酸洗軋機聯合機組中多閉環控制的運用研究

趙昆 張巍

（河北鋼鐵集團邯鋼公司，河北 邯鄲 056000）

前言

邯鋼邯寶冷軋廠酸軋機組選用德國SMS 公司的酸洗-軋機聯合機組。電氣控制采用德國Siemens 自動化公司S7-400 以及SIMATIC TDC 控制器。為保證焊機在焊接的過程中酸洗段能夠正常運行以及開槽機和圓盤剪在開槽或者進刀時酸洗段和軋機能正常運行，加入了入口活套、1 號出口活套和2 號出口活套來儲存帶鋼，用以實現連續生產。其中冷連軋機選用CVC+五機架六輥串列冷連軋機組，板形自動控制技術。

一、機組概況

該機組采用德國最先進的米巴赫激光焊機對帶鋼頭尾部分進行焊接，酸洗工藝選用鹽酸淺槽紊流酸洗，其中酸槽入口設有破鱗機，酸洗出口采用高精度轉臺式切邊剪，加入三個活套用以存儲帶鋼，用以實現連續生產。其中流程之間都安裝了一個KELE張力計來對所產生的張力進行實時控制，確保整個酸洗流程能實現生產節奏的有效控制，實現帶鋼的穩定輸送[1]。機組冷軋機選用六輥5 機架串列冷連軋機組，其中除了每個機架的工作輥正負彎輥功能之外，6 輥軋機中間輥還配備了自動竄輥功能。其中帶鋼在進入軋機之前要經過測厚儀、焊縫檢測儀，然后通過軋機前入口段的帶鋼糾偏裝置以及三輥張緊穩定裝置，隨后才進入軋機軋制。其中可通過測厚儀對帶鋼進行厚度、寬的固定周期，測量帶鋼的凸度情況。在1 機架前后還通過設置激光帶鋼測速儀來實現帶鋼的秒流量控制，5 機架出口處安裝板形輥實現對成品帶鋼的板型控制。

二、酸洗軋機聯合機組中的多種閉環控制

在酸洗軋機聯合機組的生產過程，需要滿足生產過程中多樣化的生產需求（酸洗效果、成品厚度、板型）等，同時需要保證在整個生產過程中系統的穩定運轉，涉及目標多、要求多樣化，故而需要用到多閉環控制，用以實現生產過程的標準化。從整個酸洗過程看，整個過程可分為酸洗段控制與軋機段控制，酸洗段控制主要依靠電機傳動、酸洗液流量與加熱實現；軋機段控制主要依靠電機傳動、液壓壓下、乳化液噴淋等多種手段綜合實現[2]。實現酸洗冷連軋機組中的多閉環控制，有助于在整個生產過程中實現整個控制系統的良好運行，實現各個控制環節處于一種相互依存，又相互影響狀態。

（一）控制系統中的多閉環節

酸洗冷連軋機組的控制系統主要采用速度閉環控制、直接張力閉環控制、間接張力閉環控制、厚度閉環控制以及板形閉環控制等多個閉環控制環節。速度閉環控制與間接張力閉環是酸洗段主要采用的閉環控制環節，而軋機段所采用的閉環控制包括以上所述。在整個控制系統中，所述的閉環控制環節均由MS 控制器配合交、直流傳動裝置與液壓伺服系統實現[3]。

1.速度主令控制環節

速度主令控制環節，又稱速度控制環節。其中分為單傳動速度控制和多傳動速控制。單傳動速度控制是整個冷連軋機生產控制的基礎環節，其主要采用的控制方式主要為常規速度－轉矩雙閉環控制，通過響應時間的快慢分別控制系統設備的內環、外環。首先系統通過速度給定換算直接將速度給定發送給傳動裝置，然后再由傳動裝置來驅使電機轉動，通過電機上的測速編碼器來給系統進行反饋達到整個控制環節的速度調節。其中整個調節系統為典型的PI 調節系統。在實際生產過程中單純的PI 調節系統很難在進行調整，再加上冷軋生產線所涉及的張力、慣量、摩擦等多個負載因素，都非常容易導致系統出現滯后性等現象，容易造成系統超調和欠調。因此在實際生產環節中加入了轉矩控制這一環節，由PLC 系統根據設備的實際運行情況計算出所需的附加轉矩提供給傳動裝置，然后加快設備系統轉矩的變化來降低整個速度控制環節所出現的異常波動，以此提高整個速度控制環節的控制精度。而多傳動控制主要應用于張力耦合的2 個或多個設備的傳動控制。其在整個酸洗冷連軋機組中主要用于機組的S 輥上、下輥的傳動控制，通過對整個張力系統進行控制，使得液壓輥縫能夠精確地對帶鋼第一機架的出口厚度調節控制,從而可獲得更加精確的軋制出口厚度以及防止帶鋼表面出現皺褶與劃痕。帶鋼在經過張力輥時主要包裹在襯膠的輥子表面，而電機輸出過程中的轉矩主要用于產生帶鋼與輥面的靜摩擦轉矩，使得帶鋼上形成一定的前后張力。因此，在張力輥的運行過程中，應保證上、下輥速度與轉矩環節以其中一個輥子作為運行過程的速度基準，另一個輥子在擁有速度基準輥運行轉矩的基礎上進行速度跟隨，確保兩臺輥子之間的補償量科學合理。

2.間接張力閉環控制環節

間接張力控制在生產過程主要應用于帶鋼開卷、輸送和卷取這一工作區段，確保帶鋼的張緊狀態，防止帶鋼表面出現劃損現象。再生產過程中，為確保帶鋼在張緊狀態不發生塑性變形，需要開卷機、張力輥、卷取機等相關設備等電機輸出轉矩應用于建造帶鋼張力的基礎上，確保帶鋼與相關設備接觸面接觸時可以通過相關設備的電機轉矩換算出帶鋼在接觸時所受到的張力大小，而系統就可以通過這類換算達到控制電機轉矩、張力閉環控制的作用。在實際成產過程中，可將設備中的張力給定劃算環節接入PLC 的張力給定單元，形成一個典型的間接張力冷軋控制系統，通過將張力給定換算環節的給定張力值換算成相關的電機轉矩值，防止設備在生產過程出現失張或者電機升速現象。通過將張力轉矩的給定值作為整個設備速度調節過程中的輸出轉矩限定幅度，使得整個速度的調節過程能夠出現飽和現象，通過將速度調整環節中的給定值略微進行調整使其略高或者略低于實際運行速度，使得速度調節過程中的輸出轉矩與張力轉矩給定值相符合。

3.ATC 閉環控制

在機組的冷軋軋制環節，控制機架之間的張力對帶鋼軋制過程中的穩定性、板型情況、厚度指標有著一個極其重要的作用。因此，在實際的生產過程中需要在整個機組的冷軋軋制機架之間設置一套用于控制機架之間的張力的控制系統，即ATC 自動張力控制系統。通過ATC 控制系統改變冷軋機組之間相鄰兩個機架帶鋼入口線與帶鋼出口線的速度之差來減少機組相鄰兩座機架之間的帶鋼張力，通過改變相鄰兩座機架之間的帶鋼張力速度差，從而使得機組軋制環節的工藝參數發生變化，相鄰兩架機架之間的張力也會發生變化，當張力反饋量發生相應變化時，通過ATC 系統的張力調節器來調節張力的輸出量，使得機架之間的電機運行速度發生改變，從而使相鄰兩架機架之間的張力值恢復到原來的大小。其次，還可以通過ATC 系統的閉環控制來調整機架之間的壓下量來達到調節機架之間鋼帶張力的效果。在實際生產過程中，通過調節壓下量來保持張力恒定，是整個ATC 閉環控制環節基礎。

4.板型閉環控制

在生產過程中，帶鋼的板型是決定冷軋帶鋼質量的基礎前提，對后續的生產工序有著一定的影響作用。在邯鋼邯寶冷軋廠的酸洗-軋機聯合機組，其主要通過板形自動控制技術來實現板形的自動閉環控制。其中可通過調節機組中工作輥的正負彎輥來實現工作輥的撓度變化，避免帶鋼出現中間浪和兩邊浪這一缺陷。或者還可以通過這一系統實現帶鋼寬度、厚度以及材質的有關適應系數的改變，調節彎輥調節量的輸出，使得整個機組效果的調節效果最大化。其次還可以通過控制系統壓下的單側擺動幅度，調節帶鋼單邊的壓下量來實現帶鋼單邊浪的消除。而板型閉環控制主要通過內涵的板型控制模型來實現對不同權重的壓下傾斜、工作彎輥以及乳化液分段冷卻的控制。

（二）控制系統中多閉環節的同步關系

在上述所敘述的多種閉環控制環節是邯鋼邯寶冷軋廠的酸洗-軋機聯合機組的自動控制系統當中控制環節的集中體現。在實際的生產調試環節中，需要運用到多個控制環節在相同的時間、空間內交錯運行來實現對整個生產流程的閉環控制。在此之前，還需要對各個環節的控制周期以及信號反饋周期進行同步驗證，減少其反饋過程出現的相位差，控制整個環節同步進行，避免整個控制環節出現問題，確保整個控制系統達到良好的控制狀態。因此，在整個系統進行同步的過程中，需要將各個控制環節的同步關系理清楚，將實際技術與理論模型相結合，建立一套相應的相位數學模式，確保整個系統的控制同步[4]。在整個生產過程中多控制環節的聯結工作中，可將生產過程中的主要控制環節調劑系統放開，將輔助控制環節的調節系統做出一定的限制，從實際反饋回來的數據出發，將輔助控制環節設置合理。例如，在酸洗冷軋聯合機組中對5 機架的壓下量進行調整時，需要用到多個控制環節，其中的ATC、TDC 都是5 機架的壓下調整的輔助控制手段，需要將上述多個調整手段相結合達到一個多閉環控制效果。在此同時還需嚴格把控其中每個環節的控制力度，避免因為一個環節的失效，影響到其他環節的控制效果。

結語

多閉環控制效果的應用，使得酸洗冷連軋機在生產過程中可以精確的實現對于成品帶鋼厚度、板形等重要指標地把控，實現生產成本投入的減低，實現生產過程的精準化。將多閉環控制環節應用的生產中，有利于實現各生產段控制環節的有序結合，使得整個環節成為一個有序的整體