糾偏技術在冷軋板材生產中的應用

劉志剛， 高 峰， 韓驗龍

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司， 河北 唐山 063200）

在冷軋連續帶鋼生產線中，原料邊浪和鐮刀彎、機組速度、帶鋼張力、輥子安裝精度和磨損、夾送輥兩側壓力不均等都會引起帶鋼偏離生產中心線運行，對生產速度和產品質量都會造成很大的影響。在高速機組中，對帶鋼連續生產中的跑偏控制提出了更高的要求。在高速連續生產中，顯然需要對帶鋼進行實時、自動和快速的糾偏。

1 糾偏裝置工作原理

1.1 CPC 糾偏系統

糾偏有中心位置控制（CPC）和邊部位置控制（EPC）兩種控制方式，前者使帶鋼沿生產線中心運行，后者使帶鋼在卷曲時保持邊部對齊。某酸軋機組采用了德國EMG 公司8 套BMI2-CP 系列電感式CPC 設備。

電感式CPC 特點：帶鋼通過檢測框架時與框架不接觸；傳感器無移動部件，其是無損耗和免維護的；基于檢測原理，光線、潮氣、油霧和邊浪及帶鋼高度變化等對檢測框架幾乎沒有任何影響。

1.2 CPC 系統組成及原理

電感式CPC 主要組成部分包括：電感式測量框架、控制器、線性位移傳感器KLW、伺服閥、液壓缸、液壓站等幾部分。

帶鋼位置傳感器包含兩對線圈，它們被固定在一個矩形框架內，對稱安裝在機組中心線上。每對傳感器分別用于檢測帶鋼的一個邊，其中一個傳感器用作發射線圈，相對應的另一個用作接收線圈。發射線圈施加激勵信號，帶鋼在框架內位置發生偏移，兩個接收線圈的磁通量差值轉換成0～9 V 直流電壓，正比于偏移量，控制系統根據偏移量運算，輸出電流信號控制伺服閥驅動液壓缸動作，這時糾偏輥做相應轉動，輥子與帶鋼之間的摩擦力使帶鋼反向運動，直到帶鋼回到中心位置[1]。

2 幾種糾偏機架的工作原理

2.1 比例調節糾偏機架

設備密集的部位進出帶距離較短，可以安裝比例型糾偏系統，如圖1。其工作原理：糾偏輥在進帶平面上圍繞一個固定轉軸轉動，靠摩擦力將出帶部分做橫移運動，使帶鋼回到中心位置上來。比例型糾偏輥能糾正出帶的位置，但不能糾正進帶的偏差[2]。糾偏機架的調節距離與帶鋼運行時的偏移量與成比例，進帶和出帶與轉動平面成90°。

圖1 比例調節糾偏機架

2.2 積分調節糾偏機架

在自由進帶距離較長的情形下，可運用積分調節糾偏機架，利用的原理是帶鋼運行的趨勢總是與糾偏輥中心線保持垂直，如下頁圖2。當帶鋼出現偏差時糾偏輥會擺動一個角度，當輥軸與進帶板中心線垂直時，板帶停止移動。積分調節糾偏機架一般用于酸洗槽和水平活套。積分式糾偏優點是調節精度高，但是響應時間慢。

2.3 比例積分調節糾偏機架

通過兩根傾斜的連桿來轉動裝有糾偏輥的機架，使帶鋼與輥軸之間形成一定的角度（積分調節部分），同時又能使帶鋼橫向移動（比例調節部分），連桿在進帶端形成一個虛交點；兩者組合構成了比例積分調節，如圖3。這種類型除了對出帶位置進行精確的糾正之外，對進帶也有一定糾正效果。

圖2 積分調節糾偏機架

圖3 比例積分調節糾偏機架

3 生產應用

3.1 設備布置

首鋼京唐某酸軋機組采用EMG 糾偏系統。其生產線由開卷、焊接、酸洗、切邊剪、六輥連軋機等主要過程組成[3]。整條生產線共投入8 套糾偏系統，如表1 所示。其中6 號CPC 和8 號CPC 為高精度糾偏，6 號CPC 保證帶鋼進入切邊剪時保持對中，防止兩側切邊不一致引起跑邊和斷裂，8 號CPC 安裝在軋機入口，目的是保證帶鋼在軋機內沿中心線軋制防止斷帶。

表1 糾偏輥布置

3.2 糾偏系統控制圖

控制框圖如圖4 所示。當帶鋼經過測量框架BMI2-CP 時，兩側的接收線圈信號接入框架內的信號處理板BMI2.11.1，經過處理后通過CANBUS總線傳遞給本地控制柜CPU MCU24.1，CPU 根據位置偏差信號實時運算，從伺服放大板DAU16 輸出0±300 mA 電流信號到液壓伺服閥SV1-10，伺服閥驅動液壓缸動作，直到帶鋼的位置回到中心。液壓缸的位置由KLW 行程傳感器檢測，行程傳感器實際是一個滑線變阻器，該反饋值輸入到控制柜用于顯示和計算[4]。PLC 與控制柜通過硬線接口通訊，系統READY OK、系統報警等用于生產線連鎖，HMI 畫面有帶鋼位置、液壓缸位置、遠程/本地模式、手動/自動/對中模式、兩側移動等顯示和操作按鈕。本地控制柜有操作面板ECU01，經RS232 與MCU24.1 通訊，面板可以更改模式、移動液壓缸，液晶屏可以顯示測量參數、修改設置參數。

圖4 糾偏系統控制框圖

控制柜內模塊，MCU24.1 為CPU，是整個糾偏控制系統的核心，內置控制程序，根據測量位置偏差，實時計算所需的伺服輸出電流值。X1 為程序和參數下載接口，X2 為MCU24.1 與測量框架內信號處理板BMI2.11.1 接口，CANBUS 總線方式，X3 接口是控制柜與現場操作面板ECU01 的RS232 接口。DAU16是模擬輸出模塊，輸出到伺服閥的電流信號和到PLC 的帶鋼位置及液壓缸位置信號。選擇±300 mA電流輸出到伺服閥時，R1 可以調節零點。ADP01.1主要是KLW 信號輸入、PLC 帶速及精調系統KLW信號輸入（雙重糾偏）等，系統內部數字量輸入和輸出等。DEA01 是數字輸入輸出模塊，輸入PLC 系統發出的模式選擇、液壓缸移動信號，輸出當前模式、系統報警、ready 等信號到PLC。

在切邊剪和軋機入口處的糾偏精度要求很高，使用雙重糾偏系統。具體是5 號CPC 與6 號CPC，7號CPC 與8 號CPC 構成雙重糾偏系統。例如5 號CPC 為對中粗調，盡可能大范圍糾正進帶偏差，6 號CPC 為對中精調，小范圍糾正后面的偏差。6 號CPC連續監測帶鋼偏差，并考慮了兩套系統間的帶速和間距，計算出時間差；將6 號CPC 測量的KLW 變化偏差值自動迭加到5 號CPC 修正帶鋼位置，使兩套系統協調工作。由于精調系統糾正偏差量極小，從而能保證精確地將帶鋼直線送入切邊剪。其中，帶速由PLC 經模擬量輸出模塊實時發送至ADP01.1，間距在P034 參數中設置1 638 cm。

3.3 CPC 案例及處理

1）倒車模式優化。酸洗工藝段在長時間停機后，漂洗槽內的帶鋼長時間被脫鹽水浸泡，表面會產生大量銹斑即停車斑，此時需要將漂洗槽內的帶鋼倒回到酸洗槽重新酸洗去斑。本機組設計有自動倒車功能，漂洗槽長度共18 m，倒車時先以20 m/min 速度倒帶18 m，然后以20 m/min 速度正向前進18 m，此時倒車順控執行完畢。倒帶時相當于糾偏輥在檢測框架出口側，這樣輥子移動可能會讓帶鋼偏移越來越大[5]。因此程序設計是，倒車順控開始時，PLC向3 號CPC、4 號CPC 發送對中模式指令倒車18 m，此時糾偏輥處于機械中心不起糾偏作用，正向前進時PLC 向3 號CPC、4 號CPC 發送自動模式指令前進18 m，此時糾偏系統正常糾偏。

2）切邊剪兩側切邊寬度不一致。帶鋼經過切邊剪時，兩側切出的廢邊寬度不一致，當切邊量較小時，一側容易切不到或者出現斷邊、堵邊等。首先測量框架中心是否與產線中心重合，如果不重合，調整P010 參數使系統自動將安裝偏差計算在內。其次，在檢測框架內無帶鋼時，查看操作面板上的兩側帶鋼位置電壓M002 和M003，標準均為9 V。如果不是或偏差較大，調整框架內的信號處理板BMI2.11.1上的電位計R1 和R2，R1 調整放大倍數，R2 調整偏差，直到M002 和M003 的值均為9 V。通過機械位置補償和無帶鋼標定，帶鋼經過切邊剪時兩側切邊量變為一致。

3）通過CPC 檢測偏差優化產線控制程序。5 號CPC 和6 號CPC 為切邊剪前的聯合精調糾偏，當來料鐮刀彎過大時，糾偏輥反復動作，進入切邊剪的帶鋼會出現瞬時偏移量大的情況，經常會造成切邊不良。PLC 實時檢測5 號CPC 檢測框架的帶鋼偏移量，經過一定算法分析，判斷來料鐮刀彎較大時，自動給出限速指令，本機組設計為60 m/min，鐮刀彎低速經過切邊剪，過檢查臺后限速解除。一方面低速時帶鋼與輥面摩擦力加大，減少了跑偏的幾率，另一方面，帶鋼低速運行可以讓CPC 來得及調整，避免反復動作形成震蕩[6]。

5 結語

酸軋機組使用的電感式CPC 對中精度高、便于控制、固定式、非接觸、耐污染、自調節、事故率低，基本可以做到免維護。板材自動糾偏裝置在冷軋酸軋中的廣泛應用，使帶鋼在生產中對中精度大大提高，保證了設備的穩定運行和控制精度，提高了整個機組的生產速度和成品率，減少了故障停機時間，使生產線能夠連續穩定生產。