中板軋機液壓AGC系統故障分析及處理

安 鐸，李正輝

（天津天鋼集團有限公司中板廠，天津 300180）

中板軋機液壓AGC系統故障分析及處理

安 鐸，李正輝

（天津天鋼集團有限公司中板廠，天津 300180）

針對中板軋機液壓AGC控制系統在運行中影響厚度精度的問題，分析了液壓伺服、電控系統、軋輥及諧波干擾等故障產生原因，提出故障判斷方法、處理措施及系統的維護重點，對于設備維護具有一定參考價值。

自動厚度控制系統；伺服閥；伺服油缸；位移傳感器；輥縫

1 引言

鋼板厚度精度是中厚板生產重要的質量指標，為了獲得高精度同板差和異板差，提高成材率，采用先進的厚度控制，以滿足市場競爭、新產品和高附加值產品的開發。中厚板生產采用的厚度自動控制系統有：壓下位置自動控制系統、電動厚度自動控制系統、液壓厚度自動控制系統、監控AGC、前饋AGC等。軋機液壓自動厚度控制系統（H AGC）是實施鋼板軋制厚度調整的一種快速精確調節定位系統，我國自20世紀80年代開始在中板軋機應用，充分體現了響應速度快、控制精度高、傳動效率高的優勢。

軋機液壓壓下系統由具有電液伺服的定位控制電路系統組成，壓下調節是由液壓位置調節裝置調節伺服閥的電流值，以控制伺服閥的油液流量，進而控制油缸上下移動，達到調整軋機兩側輥縫的目的。AGC系統運行的好壞，直接影響板材厚度的控制精度和產品的成材率，電液伺服控制系統是機電液綜合系統，因控制精度高、系統復雜，加之生產環境比較惡劣，振動、沖擊、高溫、強電磁場干擾，出現故障時往往難以及時準確判定，對產品質量產量及成本影響比較大。

2 系統組成

軋機液壓AGC裝置是將機械、液壓、自動控制以及軋制工藝等專業緊密聯系在一起的綜合技術，主要設備由計算機、檢測元件為主的自動控制裝置；液壓系統為動力源；液壓伺服控制（伺服液壓缸傳動、操作側各一臺）為主的執行機構組成。天鋼中板廠四輥精軋機1990年將電動APC壓下位置自動控制系統改造為液壓AGC壓下裝置，采用全液壓壓下，油缸布置為上置式，期間對電控系統、液壓伺服系統進行過兩次改造，主要配置如下。

2.1 電控系統

采用西門子S 7-400PLC，主要配置有CPU414-2處理器、PS407電源模板、CP443-1通訊處理器、FM458-1DP控制模塊、EXM438-1I/O擴展模塊，采用V/I轉換板將PLC輸出的直流電壓信號轉換為電流信號控制伺服閥。控制系統主要包括位置閉環、壓力閉環、同步和傾斜閉環，位置閉環作為基本控制閉環，壓力閉環控制用于輥縫校零及軋機剛度檢測。

2.2 液壓系統

主泵單元軸向柱塞泵63PCY14-1B，過濾精度10μm，伺服閥前過濾精度5μm。伺服油缸Φ900/Φ800×85（兩臺套），工作壓力21MPa，速度5mm/s。伺服閥為兩級力反饋噴嘴擋板電液伺服閥，額定壓力21MPa。

2.3 檢測系統

壓力傳感器采用YCB-20AF型高溫大輸出壓力傳感器，用于對位置和壓力閉環控制的補償和系統保護。位移傳感器和輥縫測量儀采用配套生產的FT11G/±50位移傳感器及F T9664E型輥縫測量儀，可直接測量液壓缸的動態、靜態位移。

3 設備故障分析與處理

軋機液壓自動厚度控制系統在生產運行中，因為各種各樣原因引起厚度波動，影響厚度控制精度，甚至發生設備故障中斷生產，對出現的故障原因進行分析，并提出判斷和處理方法。

3.1 伺服閥

伺服閥流量具有非線性特性，控制系統將控制信號輸送到伺服閥，當有正信號時，伺服閥正向開口，液壓缸在進油狀態；相反為液壓缸泄油狀態，伺服閥的不同狀態驅動液壓缸上升或下降，輸入信號為（0±45）mA電流來控制伺服閥的開口度，實現輥縫厚度的隨機控制。

伺服閥的常見故障主要表現為卡滯、動態響應變慢、零偏電流變大等，出現系統無法控制或控制性能下降現象。伺服閥發生卡滯多數原因為油液污染造成閥芯卡住，少數原因為線圈損壞、航空插頭接觸不良等故障。這種故障可以通過電流給定，觀察液壓缸響應情況來判斷，檢查給定電流值顯示是否正常，如不正常檢查線圈阻值及插頭；如正常，檢查快泄溢流閥及伺服閥。伺服閥響應性能下降的主要原因為閥內過濾器堵塞、閥芯磨損泄漏量超標等，造成一側液壓缸響應速度下降。伺服閥使用較長時間，因溫度壓力關系，零位會發生微小偏移，操作屏可顯示伺服閥電流變化大，用零飄電流進行校正，如偏移量過大，應予更換。

3.2 軋輥輥系

支承輥的偏心、軸承異常會造成軋制跑偏、厚度偏差大等現象，厚度波動與很多因素有關，在查找原因時，需要進行分析，檢查波形曲線是否與實際厚度變化有因果關系，以便確定故障原因。支承輥偏心在軋制時厚度波動有一定的規律，與支承輥周長相近；軸承損壞或磨損偏大，也有波動規律，可以通過預壓靠，轉動軋輥比較輥縫變化值來分析和判斷。

3.3 位移傳感器及二次儀表

位移傳感器為差動變壓器式，由一個初級線圈和兩個次級線圈、鐵芯等幾部分組成，線圈組件內有可自由移動的桿裝磁棒（鐵芯），隨著液壓缸的上下移動而移動，輸出電壓與位移成線性關系，±3V對應現場位移±30mm。常見故障為操作屏幕顯示左右輥縫出現較大偏差，且出現輥縫差報警，可以通過查看二次表四個通道的電壓值進行分析判斷，若數值偏大，所對應的傳感器內部鐵芯脫落；若數值偏小，則是對應的傳感器頂部彈出或固定傳感器的螺栓出現松動脫落。位移傳感器的輸出特性線性度不好，會造成板型控制困難，厚度偏差大，厚規格與薄規格的手動調整不一致，在空擺壓下的各道次中記錄電壓數值，計算分析4個傳感器的位移線性度是否一致，如誤差較大成組更換。

3.4 液壓缸及液壓系統

液壓缸作為執行元件，其工作性能的好壞，直接影響系統的控制精度，密封和導向元件是關鍵。液壓缸塞端極少發生問題，可以通過檢測伺服閥電流情況來監視塞端的運行情況，液壓缸主要損壞部位為桿端密封和導向元件，因為此處所受偏載力大，制定合理的更換周期可以避免此類設備故障。但也有特殊情況發生，一套液壓缸在進行密封和導向結構改進，投入使用2個月發生桿端的導向元件損壞，異物進入中壓系統的溢流閥內，造成高壓系統壓力無法建立，在檢查中發現中壓系統溢流閥回油管路偏熱，更換溢流閥后系統恢復正常。對換下的溢流閥拆檢后發現有異物卡住閥芯，造成閥芯關閉不嚴系統泄壓，拆檢發現一側液壓缸導向環損壞，檢查缸蓋溝槽尺寸，導向部位加工尺寸偏小，造成導向元件受擠壓變形產生蠕變，在高負載沖擊下損壞。

3.5 諧波干擾

軋鋼設備均為大容量非線性用電設備，普遍存在無功沖擊大、諧波含量大、電壓波動和閃變、電力損耗大等問題，使用電設備與電網之間存在大量無功循環交換并產生大量的諧波，特別是諧波無功功率對電網及用電設備的影響極大，電網供電質量下降、電氣設備易過熱老化、保護和自控裝置失靈。對一次跑偏故障進分析，可以看到諧波干擾對厚度控制系統的影響：在軋制1 6mm鋼板運行至第七道時（軋制成品共八道），咬入后突發快速跑偏，刮框鋼板卷曲，主電機過電流掉閘，工作輥燒輥報廢，處理軋廢鋼板更換工作輥后系統恢復正常生產。第七道次信號采集曲線見圖1。

圖1 第七道次信號采集曲線

調出軋制該塊鋼板的軋制情況記錄，沒有報警記錄，各項運行曲線記錄顯示前六道軋制正常，第七道鋼板咬入后發生突變，該道次的輥縫位置（圖1（a））、壓力（圖 1（b））、伺服閥電流（圖 1（c））信號采集曲線顯示，在輥縫位置已擺到位的情況下，咬入后壓力逐漸建立、輥縫位置突然變化增大、伺服閥給定正電流控制液壓缸進油，可見伺服閥給定正電流是因為輥縫位置上擺偏離了位置給定值，需要油缸進油來恢復給定位置，大約持續近3s時間。鋼板咬入后輥縫變大，鋼板厚度應增加，鋼板實測厚度變化情況是：咬入端0.2m處測量傳動側為16.1mm、操作側16.3mm，軋制到3m左右厚度發生突變，3.4m處測量傳動側為14.2mm、操作側為15.2mm，5m處測量傳動側為13.85mm、操作側為17.2mm，未軋制部位兩側均為17.6mm。實際情況鋼板厚度與輥縫位置采集信號記錄正好相反，而與壓力、伺服閥電流相符，說明輥縫位置反饋信號有誤，造成原因為外部較強的干擾影響了位移傳感器的信號輸出。針對冶金企業諧波危害的嚴重性，廣泛采用就地動態無功補償裝置及有源諧波濾波器，對無功功率進行補償、諧波進行有效抑制。

4 結束語

液壓AGC控制系統運行質量直接對板材生產的產品質量和成材率產生重大影響，其故障也會造成重要設備的損壞，通過典型故障的原因分析，為我們在系統故障排查處理和維護重點提供了依據。要使系統能夠長期安全可靠運行，重點加強液壓系統油品清潔度控制、伺服閥液壓缸的監測和定期更換、檢測元件和儀表的標定檢查維護、定期監測軋輥預壓靠及無功功率諧波治理工作。

[1]王國棟，沙孝春，曹建寧，等中國中厚板軋制技術與裝備[M].北京：冶金工業出版社，2009.

[2]趙毅德.中厚板軋機液壓AGC的工作原理[J].甘肅冶金，1997（3）：11-21.

[3]劉澤彰.中厚板軋機液壓AGC液壓系統的安裝調試與維護[J].鞍鋼技術，1990（9）：5-13.

Fault Analysis and Handling of Hydraulic AGC System of Plate Rolling Mill

AN Duo and LI Zheng-hui

(Plate Rolling Mill,Tianjin Tiangang Group Company Limited,Tianjin 300180,China)

Aiming at the problems that hydraulic AGC control system affects plate thickness precision,the authors analyze the causes of failures in hydraulic servo system,electrical control system,roller and harmonic interference at Plate Rolling Mill and put forward failure judging methods,handling measures and priorities in systemmaintenance.The paper has certain reference value to equipment maintenance.

automatic gauge control system;servo valve;servo cylinder;displacement sensor;roll gap

2013-01-07

2013-01-26

安鐸（1959—），男，天津人，高級工程師，主要從事軋鋼設備的管理工作，E-mail：Anduo2006@163.com。

（編輯 潘娜）