熱軋定寬機夾送輥自動控制研究

李成成

（唐山鋼鐵集團有限責任公司，河北唐山 063000）

0.引言

熱軋卷板產線為提高鑄坯成材率以及卷板寬度控制精度，在粗軋區域入口安裝有壓力定寬機（SSP），主要通過錘頭的擊打使板坯達到預設的減寬量，另外，經過二級系統模型計算對板坯頭部、尾部有減寬短行程控制，使得板坯形成預設的“狗骨頭”形狀，從而提高在后續平輥軋制過程中的板型控制精度，板坯上下表面在錘頭擊打的過程中受力發生形變，從而導致上下表面氧化鐵皮更容易脫落，因此改善了板坯表面質量。從定寬機入口至定寬機出口板坯的傳送主要依靠輥道與入口、出口夾送輥、出口入口導輥，定寬機錘頭能否正確擊打至板坯預設位置，出口、入口夾送輥起決定性作用，所以我們展開對定寬機入口、出口夾送輥自動控制進行研究。

1.定寬機出口、入口夾送輥的機械結構組成

每組夾送輥由上夾送輥和下夾送輥兩根輥組成，入口下夾送輥為固定輥，不可以進行上下調節，安裝位置高于軋制線10mm，由變頻電機通過齒輪箱驅動，入口上夾送輥為從動輥（無電機驅動），通過伺服閥控制的液壓缸實現與下夾送輥的輥縫調節，入口夾送輥控制方式有2種，一種是位置閉環控制，另一種是壓力閉環控制[1]。

出口下夾送輥與出口上夾送輥均可以分別由伺服閥控制的液壓缸進行上下調節，通過液壓缸中安裝的絕對值位置傳感器進行實時的位置反饋，實現了位置閉環控制，與入口夾送輥相同，PLC通過板坯頭部及尾部的位置跟蹤進行位置閉環控制與壓力閉環控制的切換，夾送輥液壓控制原理示意圖如圖1所示。

圖1 夾送輥液壓控制原理示意圖

2.定寬機入口、出口夾送輥的控制方式

夾送輥配合入口、出口輥道為實現板坯在傳動過程中的精準定位，需要兩種控制方式，其一是主動傳動過程中的自動速度控制，其二是上下位置調節的輥縫自動控制，下面分別就這2種控制進行介紹。

2.1 夾送輥自動速度控制

定寬機在自動模式下有以下2種模式：（1）定寬模式，該模式下鋼坯在定寬機中以走、停的模式通過，每次錘頭完成當前位置的擊打，夾送輥則啟動一次，將板坯下一次的擊打位置傳送到錘頭的垂直位置；（2）直通模式，該模式下板坯不定寬，直接通過定寬機，夾送輥作用類似于輥道，保證板坯順利直通經過定寬機內部[2]。

在定寬模式時夾送輥速度為走停控制模式，也可以說是位置APC控制，走停步距設定由二級進行計算，實際走過的距離PLC根據夾送輥電機尾部的PLG積分運算獲得，為保證步距的精準度，夾送輥速度設定根據查表方式進行設定，前段（0°～130°，0s～0.435s）升速，后段（130°～240°，0.435s～0.87s）減速，描點速度設定曲線如圖2所示。

圖2 夾送輥走停模式速度設定曲線

夾送輥停止轉動的間隙，操作側與傳動側對稱的錘頭同步對板坯側面進行擊打，板坯經過錘頭擊打，會在縱向延伸，為防止夾送輥反轉造成跟蹤距離不準，所以此時將夾送輥速度控制模式切換至“光滑速度控制”模式，也就是通過傳動的轉矩控制環將轉矩降低至正常轉矩的10%，夾送輥目標位置設定為當前位置，為的是保證鋼坯停在當前位置，轉矩給定控制曲線如圖3所示。

圖3 轉矩控制給定曲線

入口下夾送輥與出口下夾送輥電機尾部安裝有PLG編碼器，該速度積分用于板坯頭部、尾部位置跟蹤，主要原理是：PLC每個掃描周期夾送輥轉過的直線距離=PLC的掃描周期時間×角速度反饋×ΠD（夾送輥直徑），所以PLC觸發啟動跟蹤之后，理想狀態下該積分值即為板坯走過的時間距離。

2.2 夾送輥輥縫自動控制

定寬機有2種操作模式即定寬模式與空過模式，顧名思義定寬模式即在板坯通過時錘頭進行擊打減寬，空過模式即錘頭不進行擊打板坯直接通過定寬機。在定寬機投入時夾送輥有2種控制模式即位置閉環控制與壓力閉環控制，根據板坯實際跟蹤位置進行自動切換，保證板坯在傳送的過程中實際走過的距離與PLC跟蹤距離保持一致是控制的關鍵，下面分別就定寬機的2種模式對夾送輥的控制進行研究。

2.2.1 定寬機為定寬模式

對于入口夾送輥，上下輥面的距離即為入口夾送輥的輥縫，在定寬模式下，入口夾送輥預設輥縫比板坯厚度小10mm，板坯靠輥道傳送的力量撞入入口夾送輥，此時該沖擊力會使入口上夾送輥輥縫調節液壓缸活塞側壓力瞬間上升，液壓缸活塞側安裝有壓力傳感器（HP02BD1），檢測到壓力瞬間超過設定閾值時，PLC認為板坯頭部已咬入入口夾送輥，此時檢得的上升沿信號觸發板坯在定寬機內部的位置跟蹤程序，此位置跟蹤準確性要求較高，一方面會影響入口導輥、出口導輥、出口夾送輥轉換壓力閉環控制；另一方面用于板坯在定寬機內部“走、停”APC控制[3]。

板坯頭部咬入入口夾送輥后此時PLC將入口夾送輥由位置控制轉換至壓力控制，保證鋼坯在運送過程中不會打滑。板坯尾部離開入口夾送輥瞬間因此時仍為壓力控制，會造成入口上夾送輥輥縫瞬間變小，達到設定閾值此時PLC認為尾部已離開入口夾送輥，對于板坯頭部位置跟蹤也就由入口夾送輥轉速積分轉換至出口夾送輥，入口夾送輥從壓力控制轉換為位置控制，保持當前的輥縫不變，等到當前板坯離開定寬機區域后，PLC接到下一塊板坯的設定信息，此時入口夾送輥進行APC調節，為下一塊板坯做準備。入口夾送輥機控制切換流程如圖4所示。

圖4 入口上夾送輥控制方式切換流程圖

出口夾送輥輥縫分為上夾送輥輥縫與下夾送輥輥縫，定寬機出口輥道上表面為輥縫基準面，上夾送輥下表面至出口輥道上表面的距離為上夾送輥輥縫，定寬機出口輥道上表面與下夾送輥上表面的距離為下夾送輥輥縫。

等待板坯時出口下夾送輥與定寬機出口輥道上表面齊平，上夾送輥輥縫為板坯厚度+40mm，上下夾送輥均是位置控制方式，根據入口夾送輥觸發的板坯頭部位置跟蹤，當頭部跟蹤位置已進入出口夾送輥100mm，此時觸發出口上夾送輥下落，當出口上夾送輥位置檢測超過1000ms沒有變化時，證明已接觸鋼坯，此時出口上夾送輥由位置控制轉換為400kN的壓力控制，通過此壓力上下夾送輥將板坯壓緊，保證板坯在傳動的過程中無滑動。當板坯尾部離開出口夾送輥時，同樣因為此時出口夾送輥為壓力閉環控制，夾送輥位置會突然下落，根據此條件PLC認為板坯尾部已離開出口夾送輥，此時再重新回到位置環保持當前位置不變，待當前板坯離開定寬機區域后，二級下發下一塊板坯相關信息，此時定寬機出口夾送輥預擺至下一塊板坯的設定位置，為下一塊板坯的進入做準備。出口夾送輥控制方式切換如圖5所示。

圖5 出口夾送輥控制方式流程圖

2.2.2 定寬機為直通模式（空過定寬機）

直通模式鋼坯直接通過定寬機（定寬機錘頭主電機不轉動），此時入口、出口夾送輥是否投入取決于板坯長度，當板坯長度低于6m時，類似于定寬控制模式由咬入前的位置控制轉換為壓力閉環控制，需要借助入口、出口上下夾送輥的嚙合力傳送板坯，當板坯長度大于6m時入口、出口上夾送輥均打開至最大，僅靠下夾送輥配合入口、出口輥道傳送板坯[4]。

3.結語

定寬機與粗軋機大立輥作用都是對板坯進行減寬控制，但定寬機減寬后在板坯橫切面形成的狗骨頭形狀明顯要比大立輥減寬后的狗骨頭形狀小，在平輥軋制后形成的魚尾形狀有明顯的改善，提高了成材率，另外軋線對于鑄坯的規格要求也可以大大放寬，提高了直裝率，達到節能的效果，所以對于熱軋產線定寬機作用重大，對于定寬機的控制系統要進一步進行深入研究。