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[摘 要]本文主要介绍了攀钢2050热轧厂液压活套的控制系统和基本原理。并通过实际应用，结合一些常见故障提出了改进和预防措施。
[关键词]液压活套 张力 套量 故障 改进措施
中图分类号：TM307+.1 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）33-0347-02
1、前言
活套控制在2050热轧厂整个控制系统中属于受影响的因素最多，控制最复杂的控制之一，也是精轧机最重要的设备之一。热轧控制系统中，为了保证带钢宽度和厚度的精度，必须保证精轧各个机架之间带钢的秒流量平衡和恒定的小张力控制。带钢的套量恒定和张力恒定都是由机架间活套控制系统来实现的。常见的活套因动力机构的不同分为气动活套、电动活套、液压活套。气动活套的动力源为压缩空气，由于空气的可压缩性太大，气动活套的响应速度太慢，控制精度差。电动活套的动力源为变频电机，变频电机的尾轴上装有编码器，编码器检测电机的转速及电机转子位置以控制活套高度，通过检测电机负载转矩转换成张力后控制带钢张力。液压活套的执行机构为液压缸，液压缸由伺服阀驱动，活套的旋转轴上装有角度编码器以检测活套角度，液压缸的的活塞侧与活塞杆侧分别装有压力传感器，通过控制液压缸活塞的移动来控制活套高度，通过测量的活塞侧与活塞杆侧压力转换成机架间张力后控制带钢张力。
液压系统与传统的电动活套系统相比较其优点是显而易见的：建设，能源、备件消耗，维修等方面均比传统电动控制系统节省费用。而且液压活套是由液压缸驱动的，与电动活套相比，具有成本低，动态响应快和稳态精度高等优点。
2、液压活套的控制器和系统结构
攀钢2050热连轧选用了西门子TDC控制器作为精轧工艺和驱动控制器。精轧7个机架采用TDC机架控制器方式进行配置，每台TDC配置多块CPU，完成包括速度、液压压下、侧导板、弯辊、窜辊，以及活套在内的设备和工艺控制的功能。
TDC控制器主要用于实时、多任务的复杂生产过程控制，和需要高速运算的控制场合，是目前世界上最先进的控制器之一。其CPU型号CPU551（参数：64bit RISC处理器266MHZ时钟扫描32Mbyte 缓存区）采用64位背板总线技术。最小控制周期可达0.1ms。另外TDC还支持现场总线ProfiBus-DP、MPI通讯协议，工业以太网TCP/IP通讯协议，以及高性能640M带宽的GDM光纤通讯协议等。尤其是GDM网络可以使不同的TDC控制器之间完成高速实时的数据交换。TDC控制器超强的计算和通讯能力为液压活套控制系统提供了良好的硬件基础，为液压活套控制系统的所有控制回路实现毫秒级的控制提供了有力的支撑。
活套轴上装有绝对值编码器，检测活套的实际角度，以实现活套的闭环控制。其液压管路上装有500bar的压力传感器，检测液压缸活塞两侧压强来计算出活套的转矩用于张力闭环控制。执行机构是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回阀芯反馈信号，维护人员可通过阀芯反馈来判断伺服阀的工作情况（图1）。
3、液压活套的控制原理
3.1 活套的控制时序
活套的控制过程大楷可以分为三个阶段：活套的起套控制 、活套稳定阶段的控制 （即小张力控制）、活套的落套控制。当带钢经过活套的下游机架时 ，活套起套，活套辊与带钢接触，进入活套的稳定控制阶段。在活套的稳定控制过程中，活套的角度与带钢张力参考值保持不变，当机架间物流不平衡时，活套的实际角度与张力发生变化，偏离了角度参考值，活套调节上游机架的速度以维持秒流量平衡。当带钢尾部将要离开活套的上游机架时，活套落套。为了使落套时带钢运行平稳，在活套完全落下之前有“小套”控制过程，然后活套才完全落到等待位置。
3.2 活套的起套控制
通过检测轧制力的办法来控制活套起套。当Fn+1轧机咬钢后轧制力会有一个突变值，以此突变信号作为了活套起套的逻辑控制信号。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，然后按二级给定的活套高度和活套张力进行闭环控制。活套从等待位置抬升到工作位置一般需要200-400ms，活套辊与带钢刚接触时处于松弛状态，此时活套继续抬升，超过设定角度直至绷紧带钢；同时上游机架发送速度调节量使套量趋向于设定套量，实际张力值到达设定张力值的瞬间速度调节投入工作，此时进入张力环和位置环双重控制（如图PDA1所示）。
3.3 活套稳定阶段的控制
活套稳定阶段的控制即小张力控制，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%，此阶段活套实际角度在活套高度调节器的作用下，在设定角度附近波动，一般波动范围在1-3度，而带钢实际张力在设定张力值周围有微小波动。
3.4 活套落套控制
在带钢尾部离开上游机架前，活套必须降至等待位，以免翘起的带钢尾部被高速甩出去，发生叠轧事故。如果叠钢形成，带钢将以几倍的厚度进入下游机架，这将导致辊子的损坏或者轴的损坏，所以落套控制也非常重要。为了使落套时带钢运行平稳，在活套完全落下之前设计“小套”控制过程，也就是把活套的落套过程分成二步进行，当带钢的尾部运行到离活套上游架抛钢前6秒时，活套缓慢落套到小套位即16度左右，“小套”控制过程持续5.6秒。当带钢尾部运行到离活套本机架抛刚前0.4秒时，活套快速落套至等待位，使带钢尾部平稳通过（如图PDA2所示）。
4、活套常见故障及改进措施
活套控制的稳定性受诸多因素影响，其中主要有活套起套检测信号的准确性、现场环境对角度编码器的干扰、角度编码器与活套连接接手易脱落、压力传感器检测不准确性以及损坏等，需要具体情况具体分析。针对实际生产中发生的问题，做出了以下改进措施。
4.1 活套起套检测信号的准确性优化
由于活套起套信号取自下游机架的轧制力突变信号，当下游机架轧制力发生突变时，上游机架的活套就立即起套。在实际生产中经常发现活套提前起套，是因为下游机架的轧制力突变信号来，而实际上带钢根本就还没到下游机架。分析是机架缝隙变大以及工作辊辊径误差大，在轧制薄规格时因设定辊缝小，而有较小的轧制力产生，发出起套信号。程序中的轧制力突变值设定有点偏小，因此修改轧制力突变值，将此突变值设为二级给定轧制力的一半。
4.2 关于角度编码器的故障
角度编码器经常出现计数不准，计数跳变，连接接手脱落等现象，结合实际维护工作的情况，分析是编码器安装位置不好，易受到高温和冷却水影响，电缆路径走向不好，易受到干扰。连接接手脱落是由于安装的同心度不够，受冷却水影响易生锈。提出以下改进措施：1、给编码器加防水的防护罩；2、从新调整同心度，每班检查连接接手的情况，有异常时立即更换；3、从新铺设新电缆，更改电缆的路径。
4.3 压力传感器的故障
压力传感器常出现检测不准或损坏，导致活套异常动作，结合实际判断是压力传感器直接安装在离油缸很近的油管上，环境极恶劣，长期被冷却水冲洗及活套频繁动作，致使压力传感器长期频繁受到高频压力冲击。改进措施：更改压力传感器安装位置，移到距离不远处的阀上，有效保证了压力传感器的使用寿命，降低了故障率。
5 结束语
综上所述，活套作为热轧板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，通过一些故障的排查有效的降低了活套的故障率。不过考虑到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。
参考文献
[1] 孙晶新，黄维学.带钢轧制过程中活套的控制.一重技术02期.
[2] 沈瑜伟.活套的参数设定及其调整.
[3] 宋志东.活套的控制与实践.浙江冶金，2005年03期.
[关键词]液压活套 张力 套量 故障 改进措施
中图分类号：TM307+.1 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）33-0347-02
1、前言
活套控制在2050热轧厂整个控制系统中属于受影响的因素最多，控制最复杂的控制之一，也是精轧机最重要的设备之一。热轧控制系统中，为了保证带钢宽度和厚度的精度，必须保证精轧各个机架之间带钢的秒流量平衡和恒定的小张力控制。带钢的套量恒定和张力恒定都是由机架间活套控制系统来实现的。常见的活套因动力机构的不同分为气动活套、电动活套、液压活套。气动活套的动力源为压缩空气，由于空气的可压缩性太大，气动活套的响应速度太慢，控制精度差。电动活套的动力源为变频电机，变频电机的尾轴上装有编码器，编码器检测电机的转速及电机转子位置以控制活套高度，通过检测电机负载转矩转换成张力后控制带钢张力。液压活套的执行机构为液压缸，液压缸由伺服阀驱动，活套的旋转轴上装有角度编码器以检测活套角度，液压缸的的活塞侧与活塞杆侧分别装有压力传感器，通过控制液压缸活塞的移动来控制活套高度，通过测量的活塞侧与活塞杆侧压力转换成机架间张力后控制带钢张力。
液压系统与传统的电动活套系统相比较其优点是显而易见的：建设，能源、备件消耗，维修等方面均比传统电动控制系统节省费用。而且液压活套是由液压缸驱动的，与电动活套相比，具有成本低，动态响应快和稳态精度高等优点。
2、液压活套的控制器和系统结构
攀钢2050热连轧选用了西门子TDC控制器作为精轧工艺和驱动控制器。精轧7个机架采用TDC机架控制器方式进行配置，每台TDC配置多块CPU，完成包括速度、液压压下、侧导板、弯辊、窜辊，以及活套在内的设备和工艺控制的功能。
TDC控制器主要用于实时、多任务的复杂生产过程控制，和需要高速运算的控制场合，是目前世界上最先进的控制器之一。其CPU型号CPU551（参数：64bit RISC处理器266MHZ时钟扫描32Mbyte 缓存区）采用64位背板总线技术。最小控制周期可达0.1ms。另外TDC还支持现场总线ProfiBus-DP、MPI通讯协议，工业以太网TCP/IP通讯协议，以及高性能640M带宽的GDM光纤通讯协议等。尤其是GDM网络可以使不同的TDC控制器之间完成高速实时的数据交换。TDC控制器超强的计算和通讯能力为液压活套控制系统提供了良好的硬件基础，为液压活套控制系统的所有控制回路实现毫秒级的控制提供了有力的支撑。
活套轴上装有绝对值编码器，检测活套的实际角度，以实现活套的闭环控制。其液压管路上装有500bar的压力传感器，检测液压缸活塞两侧压强来计算出活套的转矩用于张力闭环控制。执行机构是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回阀芯反馈信号，维护人员可通过阀芯反馈来判断伺服阀的工作情况（图1）。
3、液压活套的控制原理
3.1 活套的控制时序
活套的控制过程大楷可以分为三个阶段：活套的起套控制 、活套稳定阶段的控制 （即小张力控制）、活套的落套控制。当带钢经过活套的下游机架时 ，活套起套，活套辊与带钢接触，进入活套的稳定控制阶段。在活套的稳定控制过程中，活套的角度与带钢张力参考值保持不变，当机架间物流不平衡时，活套的实际角度与张力发生变化，偏离了角度参考值，活套调节上游机架的速度以维持秒流量平衡。当带钢尾部将要离开活套的上游机架时，活套落套。为了使落套时带钢运行平稳，在活套完全落下之前有“小套”控制过程，然后活套才完全落到等待位置。
3.2 活套的起套控制
通过检测轧制力的办法来控制活套起套。当Fn+1轧机咬钢后轧制力会有一个突变值，以此突变信号作为了活套起套的逻辑控制信号。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，然后按二级给定的活套高度和活套张力进行闭环控制。活套从等待位置抬升到工作位置一般需要200-400ms，活套辊与带钢刚接触时处于松弛状态，此时活套继续抬升，超过设定角度直至绷紧带钢；同时上游机架发送速度调节量使套量趋向于设定套量，实际张力值到达设定张力值的瞬间速度调节投入工作，此时进入张力环和位置环双重控制（如图PDA1所示）。
3.3 活套稳定阶段的控制
活套稳定阶段的控制即小张力控制，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%，此阶段活套实际角度在活套高度调节器的作用下，在设定角度附近波动，一般波动范围在1-3度，而带钢实际张力在设定张力值周围有微小波动。
3.4 活套落套控制
在带钢尾部离开上游机架前，活套必须降至等待位，以免翘起的带钢尾部被高速甩出去，发生叠轧事故。如果叠钢形成，带钢将以几倍的厚度进入下游机架，这将导致辊子的损坏或者轴的损坏，所以落套控制也非常重要。为了使落套时带钢运行平稳，在活套完全落下之前设计“小套”控制过程，也就是把活套的落套过程分成二步进行，当带钢的尾部运行到离活套上游架抛钢前6秒时，活套缓慢落套到小套位即16度左右，“小套”控制过程持续5.6秒。当带钢尾部运行到离活套本机架抛刚前0.4秒时，活套快速落套至等待位，使带钢尾部平稳通过（如图PDA2所示）。
4、活套常见故障及改进措施
活套控制的稳定性受诸多因素影响，其中主要有活套起套检测信号的准确性、现场环境对角度编码器的干扰、角度编码器与活套连接接手易脱落、压力传感器检测不准确性以及损坏等，需要具体情况具体分析。针对实际生产中发生的问题，做出了以下改进措施。
4.1 活套起套检测信号的准确性优化
由于活套起套信号取自下游机架的轧制力突变信号，当下游机架轧制力发生突变时，上游机架的活套就立即起套。在实际生产中经常发现活套提前起套，是因为下游机架的轧制力突变信号来，而实际上带钢根本就还没到下游机架。分析是机架缝隙变大以及工作辊辊径误差大，在轧制薄规格时因设定辊缝小，而有较小的轧制力产生，发出起套信号。程序中的轧制力突变值设定有点偏小，因此修改轧制力突变值，将此突变值设为二级给定轧制力的一半。
4.2 关于角度编码器的故障
角度编码器经常出现计数不准，计数跳变，连接接手脱落等现象，结合实际维护工作的情况，分析是编码器安装位置不好，易受到高温和冷却水影响，电缆路径走向不好，易受到干扰。连接接手脱落是由于安装的同心度不够，受冷却水影响易生锈。提出以下改进措施：1、给编码器加防水的防护罩；2、从新调整同心度，每班检查连接接手的情况，有异常时立即更换；3、从新铺设新电缆，更改电缆的路径。
4.3 压力传感器的故障
压力传感器常出现检测不准或损坏，导致活套异常动作，结合实际判断是压力传感器直接安装在离油缸很近的油管上，环境极恶劣，长期被冷却水冲洗及活套频繁动作，致使压力传感器长期频繁受到高频压力冲击。改进措施：更改压力传感器安装位置，移到距离不远处的阀上，有效保证了压力传感器的使用寿命，降低了故障率。
5 结束语
综上所述，活套作为热轧板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，通过一些故障的排查有效的降低了活套的故障率。不过考虑到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。
参考文献
[1] 孙晶新，黄维学.带钢轧制过程中活套的控制.一重技术02期.
[2] 沈瑜伟.活套的参数设定及其调整.
[3] 宋志东.活套的控制与实践.浙江冶金，2005年03期.