六輥可逆冷軋機機架控制系統

2013-06-28 08:48:42宋曉云

山東冶金 2013年3期

宋曉云

（萊蕪鋼鐵集團有限公司自動化部，山東萊蕪 271104）

1 前言

近年來，冷軋薄板性能好、品種多、用途廣的優點使冷軋薄板生產得到迅速發展，萊鋼冷軋薄板是萊鋼十一五期間產品結構優化的重點工程，擁有年產40 萬t 的冷軋生產線，以萊鋼熱軋帶鋼為原料。整個軋制過程的控制非常復雜，涉及到速度、厚度、流量以及彈性變形、塑性變形等多變量、強耦合特征。除了核心部分自動厚度控制外，機架的控制也是必不缺少的重要組成部分，主要用來完成厚度及板形等工藝控制和協調機架的相關順序控制以及優化輥縫控制性能等，包括機架的標定、液壓輥縫控制、軋制線調整、液壓彎輥控制和中間輥橫移控制等［1］。為保證冷軋薄板生產的穩定、順行，提供高品質服務，機架各子系統的控制穩定、可靠顯得尤為重要。

2 機架子系統控制功能

2.1 預壓靠控制

由于輥縫取決于工作輥的相對位置，因此在每次換輥后須重新確定輥縫的零點，即需要進行軋輥預壓靠。操作人員按下預壓靠按鈕啟動后，預壓靠全過程將自動進行，壓下裝置、傳動裝置等相關設備均處于自動受控狀態，且相互聯鎖。

預壓靠開始后，液壓壓下系統自動驅動軋輥接觸，并達到一個預定壓力；然后，傳動系統投入工作，使軋輥以慢速轉動；同時繼續使軋輥達到預先設定的預壓靠力，并將軋輥位置設置為0，預壓靠工作完成。此時將軋輥上抬，傳動系統停止工作。

預壓靠過程是位置控制和壓力控制相互切換的過程。在位置控制方式，當軋輥接觸后，自動切換到壓力控制方式，壓靠過程控制流程見圖1。

圖1 預壓靠控制流程

2.2 液壓輥縫控制

液壓輥縫控制是液壓壓下控制系統的基本功能，通過將液壓缸的位置值與設定的目標值相比較，經特定運算后，送到伺服閥控制液壓油的流動以使位置偏差減少到0。液壓輥縫控制主要包括：位置控制器、軋制力控制器、傾斜控制器、最小軋制力控制、隨動控制、傾斜控制、伺服閥控制等。

2.2.1 位置控制

輥縫位置值是傳動側和操作側液壓缸實際位置值的平均值，并通過輥縫的校正值進行補償。這個位置控制是通過1 個P 控制器算法和1 個積分控制器補償伺服閥的零漂調整。每個液壓缸裝配有1個位置傳感器，測量值傳送到位置控制器?；谝簤汉蜋C械設備的特性和能力，FM458 控制器的輸出通過接口轉換成一個模擬量并用于液壓缸伺服閥的動作控制［2］。位置測量使用MD50 系列索尼磁尺進行實際位移的測量。

2.2.2 軋輥傾斜控制

機架每側的位置傳感器發出位置—比例脈沖，機架每側的連續脈沖相減作為傾斜控制的實際位置，多一點的傾斜或少一點的傾斜都會引起機架中心線的調節裝置控制器的改變。這個傾斜是通過機架每側的伺服閥的推拉操作來實現的。控制回路在伺服閥的位置控制以及軋制力控制期間是有效的，在標定期間且標定力達到后關閉。

調整傾斜控制的幅值以獲得較快的響應時間為宜，并確保位置控制或者軋制力控制方式下有足夠的間隔來完成傾斜控制。

2.2.3 軋制力控制

軋機機架也可以在軋制力控制方式下進行操作，實際控制值來自液壓缸上的壓力傳感器。

軋制力控制器常用保持機組的兩個液壓缸的實際軋制力值為參考設定值。軋制力控制器設計成PI-控制器以獲得需要的動態性能。軋制力控制程序框圖見圖2。

圖2 軋制力控制程序框圖

2.2.4 隨動控制

位置和軋制力可以交替進行操作，在正常操作和標定的過程中通常使用軋制力控制方式，位置控制方式經常用于穿帶操作過程中。確保位置控制方式到軋制力控制方式的平穩過渡。將不起作用控制器的給定值和實際值設成相等值（使控制器輸入為0），并且控制器的輸出必須與操作過程中的值相匹配，確保在任何時候無沖擊切換。

在正常的操作過程中，自動化系統依據操作條件從切換位置控制到軋制力控制或者從軋制力控制到位置控制。

2.3 軋制線調整

軋制線高度調整的作用是換輥后保持軋制線標高恒定，并補償輥徑變化。采用階梯板加斜楔方式，其中階梯板起軋制線高度粗調作用，斜楔起到精調作用。斜楔和階梯板的調節必須是在換輥狀態下，且支撐輥平衡釋放。通過兩個比例閥分別控制斜楔調整液壓缸和階梯板液壓缸。

軋制線垂直方向的高度H 根據上支撐輥、上中間輥、上工作輥的輥徑計算得出。每次換完新的軋輥后，上支撐輥直徑、上中間輥直徑、上工作輥直徑的數值由操作人員根據實際使用輥徑的大小從人機畫面中輸入對應的數據，控制系統根據下式計算出H的數值：

其中：L為軋制線至牌坊上橫梁下表面的距離，3047.5 mm；DTOP BR為上支撐輥直徑，1150～1300 mm；DTOP IR為上中間輥直徑，440～490 mm；DTOP WR為上工作輥直徑，385～425 mm；h為上支撐輥中心到上輥墊塊的距離，1055 mm。

斜楔和階梯板在右極限位置時整個調整裝置在牌坊窗口內的實際高度為387.5 mm，是常數。H減去387.5 mm就是階梯板、斜楔垂直方向總的調整量L01。階梯板每級高度30 mm，共6級，每上一級階梯板移動距離為150 mm，斜楔斜度為5∶100。出階梯板的移動距離L03和斜楔的位移L02計算公式為：

控制系統根據計算出的L03、L02和相關的聯鎖條件適時發出移動命令，控制斜楔和階梯板移動到指定的位置并鎖定。

在實際使用過程中，階梯板、斜楔的實際位移數據的采集使用MTS 位移傳感器進行測量處理，MTS 位移傳感器具有精度、分辨率高，重復性好，穩定可靠，壽命長，安裝方便，環境適應性強等特點，使用至今，效果較好。

2.4 彎輥竄輥控制

彎輥控制是將彎輥液壓缸產生的力通過軋輥的軸承座傳遞到工作輥上，使軋輥受到一個彎輥力，以此調節有載輥縫，達到控制板形的目的。彎輥控制用來補償由于軋制力的改變、溫度特性、帶鋼板形等引起的輥縫輥形偏差［3］。

2.4.1 彎輥控制系統

萊鋼單機架冷軋機的彎輥分為工作輥液壓彎輥和中間輥液壓彎輥。工作輥液壓彎輥有液壓正彎和液壓負彎，彎輥力為-360～+720 kN；中間輥只有液壓正彎，彎輥力為0～+360 kN。在軋輥凸度不足或磨損情況下可以采用正彎，增大軋輥凸度，防止帶鋼邊浪；而負彎可以減少軋輥有效凸度，防止帶鋼中間浪。彎輥系統由PI控制器回路組成，液壓伺服閥系統為不同的液壓缸供油。

2.4.2 中間輥橫移系統

萊鋼冷軋機屬于HC 軋機，是一種高精度板形控制軋機，是六個軋輥垂直排列、中間輥可軸向移動的板帶軋機。中間輥移動距離與彎輥力的最佳配合，一定程度上減少了普通四輥軋機在結構上、板寬范圍外、支撐輥與工作輥間的接觸壓力形成的有害彎矩，具有很強的板形控制能力，可實現軋機橫向剛度無限大，使軋輥輥型不受軋制力變化的影響，減少帶鋼邊部減薄量和裂邊，保證帶材有良好的板形，可以軋制高精度的薄帶鋼，具有大壓下量、生產率高、輥耗少、高成材率等優點。

通過軋輥軸向的橫移，改變輥子的凸度，從而擴大工作輥輥縫板形的設定范圍，可以得到更優化的帶鋼平直度并減少斷帶概率。軋輥的移動是對稱的，上輥和下輥各通過兩個液壓缸傳動，所有的軋輥通過一個位置控制器和一個附加同步控制器控制。