莱钢１ ５００ ｍｍ带钢热连轧卷取控制系统。 实践证明该控制系统运行稳定，控制精度高，很好地满足了用户的要求，对于卷取控制设计应用有着较高的 参考价值。 关键词：控制模型；热轧带钢；卷取 中图分类号：ＴＧ３３３．２ ４ 文献标识码：Ａ １ 热轧带钢卷取工作过程 生产的需要，必须采用计算机控制。当带钢到达Ｆｌ 莱钢１ ５００ ｍｍ热轧带钢生产线卷取区由卷取机 前侧导板、卷取机入口辊道、夹送辊、卷取机、卸卷小车 机架时，计算机模型根据精轧来料的规格和条件，计算 热输出辊道（Ｇ辊道）、卷取机的夹送辊、助卷辊、卷筒 及机前侧导板等设备的设定值，供自动化级（Ｌ１）对卷 取机和热输出辊道进行控制。 和运输链等组成。卷取区的功能是将终轧后经冷却到 卷取温度的带钢卷成钢卷，并送往打捆站进行打捆。 当钢坯进入卷取机时，钢坯头部在夹送辊的作用 下向下弯曲，并沿挡板和斜溜板进入由助卷辊和卷筒 设定的辊缝中，通过１号、２号、３号助卷辊与弧形导 板，使其卷绕在卷筒上；卷绕３圈～４圈后，卷筒建立 稳定张力，卷取机侧导板由位置环控制转为压力环控 当带钢头部到达精轧首机架时启动卷取设定计算 （ＣＳＵ），ＣＳＵ根据带钢来料的成品宽度和成品厚度及 ＨＭＩ的修正进行设定。当ＣＳＵ设定完成后，将设定 值和设定完成标志分别发送给卷取ＰＬＣ，由ＨＭ１显 示。卷取一级采集实测数据后启动卷取自学习（ＣＬＴ— ＢＬ），卷取自学习（ＣＬＴＢＬ）根据此带钢的设定值和实 制，助卷辊进行小电流控制并与带钢同步；然后助卷辊 逐一打开，斜溜板打开，卸卷小车进入卷筒下方并且卸 卷小车升降台上升到距给定带卷外径下２００ ｍｍ处； 当助卷辊全部打开后，卷筒与最后一架轧机建立张力。 带钢尾部即将离开精轧机最后一架轧机时，助卷 辊电机转为速度控制；卷取即将完成时，卸卷小车升降 台缓慢上升接触钢卷；卷取结束后，卸卷车上托辊制 动并且压住带钢尾部，然后卷筒反转收缩，侧导板、夹 送辊开启，挡板关闭，卷取机外支撑打开，卸卷小车将 钢卷取下并送至钢卷提升车，再送至运转小车，该小车 测值来修改下块钢的设定系数。卷取设定计算模块结 构图如图１所示。 将钢卷水平翻转９０。送到链式运输机上运出带卷。 ２卷取模型设定时序 热轧带钢的品种和规格越来越多，同时为了提高 产量，要求卷取的速度也越来越高，相应地要求卷取机 必须把带钢卷得既紧密又整齐，人工控制已不能满足 收稿日期：２０１２—１２—１８；修嘲日期：２０１２—１２—２７ 图ｌ卷取设定计算模块结构图 ３卷取设定数学模型 作者简介：刘琴（１９８１一），女，山东莱芜人，工程师，本科，主要从事轧钢数学模型的应用以及控制系统的设计与开发。 ２０１３年第３期 刘琴：热轧带钢卷取控制模型的应用 ・ １６１ ・ ３．１ Ｇ辊道超前率及滞后率设定模型 自动踏步控制的基本原理是：自动跟踪计算带钢 Ｇ辊道超前率一 （Ｈ“）。 位置并给电气控制发送信号。每个助卷辊都装有压力 其中：Ｈ 为来料带钢在分类表中的厚度档； （・）为 和位置控制器，在带钢卷取过程开始后，每当带钢头部 对厚度档Ｇ辊道超前率的函数，也可以是表格。 转到距离任一助卷辊很近的位置时，该助卷辊都迅速 Ｇ辊道滞后率一 （Ｈ ）。 抬起，和带钢脱离接触；而当带钢头部通过助卷辊后， 其中： （・）为对厚度档Ｇ辊道滞后率的函数，也可 该助卷辊则迅速回靠以压紧卷筒上的带钢，并按压力 以是表格。 控制方式运行。完善的自动踏步控制系统应满足带钢 ３．２助卷辊开度设定模型 头部顺利进入卷取机，尽可能地减少压痕现象，达到完 助卷辊开度＝Ｈ＋ （Ｈ ）。 美卷形控制。自动踏步控制系统如图２所示，包括带 其中：Ｈ为带钢成品的目标厚度； （・）为对厚度档 钢头尾跟踪、助卷辊位置控制和压力控制。 助卷辊开度的函数，也可以是表格。 ３．３ 最佳减速点设定模型 踏步压下 回 减速度＝ （Ｈ ）。 踏步拾起 其中： （・）为对厚度档减速度函数，也可以是表格。 减速点＝Ｌ一（ 一 ：）／２ａ。 其中：Ｌ为精轧末机架到控制卷取机夹送辊之间的距 离； 为带钢离开末机架时的速度； 为带钢离开夹 送辊的速度；ｎ为减速度。 一 ３．４ 卷筒弯曲、张力力矩及动态力矩设定模型 斜坡信号 位置压力设定斜坡信号压力 卷筒弯曲力矩＝ （ＢＨ Ｙ／Ｇ）Ｋ。 发生器 控制器值限制 发生器 控制器 其中：０为增益系数；Ｂ为带钢成品的目标宽度；ｙ为带 图２ 自动踏步控制系统示意图 钢的屈服应力系数；Ｇ 为传动比；Ｋ为系数。 ４结论 卷筒张力力矩＝ （ＢＨ （Ｈ“）Ｄ／Ｇｒ）。 由于该系统采用了先进的数学模型和合理的参数 其中：ｆ （・）为对厚度档卷筒单位张力函数，也可以是 数据，自投入运行以来性能稳定，有利于板形控制，创 表格；Ｄ为卷筒的直径。 造了可观的经济效益，增强了企业的市场竞争力。 卷筒动态力矩中宽度量＝０／３。 ３．５卷取踏步控制 参考文献： ［１］钟肇新，彭侃．可编程序控制器原理及应用［Ｍ］．广州：华 自动踏步控制是当前带钢轧制过程中卷取机的新 南理工大学出版社，１９９２． 的控制方法，其目的是减小钢坯进入助卷辊瞬间相撞 ［２］孙一康．带钢热连轧的模型与控制［Ｍ］．北京：冶金工业 产生的压痕。自动踏步控制功能的实现源于助卷辊的 出版社，２００２． 快速响应，离不开完善的液压伺服系统以及精密的信 ［３］陈伯时．电力拖动自动控制系统［Ｍ］．上海：上海工业大 号检测装置和准确的二级数学模型，需要多方面的系 学出版社，２００２． 统结合才能实现控制的功能。 ［４］现代带钢连轧机控制［Ｍ］．沈阳：东北大学出版社，２００３． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｏｔ Ｓｔｅｅｌ Ｓｔｒｉｐ Ｃｏｉｌｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｅｌ ＬＩＵＱｉｎ （ＬａｉＳｔｅｅｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌａｉｗｕ ２７１ １０４．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ １ ５００ ｍｍ ｈｏｔ ｓｔｒｉｐ ｒｏｌｌｉｎｇ ｍｉｌｌ ｉｎ ＬａｉＳｔｅｅ１．ａｎｄ ｐｕｔ ｅｍｐｈａｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｅｐ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｃｏｉｌｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｏｉｌｅｒ．Ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅ ｉｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｈａｓ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｃｏｉｌｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ；ｈｏｔ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｉｐ；ｃｏｉｌｉｎｇ
