可逆冷帶軋機厚度控制系統改造

李寶文，楊蘊鴻

（1.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055；2.寶雞鈦業股份有限公司，陜西 寶雞 721014）

可逆冷帶軋機厚度控制系統改造

李寶文1，楊蘊鴻2

（1.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055；2.寶雞鈦業股份有限公司，陜西 寶雞 721014）

介紹了使用液壓缸、PLC、伺服閥、測厚儀等對早期單機架四輥可逆冷帶軋機電動壓下、模擬控制的厚度控制系統的改造方法。改造后的設備運行穩定，且安全可靠。

可逆冷軋機；厚度控制；AGC；伺服閥

上世紀70年代單機架四輥可逆冷帶軋機(以下簡稱“可逆冷軋機”)的壓下普遍采用電動機帶動蝸輪蝸桿絲杠傳動來實現自動壓下；采用模擬電路實現厚度自動控制。存在控制精度低、產品表面質量差、成材率低、可靠性差、效率低等問題。為此，提出可逆冷帶軋機厚度控制系統改造方案，以滿足市場對窄帶鋼的質量要求。

一、改造方案

首先，改原來的電動壓下為液壓壓下。拆除原軋機壓下電動機、蝸輪、蝸桿、絲杠，在機架內安裝液壓缸，配備電液伺服閥、液壓站。其次，用上位計算機、PLC、現場數字檢測器、執行器等裝置組成集散式計算機厚度控制系統代替原有的模擬厚度控制系統。最后，利用數字系統的優勢，采用多種先進的厚度控制方式實現高精度、全液壓厚度自動控制。

二、全數字液壓AGC控制系統的組成及功能

可逆冷軋機液壓壓下厚度控制系統是全數字控制系

統，系統采用了兩級式計算機控制結構，如圖1所示，上、下位機之間通過基于TCP/IP協議的以太網進行通信。

1.上位計算機系統

上位計算機系統主要承擔最優軋制規程的計算和系統的人機聯系。軋制規程的計算是上位機系統中最重要的內容之一，系統將根據來料的厚度、寬度、鋼種、成品的目標厚度等數據，計算可逆軋機的軋制道次及各道次出口厚度目標值、相應的軋制力初始值及缸位置初始值等參數，并由基于TCP/IP協議的以太網自動送給下位計算機。上位機從下位機讀取軋機當前的工作狀況等參數，例如：軋制壓力、油缸位置、速度、所軋帶鋼入口和出口厚度等數據。作為人機接口，上位機實時顯示生產過程狀態和控制信息，根據現場實測值對設定模型進行適當修正、 完成生產記錄及質量報表的打印等。

2.下位計算機系統

下位計算機系統是厚控系統的核心部分，其系統的組成主要包括：S7-400 主機，內裝高精度的模擬量輸入輸出模塊、 高速計數器模塊、數字量及脈沖量輸入輸出模塊、 開關量輸入輸出模塊等硬件。位置信號的檢測采用高精度 Sony磁尺，厚度信號的檢測采用镅同位素射線測厚儀，速度信號的檢測采用高精度光電編碼器。在控制柜里裝有插有現場信號調理板、 功率放大板等模擬電路板的機籠。操作臺上有工作方式選擇鍵、道次選擇鍵、預控加或不加選擇鍵、壓下增、減等按鈕開關供操作工操作。下位計算機的主要功能和任務如下。

(1)與上位機通信。下位機根據上位機命令，通過基于TCP/IP協議的以太網，網絡電纜遠距離采用光纜，近距離采用雙絞線，使用交換機技術，通信頻率為10/100Mb/s。S7-400采用以太網通信模板CP 443-1，接收上位機送來的軋制規程表。

(2)在軋制過程中對軋機進行實時在線控制，即時采集、發送各種模擬量信號、數字量信號及脈沖量信號(包括軋機兩側軋制壓力、入口和出口厚度、兩側缸位移、入口和出口速度等)。

(3)根據操作臺上的操作命令，完成軋機的預壓靠、輥縫擺零。

(4)進行厚度閉環監控、厚度預控和壓下位置或壓力閉環控制，并通過伺服閥控制液壓缸驅動軋輥實現對帶鋼厚度的實時控制。

(5)定時向上位機、操作臺及機旁操作箱發送軋機當前的狀態或數據信號。

三、全數字液壓AGC控制策略

圖2為液壓AGC系統的功能框圖。由于采用了全數字計算機控制，可以方便地使用目前成熟先進的AGC控制策略。這些控制算法均由下位計算機軟件編程實現。

圖1 全數字液壓AGC計算機控制系統結構框圖

圖2 液壓AGC系統框圖

厚度自動控制最基本的原理是基于軋制時的彈塑性曲線。軋制時帶鋼的實際軋出厚度h、實際輥縫S和實際軋制力p之間的關系如彈跳方程所示。

式中：p0—預壓靠軋制力；

K—軋機剛度系數。

為消除各種原因造成的厚度偏差，根據軋制時的彈塑性曲線，可采用壓力AGC、監控AGC、預控AGC、流量AGC、張力AGC等各種不同的厚度控制策略。

AGC系統的主要功能有：壓力AGC、監控AGC、預控AGC、流量AGC、張力AGC、軋制規范管理等。這幾種AGC是組合在一起使用的，保持各自的控制效果，但監控AGC與張力AGC不能共用，只能選擇其一工作。一般是選用監控AGC，只有在軋制極薄帶材時才選用張力AGC。

四、應用效果

550mm帶材冷軋機改造項目于2008年6月23日正式驗收交付使用。從運行的生產情況來看，各項產品質量均達到改造要求，一次成品率均達到工藝要求。改造后的550mm帶材冷軋機產品厚度可達到0.2～2.0mm，厚度公差均達到國標要求，對個別有特殊要求的產品也可基本達到，產品的板型、同板差有所減少。軋機改造后還節約了大量的電費和設備維護費用。通過測算，改造后每年可節約電費約30萬元。

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