鋁熱連軋集成電磁閥噴射梁優(yōu)化

張彩金 譚樹彬 李 冬

作者通聯(lián)：中鋁瑞閩鋁板帶有限公司 福州市馬尾區(qū)青州路9號(hào) 350015

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一、ISV 噴射梁的控制

中鋁瑞閩公司1+3 熱連軋于2011年9月建成試生產(chǎn)，3 機(jī)架精軋機(jī)主體設(shè)備從SIEMENS-VAI 引進(jìn)，自動(dòng)化及傳動(dòng)系統(tǒng)從德國(guó)SIEMENS 引進(jìn)。3 機(jī)架精軋機(jī)的機(jī)型屬于寬幅大壓下量加工工藝，如2.2mm×1950mm 罐體料用熱軋卷，每道次壓下量高達(dá)55%以上，因此對(duì)熱精軋機(jī)的冷卻潤(rùn)滑及板型控制要求較高。熱軋卷板型主要有原始輥型、工作輥彎輥和工作輥分區(qū)冷卻等3個(gè)控制環(huán)節(jié)，其中工作輥分區(qū)冷卻是最關(guān)鍵、最核心的環(huán)節(jié)之一，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動(dòng)化控制程度高。3 機(jī)架熱精軋采用SIEMENS-VAI的ISV（集成電磁閥）噴射梁作為工作輥分區(qū)冷卻執(zhí)行機(jī)構(gòu)，每個(gè)機(jī)架入口和出口各有上、下兩個(gè)噴射梁，噴射梁橫向（帶材寬度方向）共38個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)有1個(gè)ISV。系統(tǒng)通過(guò)脈寬調(diào)制控制噴射梁各分區(qū)ISV的通斷時(shí)間和順序，以調(diào)節(jié)各分區(qū)乳液流量，確保乳液潤(rùn)滑、乳液冷卻并控制工作輥輥型曲線，從而調(diào)整帶材凸度和平直度，保證良好板型。

（1）乳液流量共分0～10級(jí)（表1），采用脈寬調(diào)制控制（圖1），周期為2s。0級(jí)表示噴嘴在周期時(shí)間全關(guān)，1級(jí)表示在周期時(shí)間內(nèi)噴嘴10%時(shí)間（0.2s）開啟，90%時(shí)間（1.8s）關(guān)閉，以此類推，10級(jí)表示噴嘴在周期時(shí)間全開。為實(shí)現(xiàn)噴射等級(jí)計(jì)算及ISV的脈寬調(diào)制控制，一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化采用ISV_CL 功能塊計(jì)算（圖2）：①冷卻等級(jí)計(jì)算，余數(shù)＞0.5，CLN=（TLN×IN÷1）整數(shù)商+1；余數(shù)≤0.5，CLN=（TLN×IN÷1）整數(shù)商。②脈沖寬度計(jì)算，PWM=CLN×PER÷TLN×AMP，限幅[0，PER]。

表1 乳液流量噴射等級(jí)

（2）ISV 噴射梁控制的二級(jí)過(guò)程自動(dòng)化預(yù)設(shè)定。和壓下量、軋制力、輥縫、速度等預(yù)設(shè)定由二級(jí)過(guò)程自動(dòng)化模型計(jì)算不同，分區(qū)冷卻完全由人工在二級(jí)中根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和調(diào)試情況設(shè)定。在輥型不變情況下，為適應(yīng)各種合金的生產(chǎn)要求，ISV 分區(qū)冷卻的噴淋曲線設(shè)定主要分為冷輥和熱輥生產(chǎn)設(shè)定（每種又細(xì)分為帶頭、帶中和帶尾設(shè)定），實(shí)現(xiàn)帶材全長(zhǎng)的一致性。

（3）在一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化中ISV 噴射梁的控制由凸度閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)整出口側(cè)的分區(qū)冷卻噴射等級(jí)的拋物線形狀來(lái)支持工作輥彎輥功能控制帶材凸度。此外還可通過(guò)人工干預(yù)，調(diào)整帶材二肋位置的噴射量以控制二肋板型缺陷。

圖1 脈寬調(diào)制控制等級(jí)

圖2 脈沖寬度計(jì)算功能塊

二、ISV 噴射梁的優(yōu)化

1.乳液管路振動(dòng)

在設(shè)備調(diào)試初期，乳液管道振動(dòng)嚴(yán)重，管道緊固件和連接法蘭松動(dòng)脫落，導(dǎo)致乳液泄漏、調(diào)試中斷等。現(xiàn)場(chǎng)觀察分析，判斷ISV 噴射梁的一級(jí)自動(dòng)化控制存在缺陷，相同噴射等級(jí)的ISV在1個(gè)周期時(shí)間內(nèi)同時(shí)噴射、同時(shí)關(guān)閉。以噴射等級(jí)5的一級(jí)控制為例（圖3），1s內(nèi)各分區(qū)ISV 同時(shí)失電，乳液從噴嘴同時(shí)噴出，下1s 內(nèi)各分區(qū)ISV 同時(shí)得電，噴嘴同時(shí)關(guān)閉，周而復(fù)始，這樣在每個(gè)2s的周期內(nèi)對(duì)乳液總流量的需求發(fā)生巨大變化，一方面沖擊大，另一方面由于沖擊周期時(shí)間短，造成乳液管道在生產(chǎn)過(guò)程中振動(dòng)異常。

圖3 優(yōu)化前一級(jí)自動(dòng)化ISV 噴射梁控制

圖4 優(yōu)化后一級(jí)自動(dòng)化ISV 噴射梁控制

優(yōu)化一級(jí)自動(dòng)化ISV 噴射梁控制（圖4），以軋制中心線為中心，兩側(cè)（DS 傳動(dòng)側(cè)、OS 操作側(cè)）對(duì)稱噴射的基礎(chǔ)上，在控制周期內(nèi)采取不同的延時(shí)控制各分區(qū)ISV的開/關(guān)，對(duì)各分區(qū)噴嘴進(jìn)行錯(cuò)開時(shí)段開/關(guān)，確保在生產(chǎn)過(guò)程中乳液總量需求平穩(wěn)，乳液管道振動(dòng)明顯減輕。圖4中Offset 1 表示延時(shí)0.2s 接通，Offset 6 表示延時(shí)1.2s 接通，以此類推。噴射梁橫向共38個(gè)分區(qū)，以第19、20 區(qū)為中心，兩區(qū)對(duì)ISV_CL 功能塊輸出信號(hào)PWM 無(wú)延時(shí)接通，18、21 區(qū)對(duì)輸出信號(hào)PWM 延時(shí)1s 接通，17、22 區(qū)對(duì)輸出信號(hào)PWM 延時(shí)0.4s 接通……

2.卷材優(yōu)良率

3 機(jī)架熱精軋機(jī)各道次壓下量都比較大，1#和2#機(jī)架咬入在調(diào)試和試生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)常出現(xiàn)不能順利穿帶現(xiàn)象，造成料冷切廢。同時(shí)1#機(jī)架到卷取機(jī)中心線距離約20m，加上頭部升速段，整卷帶材的優(yōu)良率較低。

通過(guò)分析軋件咬入狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際跟蹤和分解ISV 噴射梁一級(jí)自動(dòng)化控制、二級(jí)過(guò)程自動(dòng)化預(yù)設(shè)定，對(duì)不同合金、規(guī)格的軋件咬入設(shè)定不同ISV 噴射控制段，確保軋件咬入順利進(jìn)行。帶材在穩(wěn)定生產(chǎn)前，由于輥型未能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致帶材板型未能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，通過(guò)優(yōu)化帶材頭部的ISV 噴射梁控制的流量，使各機(jī)架軋輥輥型盡快達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，提高整卷帶材的優(yōu)良率。

三、ISV噴射梁的維護(hù)

（1）定期做噴嘴測(cè)試，測(cè)試各分區(qū)噴嘴是否正常噴射和關(guān)閉。部分噴嘴無(wú)法關(guān)閉，不僅直接影響板型的控制，而且影響穿帶時(shí)機(jī)架的順利咬入；部分噴嘴無(wú)法打開，工作輥局部溫度上升，熱凸度增加，易在軋輥上形成粘鋁，直接影響軋件的板型和表面質(zhì)量。

（2）ISV 噴射梁采用獨(dú)立的具有干燥和過(guò)濾功能的螺桿泵空壓機(jī)提供壓縮空氣，該空壓機(jī)提供干凈、干燥、壓力穩(wěn)定的氣源，確保噴射梁正常工作。干燥機(jī)壓力露點(diǎn)為+3℃，過(guò)濾器進(jìn)氣空氣過(guò)濾為3microns，出氣過(guò)濾為1microns。乳液壓力最大為6bar，空氣壓力必須比乳液壓力大2bar 最合適，因此空壓機(jī)設(shè)定參數(shù)必須滿足這個(gè)要求，確保能正常控制乳液的通斷，防止乳液進(jìn)入噴射梁的電纜腔，腐蝕電源接觸板接線端子及接觸銅片。定期清洗空壓機(jī)的空氣過(guò)濾網(wǎng)、檢查油位，定期檢查管路空氣壓力。

（3）盡減少乳液中的雜物，避免雜物進(jìn)入并殘留在噴射梁內(nèi)。定期檢查噴射梁及電磁閥是否有雜物堵塞，檢查航空插頭、噴射梁電源接觸板接線端子及銅片是否被腐蝕。

1 肖亞慶等.鋁加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2005

2 孫一康.帶鋼熱連軋的模型與控制[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2002

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