板帶鋼冷軋的板型自動(dòng)控制系統(tǒng)

摘要：本文主要介紹在板帶鋼冷軋生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用的板型自動(dòng)控制系統(tǒng)，具體包括了自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)、自動(dòng)位置控制系統(tǒng)以及自動(dòng)張力控制系統(tǒng)，并分析了版型自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)于板帶鋼生產(chǎn)中在降低成本和提高效率方面起到的積極作用。

關(guān)鍵詞：板帶鋼；板型自動(dòng)控制

引言

板帶鋼材產(chǎn)品是汽車、建筑、家電等行業(yè)所必不可少的原材料，而板型自動(dòng)控制系統(tǒng)在板帶鋼材的制備過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。現(xiàn)代板帶鋼冷軋技術(shù)的特點(diǎn)體現(xiàn)在多變量軋制過程中涉及的物理量較多，它們隨著時(shí)間與空間變化，而且這些系統(tǒng)變量相互之間存在著強(qiáng)耦合性，這就對(duì)于開發(fā)應(yīng)用在板帶鋼冷軋生產(chǎn)中基于上述變量的板型自動(dòng)控制系統(tǒng)提出了更新更高的要求。

1 自動(dòng)厚度優(yōu)化控制系統(tǒng)

自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)(Automatic Gauge Control System，簡稱AGC系統(tǒng))是板帶鋼冷軋板型自動(dòng)控制系統(tǒng)重要的一個(gè)組成部分，它負(fù)責(zé)對(duì)板帶鋼材厚度精度進(jìn)行自動(dòng)控制，從而使得板帶鋼材的厚差符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)提高板帶鋼材的成品率。本文主要介紹的是一種改進(jìn)的自動(dòng)厚度優(yōu)化控制系統(tǒng)，不僅能夠解決多變量的相互耦合作用，又可以對(duì)板帶鋼材軋機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高軋機(jī)的生產(chǎn)效率。以一個(gè)通常的板帶鋼材軋機(jī)系統(tǒng)為例， 整個(gè)軋機(jī)系統(tǒng)由軋機(jī)設(shè)備、自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)和厚度傳感器組成這種控制方式和軋制速度結(jié)合起來可以獲得最優(yōu)的軋制速度，一方面保證產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面又可以提高軋機(jī)效率。

1.1 自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)的控制模式

（1）張力控制模式

在自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)的張力控制模式下，板帶鋼材厚度的閉環(huán)控制主要通過開卷張力進(jìn)行。在這種控制模式下，張力輸出直接控制軋機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊，從而開卷驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電樞電流進(jìn)行自適應(yīng)性調(diào)節(jié)。而金屬卷的實(shí)際張力一般情況下是通過計(jì)算或測量得到的，但實(shí)際中也會(huì)通過電機(jī)電樞電流得到，這就需要電樞電流和絕對(duì)張力成正比。這種張力自動(dòng)厚度控制模式可以用于厚度適中和厚度較小的板帶鋼材的軋制過程。

（2）速度前饋控制模式

速度前饋主要功能是用來將因?yàn)樗俣茸兓斐傻某隹诤穸鹊臄_動(dòng)降低到最小程度。該模式的實(shí)現(xiàn)可以通過一個(gè)前饋?zhàn)儞Q增益，把速度的變化轉(zhuǎn)化為對(duì)張力設(shè)定值或者壓力（輥縫）設(shè)定值的調(diào)整量。而在實(shí)際中設(shè)定值的改變是通過將設(shè)定值減去速度變化量來實(shí)現(xiàn)的，這樣可以很大程度上抵消了速度變化帶來的影響，實(shí)現(xiàn)解耦控制。如果厚度過于薄，通過控制可以使得速度同時(shí)下降，如果厚度過厚，通過控制可以使得速度同時(shí)上升，在這種情況下速度前饋控制模式將不會(huì)被啟動(dòng)。

1.2 自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)的優(yōu)化模式

（1）速度優(yōu)化控制

速度優(yōu)化控制的主要原理是，在軋機(jī)開卷啟動(dòng)的過程中，通過一定的方法使得軋制速度在很短的時(shí)間內(nèi)形成線性增長，直到厚度值降到一個(gè)預(yù)先設(shè)定的值以下。在軋機(jī)正常的運(yùn)行過程中，該系統(tǒng)可以用來保持張力控制量保持在一個(gè)允許的操作范圍內(nèi)。如果張力大于操作范圍上限，系統(tǒng)可以通過控制提高速度，從而使得張力變小，如果張力小于操作范圍下限，系統(tǒng)可以通過控制降低速度，從而增大張力。在自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)的張力控制模式下，速度優(yōu)化的目的是讓開卷機(jī)張力工作在張力的最小值下，這樣便允許足夠高的速度，同時(shí)在任何方向都留有充足的張力用來控制范圍。

（2）壓力優(yōu)化控制

壓力優(yōu)化控制的目的是用來對(duì)軋機(jī)的負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化，從而使得軋機(jī)工作在允許最大的軋制速度。通常軋機(jī)的壓力會(huì)把開卷張力穩(wěn)定在其允許范圍內(nèi)的一個(gè)數(shù)值上，這樣使得張力能夠在兩邊方向都能對(duì)厚度誤差保持敏感快速的響應(yīng)。壓力優(yōu)化控制系統(tǒng)和張力自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)、速度優(yōu)化控制協(xié)同工作，如果張力超過所需中間范圍值的上限，通過控制系統(tǒng)使得壓力增大，而如果軋制速度比設(shè)定值小，并且張力小于允許速度增長的張力限值，控制系統(tǒng)將減小壓力以允許最大的軋機(jī)速度。

2 自動(dòng)位置控制系統(tǒng)

自動(dòng)位置控制(Automatic Position Control，簡稱APC) 是板帶鋼材軋機(jī)版型自動(dòng)化控制系統(tǒng)中另一個(gè)重要組成部分。自動(dòng)位置控制系統(tǒng)通過預(yù)先將各種軋制規(guī)程存儲(chǔ)到系統(tǒng)內(nèi)，在實(shí)際運(yùn)行過程中根據(jù)所需的板帶鋼材軋制條件(如鋼種、錠型、鋼坯等信息)自動(dòng)或是手動(dòng)選擇符合條件的軋制流程并按照此流程對(duì)軋機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，控制的精度和行程的時(shí)間是其主要指標(biāo)。為了滿足軋機(jī)生產(chǎn)的要求，更好地完成對(duì)于位置的自動(dòng)化控制，這就要求相關(guān)人員能計(jì)算出其控制規(guī)律，設(shè)計(jì)出高效可靠的程序，自動(dòng)位置控制的軟件設(shè)計(jì)就是基于這一目標(biāo)而進(jìn)行的。其性能指標(biāo)主要包括兩個(gè)方面，一是響應(yīng)時(shí)間快，二是定位精度高，也就是定位誤差較小。

在整個(gè)系統(tǒng)中，因?yàn)閴合挛恢檬峭ㄟ^電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，所以可以考慮借助電動(dòng)機(jī)的同軸傳動(dòng)的自整角機(jī)或者是編碼器來檢測。壓下位置可由操作臺(tái)上人工給定，也可通系統(tǒng)自動(dòng)給定。壓下位置控制的原理是一個(gè)帶位置感應(yīng)反饋的三環(huán)控制系統(tǒng)，其中位置調(diào)節(jié)器可以通過PLC編程實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)位置控制系統(tǒng)的控制功能主要有以下幾點(diǎn)。

（1）設(shè)備間通信功能

以TMEIC-GE傳動(dòng)設(shè)備為例，PLC與傳動(dòng)之間通過TC-NET網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，PLC將數(shù)據(jù)通過TC-NET網(wǎng)傳輸?shù)絺鲃?dòng)裝置，然后對(duì)電機(jī)動(dòng)作進(jìn)行控制。如果不使用通信，則可以直接使用通過PLC采集模擬量信號(hào)，也能夠?qū)崿F(xiàn)PLC與傳動(dòng)裝置之間的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。

（2）壓下硬保護(hù)

為了防止“座輥”、“沖頂”故障的發(fā)生，可以在軋輥的上極限和下極限位置分別設(shè)置一個(gè)限位開關(guān)。如果檢測到該限位開關(guān)動(dòng)作，應(yīng)當(dāng)斷開直流傳動(dòng)裝置電源，自動(dòng)位置控制系統(tǒng)會(huì)將送給傳動(dòng)裝置的速度給定信號(hào)置零，并將故障的類型在HMI畫面上顯示，進(jìn)而防止“座輥”、“沖頂”故障的發(fā)生。

3自動(dòng)張力控制系統(tǒng)

在板帶鋼材的冷軋過程中，張力是一個(gè)重要的工藝參數(shù)。任何因素引起的張力值波動(dòng)，一方面會(huì)破壞本機(jī)架的平衡狀態(tài)，還會(huì)通過板帶鋼的順流和逆流破壞軋機(jī)系統(tǒng)的平衡。所以保持冷軋機(jī)機(jī)架間張力為常數(shù)對(duì)于提高產(chǎn)品的厚度和板形精度有重要意義。

為了保證低速、分卷、軋機(jī)調(diào)節(jié)三個(gè)不同工作周期中機(jī)架間張力的穩(wěn)定和生產(chǎn)板形的質(zhì)量，通常情況下自動(dòng)張力控制系統(tǒng)根據(jù)情況不同可以分為兩種工作模式：速度ATC控制模式(低速ATC)和壓下ATC控制模式(高速ATC)。機(jī)架間張力的控制主要用于保持張力在給定值接近的固定范圍內(nèi)從而在很大程度上避免了斷帶的發(fā)生。在實(shí)際中每個(gè)機(jī)架間都安裝有一臺(tái)張力計(jì)提供張力反饋，兩機(jī)架間的速度、輥縫位置的變化都將直接影響到機(jī)架間的張力。上游機(jī)架速度降低或是下游機(jī)架輥縫位置增加均會(huì)使得機(jī)架張力增加，相反，上游機(jī)架速度升高或下游機(jī)架輥縫位置減少都會(huì)使機(jī)架張力降低。

4 結(jié)束語

版型自動(dòng)化控制系統(tǒng)在板帶鋼材的冷軋生產(chǎn)中的應(yīng)用很好的解決了生產(chǎn)工藝中的一些疑難問題，可以獲得較高的控制精度和控制效果，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)效率的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊節(jié). 軋制過程數(shù)學(xué)模型［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1983

[2] 汪祥能. 現(xiàn)代帶鋼連軋機(jī)控制［M］.沈陽：東北大學(xué)出版社，1996

作者簡介

姓名：劉昕

性別：男

出生年月：1982.11.09

單位：河北鋼鐵集團(tuán)唐山分公司

職稱：中級(jí)

籍貫：河北唐山

研究方向：冷軋酸連軋電氣自動(dòng)化（側(cè)重軋機(jī)方面）