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摘要：活套是用来检测和调节相邻机架间速度关系从而实现无张力轧制的设备。文章首先介绍了活套的构成、工作过程及其控制系统等，并就活套在生产中出现的问题进行了分析，并对其进行了相应的改进，从而有效地提升了线材的质量和产量。
关键词：活套；微张力；秒流量；PLC；PID ；线材生产；活套调节器
中图分类号：TG335 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）34-0081-02
活套是用来检测和调节相邻机架间速度关系从而实现无张力轧制的设备。在高线生产的初、中轧区,由于轧件截面较大而采用微张力控制，在预精轧区，轧件截面较小而采用活套控制。近年来，随着品种钢的开发，宣龙高线增加了高强度、高硬度的品种钢的轧制，及其设备更新换代，要求在连续轧制过程中，通过精准的套量调整，达到高效快捷的控制效果，实现轧机的稳定高效运行，减少堆钢事故，及保障产品的质量。
一、活套简介
（一）活套的组成
活套主要由活套扫描器、起套辊及其调节器等组成，结构如（图1）所示。主要完成根据检测的套位信号来控制上游轧机的速度，实现自动控制的功能。
（二）活套的安装
V12—12#立式机架，V13—13#水平机架，V14—14#立式机架，V15—15#水平机架， V16—16#立式机架，V17—17#水平机架，V18—18#立式机架。
图 2
在预精轧区域共有6架轧机（H代表平式轧机，V代表立式轧机），在轧线共设置了七个活套装置：其中3#和7#活套是两个立活套(在V14#和H15间,V18和19架精轧机间)，其它5个活套是水平活套。活套布置情况及活套跨距如图2所示。
（三）活套的工作过程
在线材的生产中，通过活套的缓冲作用，保持恒定的微张力、微活套量控制，实现连轧。在预精轧区域，当相邻机架形成连轧后，下游机架主传动由于轧辊咬钢受到突加负荷产生动态降速，形成一个固定套量，同时该机架的负荷继电器发出信号是活套张力自动控制系统给出大电流和高速度限制基准信号，将活套迅速升起至给定的工作角，活套开始自动控制系统投入工作。此时，当活套的起套辊角度若大于给定的工作角度，活套调节器送出偏差信号使上游机架降速，收缩线材长度，使线材绷紧，产生给定的微张力，然后活套恒张力调节器调节系统投入工作，维持在给定的微张力下进行轧制。
二、活套的控制系统
（一）活套的自动控制系统
活套的控制系统由PLC400进行控制。主要由输入模板（数字量输入模板、模拟量输入模板），输出模板和CPU模板等组成。活套位置控制是关系到整卷成品线材的产品质量和合格率的重要环节。活套扫描器将采集到的模拟量信号（即活套的套位信号）用表格法直接化为套量的大小，送入模拟量输入模板，PLC控制程序将输入的套位高度与实际的套量大小直接对应起来，有一个输入量便对应一个实际的套量值，将该值与线材在零位时的套量值（此零位由工艺、活套扫描器机械安装位置决定）做比较，得出的便是要调节的套量，通过PID算法，便求出了位置调节器的输出值，将此值加入到相应机架的速度联调系统中，便达到了控制活套的目的。
（二）活套调节器的控制
活套调节器通过检测到的活套高度进行控制使其保持在设定值，以实现机架速度秒流量平衡，从而使轧件在轧制过程中形成自由的弧形，保持轧制过程为无张力状态。由于活套调节和计算需要占用大量的CPU运行时间以及整个线材工作在高速轧制状态,因此应用软件采用了常规的PID调节制。
在PID算法及输出中，我们根据扫描器的实际安装位置和线材所处位置通过三角函数、勾股定理以及活套扫描器检测的套位信号得到实际的套量大小，将其与零位的套量做比较，便得出了此时的套量偏差。将偏差经过积分和比例运算便形成了调节器的输出值。将此值直接参与到相应机架的速度级联系统中，便达到了控制轧机速度。
（三）起套辊的动作过程
起套辊是控制活套的起落高度，它的执行元件是一个双向作用的气缸(160/40×320压力0.6MPa)，汽缸由一个二位五通电磁阀来控制。起套辊的升起和落下的时刻直接关系到线材头部和尾部的产品质量和成材率。
为此，我们在应用软件中，在起落套的处理上对延时时间采用了长度系数补偿的算法，即在计算定时器的延时过程中将线材要走的长度（如两机架间的距离）乘以一个百分比，优化了如下两个功能：
1．消除由于CPU软件系统本身运行周期过长造成的定时计算误差。
2．灵活地适应电气开关和机械上气阀等的动作滞后的不一致性，以使起套辊能较准确地升起和落下。
三、实践应用及改进
（一）套量计算的改进
但在实际的工作过程中，套高在程序中是一个最大输入值为27648的实数，由于活套扫描器实际的安装位置不同，会影响到测得的实际值，所以注意以下两个因素：活套扫描器距离轧线的长度和设定一个活套扫描器的零位点。由于实际形成的活套长度很难计算，我们只采取了一个近似计算，计算公式为：
L=2 D2/4+h2
套量计算示意图如图3所示：
其中H为活套的套量偏差；A为活套扫描器的安装距离；α为活套检测角度；D为活套的跨距；L为活套的套量。
通过这个“近似公式”的应用，给我们活套的维护人员提供了更换活套扫描器的安装依据，跨距D和近似最大起套高度在实际的安装中容易测量，因此，通过近似的套量计算，极大提高了安装设备的准确度和速度，也为级联调速系统提供了可靠地数据保障。
（二）信号采集系统的改造
在活套扫描器安装的现场，其工作环境受水汽、阳光、油污、淤泥等的影响，有时还要受到冬季轧线雾气的影响扫描器自身温度的要求，经常出现采集误信号，导致活套无套量，进而导致轧线堆钢，造成停产。因此我们经过长期的使用中的探索，做出了一些改进性的工作，例如：我们在活套的扫描红钢路由上，加装了导光筒。
导光筒是一个上表面大于活套扫描器镜头、下表面大于设定套高的四棱锥筒，它安装在在信号采集的区域内。在冬季，活套附近还加装了轴流风机，吹走雾气，通过这一改进信号采集的措施，使得雾气、水汽、明光源等都不能对信号采集区域造成干扰，从而达到精准采集信号的目的，也保障了套量的稳定。
四、结语
宣龙高线的活套自动控制系统自2001年投入使用以来，经过不断完善后台程序，WINCC画面趋势图的开发使用，及其根据实践做出的一些改进，方便快捷的适应了线材的高速生产的工艺要求。而且，经过技术人员对设备的使用性能的开发和改进，保障了装置的稳定运行，使之能快速响应过钢节奏，从而有效地提升了线材的质量和产量，其成材率、作业率和低故障率达到了同行业的较高水平。
参考文献
[1] 张殿华，郑芳，邹宵燕．热连轧机活套控制系统的研究和发展基础自动化[J]．控制工程，1999，（3）．
[2] 西门子.TEP 7 V5.0编程手册．
[3] 李世卿．自动控制系统[M]．北京：冶金工业出版社，1987.
[4] 蔡共宣，等．工程测试与信号处理[M]．武汉：华中科技大学出版社，2006．
（责任编辑：赵秀娟）
关键词：活套；微张力；秒流量；PLC；PID ；线材生产；活套调节器
中图分类号：TG335 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）34-0081-02
活套是用来检测和调节相邻机架间速度关系从而实现无张力轧制的设备。在高线生产的初、中轧区,由于轧件截面较大而采用微张力控制，在预精轧区，轧件截面较小而采用活套控制。近年来，随着品种钢的开发，宣龙高线增加了高强度、高硬度的品种钢的轧制，及其设备更新换代，要求在连续轧制过程中，通过精准的套量调整，达到高效快捷的控制效果，实现轧机的稳定高效运行，减少堆钢事故，及保障产品的质量。
一、活套简介
（一）活套的组成
活套主要由活套扫描器、起套辊及其调节器等组成，结构如（图1）所示。主要完成根据检测的套位信号来控制上游轧机的速度，实现自动控制的功能。
（二）活套的安装
V12—12#立式机架，V13—13#水平机架，V14—14#立式机架，V15—15#水平机架， V16—16#立式机架，V17—17#水平机架，V18—18#立式机架。
图 2
在预精轧区域共有6架轧机（H代表平式轧机，V代表立式轧机），在轧线共设置了七个活套装置：其中3#和7#活套是两个立活套(在V14#和H15间,V18和19架精轧机间)，其它5个活套是水平活套。活套布置情况及活套跨距如图2所示。
（三）活套的工作过程
在线材的生产中，通过活套的缓冲作用，保持恒定的微张力、微活套量控制，实现连轧。在预精轧区域，当相邻机架形成连轧后，下游机架主传动由于轧辊咬钢受到突加负荷产生动态降速，形成一个固定套量，同时该机架的负荷继电器发出信号是活套张力自动控制系统给出大电流和高速度限制基准信号，将活套迅速升起至给定的工作角，活套开始自动控制系统投入工作。此时，当活套的起套辊角度若大于给定的工作角度，活套调节器送出偏差信号使上游机架降速，收缩线材长度，使线材绷紧，产生给定的微张力，然后活套恒张力调节器调节系统投入工作，维持在给定的微张力下进行轧制。
二、活套的控制系统
（一）活套的自动控制系统
活套的控制系统由PLC400进行控制。主要由输入模板（数字量输入模板、模拟量输入模板），输出模板和CPU模板等组成。活套位置控制是关系到整卷成品线材的产品质量和合格率的重要环节。活套扫描器将采集到的模拟量信号（即活套的套位信号）用表格法直接化为套量的大小，送入模拟量输入模板，PLC控制程序将输入的套位高度与实际的套量大小直接对应起来，有一个输入量便对应一个实际的套量值，将该值与线材在零位时的套量值（此零位由工艺、活套扫描器机械安装位置决定）做比较，得出的便是要调节的套量，通过PID算法，便求出了位置调节器的输出值，将此值加入到相应机架的速度联调系统中，便达到了控制活套的目的。
（二）活套调节器的控制
活套调节器通过检测到的活套高度进行控制使其保持在设定值，以实现机架速度秒流量平衡，从而使轧件在轧制过程中形成自由的弧形，保持轧制过程为无张力状态。由于活套调节和计算需要占用大量的CPU运行时间以及整个线材工作在高速轧制状态,因此应用软件采用了常规的PID调节制。
在PID算法及输出中，我们根据扫描器的实际安装位置和线材所处位置通过三角函数、勾股定理以及活套扫描器检测的套位信号得到实际的套量大小，将其与零位的套量做比较，便得出了此时的套量偏差。将偏差经过积分和比例运算便形成了调节器的输出值。将此值直接参与到相应机架的速度级联系统中，便达到了控制轧机速度。
（三）起套辊的动作过程
起套辊是控制活套的起落高度，它的执行元件是一个双向作用的气缸(160/40×320压力0.6MPa)，汽缸由一个二位五通电磁阀来控制。起套辊的升起和落下的时刻直接关系到线材头部和尾部的产品质量和成材率。
为此，我们在应用软件中，在起落套的处理上对延时时间采用了长度系数补偿的算法，即在计算定时器的延时过程中将线材要走的长度（如两机架间的距离）乘以一个百分比，优化了如下两个功能：
1．消除由于CPU软件系统本身运行周期过长造成的定时计算误差。
2．灵活地适应电气开关和机械上气阀等的动作滞后的不一致性，以使起套辊能较准确地升起和落下。
三、实践应用及改进
（一）套量计算的改进
但在实际的工作过程中，套高在程序中是一个最大输入值为27648的实数，由于活套扫描器实际的安装位置不同，会影响到测得的实际值，所以注意以下两个因素：活套扫描器距离轧线的长度和设定一个活套扫描器的零位点。由于实际形成的活套长度很难计算，我们只采取了一个近似计算，计算公式为：
L=2 D2/4+h2
套量计算示意图如图3所示：
其中H为活套的套量偏差；A为活套扫描器的安装距离；α为活套检测角度；D为活套的跨距；L为活套的套量。
通过这个“近似公式”的应用，给我们活套的维护人员提供了更换活套扫描器的安装依据，跨距D和近似最大起套高度在实际的安装中容易测量，因此，通过近似的套量计算，极大提高了安装设备的准确度和速度，也为级联调速系统提供了可靠地数据保障。
（二）信号采集系统的改造
在活套扫描器安装的现场，其工作环境受水汽、阳光、油污、淤泥等的影响，有时还要受到冬季轧线雾气的影响扫描器自身温度的要求，经常出现采集误信号，导致活套无套量，进而导致轧线堆钢，造成停产。因此我们经过长期的使用中的探索，做出了一些改进性的工作，例如：我们在活套的扫描红钢路由上，加装了导光筒。
导光筒是一个上表面大于活套扫描器镜头、下表面大于设定套高的四棱锥筒，它安装在在信号采集的区域内。在冬季，活套附近还加装了轴流风机，吹走雾气，通过这一改进信号采集的措施，使得雾气、水汽、明光源等都不能对信号采集区域造成干扰，从而达到精准采集信号的目的，也保障了套量的稳定。
四、结语
宣龙高线的活套自动控制系统自2001年投入使用以来，经过不断完善后台程序，WINCC画面趋势图的开发使用，及其根据实践做出的一些改进，方便快捷的适应了线材的高速生产的工艺要求。而且，经过技术人员对设备的使用性能的开发和改进，保障了装置的稳定运行，使之能快速响应过钢节奏，从而有效地提升了线材的质量和产量，其成材率、作业率和低故障率达到了同行业的较高水平。
参考文献
[1] 张殿华，郑芳，邹宵燕．热连轧机活套控制系统的研究和发展基础自动化[J]．控制工程，1999，（3）．
[2] 西门子.TEP 7 V5.0编程手册．
[3] 李世卿．自动控制系统[M]．北京：冶金工业出版社，1987.
[4] 蔡共宣，等．工程测试与信号处理[M]．武汉：华中科技大学出版社，2006．
（责任编辑：赵秀娟）