1880精軋機咬鋼信號的研究與優化

摘 要：在熱連軋機組中，精軋機咬鋼信號的成功建立對于帶鋼頭部的順利穿帶以及整塊帶鋼的穩定軋制都起著至關重要的作用。咬鋼信號的準確性還關系到活套、導板、機架間冷卻水等的動作時序，一旦出錯精軋機架內的整個軋制過程將被打亂，造成廢鋼及設備損壞等嚴重后果。隨著產品規格的不斷拓展，對于如何產生和判斷咬鋼信號也提出了更高的要求。因此，文章從L1控制角度出發，對咬鋼信號的產生方式進行研究，并分析了前期由于咬鋼誤信號而導致的精軋機架間廢鋼原因，提出了改進方案，實施后現場實際效果良好。

關鍵詞：咬鋼信號；穩定穿帶；絕對值咬鋼信號；變化率咬鋼信號

1 問題點提出

1.1 背景描述

1880熱軋投產至今已接近四年，由于該產線是一條致力于軋制精品硅鋼及高強鋼的熱軋產線，因此帶鋼之間的特性差異區別很大，這就給精軋機架間的咬鋼信號判斷方式帶來很大困擾。開工初期就發生過在硅鋼軋制時由于咬鋼信號門檻值設定太高導致信號沒有產生而造成的廢鋼事件。近期，隨著產品規格及品種的不斷拓展，又相繼發生精軋機咬鋼信號產生時刻不準確導致的廢鋼或異常事件，給整條軋線的穩定軋制帶來了很大困擾。

事后從ODG（在線數據采集系統）分析，咬鋼信號的不準確直接導致了活套設備的異常動作（提前或滯后抬起）。文章主要從咬鋼信號的產生原理出發，找到異常原因，同時提出改進方案，杜絕類似事故的再次發生。

1.2 曲線分析

1.2.1 咬鋼信號提前產生

2010年8月25日15點03分，在軋制試驗產品磁軛鋼時，操作工反應2#活套起大套，前幾塊通過手動干預軋機速度，勉強將活套角度拉回，但軋制到第3塊時2#活套起套嚴重，廢鋼。咬鋼信號的產生應該是軋制力達到一定門檻值所產生的，但從ODG曲線看，F3軋制力反饋信號的產生的時刻點比F3咬鋼信號產生的時刻點足足晚了150ms，由此可以看出該咬鋼信號是一個假信號。又因為2#活套的抬起時刻點是根據F3咬鋼信號的產生時刻點所同步動作的，因此活套設備的動作提前發生，導致活套起大套。

1.2.2 咬鋼信號滯后產生

2013年8月30日下午14點15分，操作工反應活套有滯后抬起現象，造成帶鋼批量軋破。后通過觀察ODG曲線發現，活套抬起的時刻點與咬鋼信號產生的時刻點完全吻合，但問題就出在各機架軋制力反饋信號所產生的時刻點比咬鋼信號產生時刻點提前很多，且越到后機架越明顯，兩個信號之間相差的時刻點越遠，與表1中的情況剛好相反。由此可以看出，咬鋼信號產生的時刻點又是一個假信號。

2 咬鋼信號原理分析

2.1 產生條件

1880熱軋精軋機采用“軋制力絕對值或變化率方式”產生咬鋼信號。

軋制力絕對值方式：軋制力大于一個門檻值（1）即認為機架咬鋼。計算公式如下：

N>門檻值（1）

軋制力變化率方式：通常情況下，變化率方式是指程序在2個掃描周期的軋制力差值大于一個值，即認為機架咬鋼。考慮到軋制力波動的誤信號，1880程序中軋制力變化率方式采用的是程序在4個掃描周期內軋制力差值的平均值大于一個門檻值（2），即認為機架咬鋼。計算公式如下：

N：最近一個掃描周期采集的軋制力

N-1：倒數第2個掃描周期采集的軋制力

N-2：倒數第3個掃描周期采集的軋制力

N-3：倒數第4個掃描周期采集的軋制力

每個掃描周期：5ms（咬鋼信號產生點在高速的STC模塊中）

表1是各個機架使用的咬鋼信號產生方式門檻值。

按照一般的常理思考，在實際的軋鋼過程中無論選擇絕對值信號產生方式還是選擇變化率信號產生方式應該都有很高的可靠性，可以任意選擇。但事實上并非如此，主要原因有以下幾點：

（1）當軋制來料很薄的帶鋼時，后機架有預埋軋制力，此時機架的上輥和下輥已經接觸產生好幾百噸的力，這個力甚至已經超過了咬鋼信號門檻值，此時，當帶鋼真正咬鋼時，門檻值信號就不能產生。因此，后機架不能采用絕對值信號方式產生咬鋼信號。

（2）那么，有人會提出可以把各個機架的絕對值門檻值放大，大于預壓輥縫的值，事實上這也是不可行的。尤其是1880產線在硅鋼的軋制過程中，各個機架的軋制力較小，可能只有幾百噸的軋制力，如果將絕對值門檻值放得很大，那么咬鋼時達不到該值，咬鋼信號仍舊不會產生。1880熱軋在第一次軋制CGO時就由于將門檻值放得過高導致咬鋼信號不能及時產生而廢鋼。

（3）變化率咬鋼方式由于考慮的是幾個掃描周期內軋制力的變化過程，其優點是不受軋制力預埋值影響，軋制各類規格品種帶鋼時也不受帶鋼實際軋制力大小的影響，可靠性相對較高。但它也有缺點，在特殊情況下，一旦帶鋼打滑，該方式咬鋼信號會提前產生。

結合以上幾點，精軋機各機架咬鋼信號產生方式的組合如表2所示。

表2 咬鋼信號產生方式組合

2.2 窗口條件

為了保險，在咬鋼信號的前后距離上還加上了窗口，只有在一定范圍內軋制力的變化才能被認可。其目的是為了防止軋制力誤波動，也包括傳感器誤波動而產生的虛假信號。圖1形象地描述了咬鋼信號窗口。

1880熱軋精軋機架間的距離為5.8米，前機架咬鋼后跟蹤信號啟動，開始計算帶鋼所前進的距離，到下一帶鋼咬鋼后跟蹤信號被清零，重新開始計算。當計算的跟蹤信號達到一定數值時（5.8-X）米，進入咬鋼信號打開窗口區域，此時的絕對值方式或變化率方式軋制力的產生才被視為有效。若帶鋼在行進的過程中到達下機架時，由于某種原因并沒有產生咬鋼信號，那么根據跟蹤信號當帶鋼走到（5.8+Y）米時，會產生備用的咬鋼信號。如上描述的整個過程便是咬鋼信號的窗口。各機架咬鋼信號窗口如表3所示（F1機架無窗口保護）。

表3 各機架咬鋼窗口保護值

2.3 聯鎖條件

由于咬鋼信號的重要性，除了以上提到的咬鋼信號產生方式以及窗口保護值外，在控制過程中，咬鋼信號還有許多連鎖條件，如表4所示，例如：（1）軋線運行模式：不在冷運行模式。（2）精軋機運轉狀態：精軋機處于運行狀態。（3）產生時間連鎖：前機架咬鋼后需要滿足時間聯鎖，才能判后機架的軋制力信號有效。

表4 各機架時間聯鎖保護值

3 咬鋼信號改進

3.1 原理計算

3.1.1 咬鋼信號提前產生

在上述提到的咬鋼信號提前產生故障中，從曲線來看F3咬鋼信號（2500t）的產生時刻點確實比實際軋制力要晚了150ms，前面已經提到機架間的實際距離為5.8m，那么我們通過跟蹤信號來計算一下該咬鋼信號產生的時刻點帶鋼大約走了多少距離。

計算公式：F2機架速度反饋之和×程序掃描周期×F2機架前滑率=215.122米/秒×0.025秒×1.001=5.383米

注：F2機架速度反饋之和指F2咬鋼信號到F3咬鋼信號之間的數據

進一步觀察數據發現，在咬鋼信號產生的時刻點上，有170噸-250噸的軋制力波動信號，會不會是該條件滿足了變化率的咬鋼信號產生方式而提前產生的信號呢？通過計算：

符合產生咬鋼信號的條件。

3.1.2 咬鋼信號滯后產生

在上述提到的咬鋼信號滯后產生故障中，從F3開始咬鋼信號就有滯后現象到F7尤為嚴重，同樣用跟蹤信號的方式來計算一下帶鋼行走的距離。

計算公式：F2-F3機架間距離+F3機架速度反饋之和×F3前滑率=5.8米+23.492米/秒×0.025秒×0.896=6.28米

注：F3機架速度反饋之和指F3軋制力反饋信號與F3咬鋼信號之間的數據

然而F3的備用信號要在5.8米+1.5米=7.3米時才會產生，6.28米離這個數值還很遠，況且該塊帶鋼F3咬鋼信號的建立十分干脆平穩，達到1470噸左右，不會不產生咬鋼信號。

仔細又分析了一下數據，發現該塊帶鋼是軋制的新品種，帶鋼在2.0mm厚度，各機架設定的速度都很快，F2與F3之間的軋制力信號產生只相隔了1.875s，并不滿足咬鋼時間連鎖條件2s，所以當F3產生軋制力時咬鋼信號沒有產生，直到滿足了2s的時間連鎖條件，咬鋼信號才產生，但此時已經晚了，操作工才會看到活套抬起晚了。F2、F3機架軋制力產生之間時間間隔如圖2所示。

另外，說明一下為何越到后機架咬鋼信號產生的越晚。那是因為前機架的咬鋼信號已經不準確，而每次咬鋼信號的產生都會對跟蹤進行一次修正。例如F3咬鋼信號產生時對跟蹤信號進行清零，重新計算，而此時實際帶鋼早已過了F3，F4-F7也是如此，且累計誤差越來越大，到后機架甚至超出了咬鋼信號前窗口的范圍，F6、F7機架只能采用備用信號來產生咬鋼信號，十分的不準確。

3.2 改進方法

3.2.1 咬鋼產生方式組合改進

針對咬鋼信號提前產生的故障，可以判斷為是該鋼種帶鋼在F3機架容易打滑造成的。因為平穩軋制時，該帶鋼的軋制力達到2500噸。針對該鋼種，采用改變咬鋼信號產生方式，由于前機架即使是薄帶鋼也不存在預埋輥縫的現象，因此在F3機架只使用絕對值方式產生咬鋼信號，取消變化率方式咬鋼信號，這樣就可以避免由于打滑而滿足咬鋼信號變化率方式。表5為咬鋼信號產生優化方式組合。

由于1880還軋制CGO這類軋制力非常小的硅鋼，雖然軋制時，F3機架的軋制力基本能大于400噸，但為了保險，在軋制CGO時還是將咬鋼信號恢復成原先的組合模式。

3.2.2 時間連鎖條件改進

針對咬鋼信號之后產生的故障，可以判斷為不滿足時間聯鎖條件所造成的。1880熱軋的品種規格還在不斷拓展，但帶鋼的速度是不可能無限制提高的。通過對一些極限規格的帶鋼計算及展望，將時間連鎖保護值優化如表6所示。

表6 各機架時間聯鎖優化保護值

4 結束語

優化后的措施自2010年9月實施以后，針對不同鋼種能正確無誤的產生咬鋼信號，設備動作均正常，滿足生產工藝需求，拓寬了品種規格的軋制，解決了由于咬鋼信號不準確而導致的廢鋼及軋破等情況，效果良好。

作者簡介：謝捷（1982-），女，漢族，上海人，現職稱：主任工程師，學歷：大學本科，研究方向：電氣自動化。