單機架可逆冷軋機的厚度控制分析與應用

張立根 張際澤 孔祥素

（河北鋼鐵集團 衡水板業有限公司技術部，河北 衡水053000）

0 引言

國產可逆冷軋機組控制理論日臻成熟，但是在實際生產中的自動厚度控制及頭尾厚度波動問題一直未能很好解決。本文主要對自動厚度控制進行簡要分析，并對帶鋼頭尾厚度的控制提出解決方案。根據實際觀察發現，在升降速階段都要對張力進行調整，以保證頭尾板型及盡塊達到目標厚度值減少過渡段的長度；由于人為因素不確定性太多，反應時間長，成材道次達到目標厚度長度基本都在40～50米甚至于更長，造成頭尾甩廢量大，成材率低，并且操作工的操作繁瑣并需要長時間高度集中注意力。

1 典型的自動厚度控制

帶鋼厚度精度是檢驗帶鋼質量的一個重要指標，現在比較先進的自動厚度控制理論是基于秒流量的厚度控制系統，并附之測厚儀的前饋、反饋閉環控制，得到理想的厚度控制。

1.1 秒流量理念

秒流量理念是基于在任何時間內進入與離開軋機機架的材料體積相等的事實。

在軋機的出入口兩側，帶鋼的寬度相同，因此可以忽略，得到如下關系式：

如果考慮厚度誤差，則關系式為：

該式用于計算出口側可能的厚度誤差，然后轉換為軋機壓下位置整定：

其中：

v0——入口帶鋼速度

V1——出口帶鋼速度

H0——入口帶鋼厚度

H0——出口帶鋼厚度

Δh0——入口帶鋼厚度偏差

Δh1——出口帶鋼厚度偏差

Δs——位置改變

CM——材料模量

CG——軋機模量

入口和出口速度由激光測速儀測量所得，做為備用測量手段可以采用安裝在偏導輥的編碼器測量速度。

因為秒流量控制和檢測使用相同的執行機構以保證厚度，所以必須保證兩個控制回路的精確協調。

由上面關系式可以看出，帶鋼厚度與速度適時跟蹤調整變化，當軋機速度不等于零，軋制帶鋼達到測量儀表時，帶鋼數據已經開始采集，因此控制回路從第一秘帶鋼就起作用。該控制理念可以消除輥縫和出口側測厚儀之間由于測厚儀產生的測量誤差，改進了監測回路的動態特性和效率。

1.2 前饋閉環控制

在軋機入口用厚度測量得到的進料厚度偏差可以被機架的前饋控制校正。由于原材料的狀況和性能不同，前饋控制能非常有效地補償厚度偏差。

前饋控制甚至能補償入口測量時產生的短時偏差。它使用入口厚度測量來測量未軋制鋼帶的不規則偏差，并能反作用于鋼帶。

在入口側的厚度測量和軋輥間隙之間的距離被分成幾個部分。在這些部分上厚度偏差被測量。這個部分被存儲到移位寄存器中，同時被傳送到軋輥輥縫。并及時施加相應校正系數到執行器中，這意謂，考慮到執行器的響應時間和厚度測量的延時時間，當鋼帶通過輥縫時，有效關聯的測量偏差。

這樣就補償了執行器的不可避免的響應時間。而且，如果前饋控制的分辨率足夠高、液壓輥縫控制足夠快的話，此輥縫也能迅速地跟隨快速的厚度變化。

有效的入口厚度被用作前饋控制的設定值。這使得當厚度控制有效時，可以保證平滑的傳輸。

1.3 反饋控制實現了要求的出口絕對厚度

反饋控制達到所要求的絕對出口厚度。在軋機基座后的殘余厚度偏差由厚度規h1記錄并進行統計分析，以建立一個平均的厚度偏差。在隨動回路中，取在特定帶鋼長度上測量的厚度規誤差作為平均值，例如，在出口厚度規和輥縫之間的距離，利用一個完整運行的控制器將結果的修正應用于執行機構。將該完整的控制器優化調整到受控系統的特性，該受控系統由在輥縫中的帶鋼段到達及其在厚度規中后續測量之間與速度有關的延時確定。

因為該偏差在后面測量，輥縫的短時偏差不能用反饋控制修正。厚度儀的實際值由厚度儀的時間常數和附加的與速度有關的延時確定。輥縫與厚度儀之間的距離越短，反饋控制回路的質量越好。

2 帶鋼頭尾厚度的控制

雖然在理論上各控制理論能夠很好的達到目標厚度，但是在實際軋制過程中工藝條件、帶鋼特性、板型要求等因素對軋制的啟動及運行都有很大影響。

為了減小軋制力、改善板型、使帶鋼盡快達到目標厚度值，在啟動階段需要增加張力；而在成材道次如果使用同樣的張力，對于薄規格帶鋼則容易產生畸芯；所以對于帶鋼的卷取張力還需要根據實際操作及生產工藝做出適當調整，為了減少操作工等人為因素影響，下面是我公司進行的張力自動調整進行的調整與嘗試。

調整方法及步驟：

1）實際調整方法：對于1.0mm以上帶鋼，在啟動時出口側卷取機張力為正常設定張力的1.25倍，卷徑達到550mm（φ0）時張力按照錐度曲線開始下降，當卷徑達到800mm（φ1）時，張力達到正常設定張力；當開卷側卷取機卷徑達到800mm（φ2）時，出口側卷取機張力開始按照錐度曲線增加，當開卷側卷取機卷徑達到550mm（φ3）時，出口側卷取機張力達到正常設定張力值的1.25倍；對于1.0mm以下帶鋼軋制時張力調整為1.3倍。

2）通過調整，帶鋼在軋機啟動及停止過渡段的厚度波動有了很大改善，達到目標厚度的過渡段長度基本都在20米之內，大大提高了成材率；同時由于加入了張力自動調整，減少了操作工的操作強度。

3 結束語

可逆冷軋機組的厚度控制是一個比較繁瑣的系統，內外部關系相互影響，例如軋輥偏芯、卷取偏芯、軋輥效率、材料剛度、機架模量等因素適時影響軋制帶鋼的厚度，所以在調試過程中需要綜合考慮各方面的因素并做出補償，才能得到很好的厚控效果。

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