六輥可逆冷軋機(jī)機(jī)架控制系統(tǒng)

宋曉云

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司 自動(dòng)化部，山東 萊蕪 271104）

1 前 言

近年來，冷軋薄板性能好、品種多、用途廣的優(yōu)點(diǎn)使冷軋薄板生產(chǎn)得到迅速發(fā)展，萊鋼冷軋薄板是萊鋼十一五期間產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重點(diǎn)工程，擁有年產(chǎn)40 萬t 的冷軋生產(chǎn)線，以萊鋼熱軋帶鋼為原料。整個(gè)軋制過程的控制非常復(fù)雜，涉及到速度、厚度、流量以及彈性變形、塑性變形等多變量、強(qiáng)耦合特征。除了核心部分自動(dòng)厚度控制外，機(jī)架的控制也是必不缺少的重要組成部分，主要用來完成厚度及板形等工藝控制和協(xié)調(diào)機(jī)架的相關(guān)順序控制以及優(yōu)化輥縫控制性能等，包括機(jī)架的標(biāo)定、液壓輥縫控制、軋制線調(diào)整、液壓彎輥控制和中間輥橫移控制等［1］。為保證冷軋薄板生產(chǎn)的穩(wěn)定、順行，提供高品質(zhì)服務(wù)，機(jī)架各子系統(tǒng)的控制穩(wěn)定、可靠顯得尤為重要。

2 機(jī)架子系統(tǒng)控制功能

2.1 預(yù)壓靠控制

由于輥縫取決于工作輥的相對位置，因此在每次換輥后須重新確定輥縫的零點(diǎn)，即需要進(jìn)行軋輥預(yù)壓靠。操作人員按下預(yù)壓靠按鈕啟動(dòng)后，預(yù)壓靠全過程將自動(dòng)進(jìn)行，壓下裝置、傳動(dòng)裝置等相關(guān)設(shè)備均處于自動(dòng)受控狀態(tài)，且相互聯(lián)鎖。

預(yù)壓靠開始后，液壓壓下系統(tǒng)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)軋輥接觸，并達(dá)到一個(gè)預(yù)定壓力；然后，傳動(dòng)系統(tǒng)投入工作，使軋輥以慢速轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)繼續(xù)使軋輥達(dá)到預(yù)先設(shè)定的預(yù)壓靠力，并將軋輥位置設(shè)置為0，預(yù)壓靠工作完成。此時(shí)將軋輥上抬，傳動(dòng)系統(tǒng)停止工作。

預(yù)壓靠過程是位置控制和壓力控制相互切換的過程。在位置控制方式，當(dāng)軋輥接觸后，自動(dòng)切換到壓力控制方式，壓靠過程控制流程見圖1。

圖1 預(yù)壓靠控制流程

2.2 液壓輥縫控制

液壓輥縫控制是液壓壓下控制系統(tǒng)的基本功能，通過將液壓缸的位置值與設(shè)定的目標(biāo)值相比較，經(jīng)特定運(yùn)算后，送到伺服閥控制液壓油的流動(dòng)以使位置偏差減少到0。液壓輥縫控制主要包括：位置控制器、軋制力控制器、傾斜控制器、最小軋制力控制、隨動(dòng)控制、傾斜控制、伺服閥控制等。

2.2.1 位置控制

輥縫位置值是傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)液壓缸實(shí)際位置值的平均值，并通過輥縫的校正值進(jìn)行補(bǔ)償。這個(gè)位置控制是通過1 個(gè)P 控制器算法和1 個(gè)積分控制器補(bǔ)償伺服閥的零漂調(diào)整。每個(gè)液壓缸裝配有1個(gè)位置傳感器，測量值傳送到位置控制器?；谝簤汉蜋C(jī)械設(shè)備的特性和能力，F(xiàn)M458 控制器的輸出通過接口轉(zhuǎn)換成一個(gè)模擬量并用于液壓缸伺服閥的動(dòng)作控制［2］。位置測量使用MD50 系列索尼磁尺進(jìn)行實(shí)際位移的測量。

2.2.2 軋輥傾斜控制

機(jī)架每側(cè)的位置傳感器發(fā)出位置—比例脈沖，機(jī)架每側(cè)的連續(xù)脈沖相減作為傾斜控制的實(shí)際位置，多一點(diǎn)的傾斜或少一點(diǎn)的傾斜都會引起機(jī)架中心線的調(diào)節(jié)裝置控制器的改變。這個(gè)傾斜是通過機(jī)架每側(cè)的伺服閥的推拉操作來實(shí)現(xiàn)的?？刂苹芈吩谒欧y的位置控制以及軋制力控制期間是有效的，在標(biāo)定期間且標(biāo)定力達(dá)到后關(guān)閉。

調(diào)整傾斜控制的幅值以獲得較快的響應(yīng)時(shí)間為宜，并確保位置控制或者軋制力控制方式下有足夠的間隔來完成傾斜控制。

2.2.3 軋制力控制

軋機(jī)機(jī)架也可以在軋制力控制方式下進(jìn)行操作，實(shí)際控制值來自液壓缸上的壓力傳感器。

軋制力控制器常用保持機(jī)組的兩個(gè)液壓缸的實(shí)際軋制力值為參考設(shè)定值。軋制力控制器設(shè)計(jì)成PI-控制器以獲得需要的動(dòng)態(tài)性能。軋制力控制程序框圖見圖2。

圖2 軋制力控制程序框圖

2.2.4 隨動(dòng)控制

位置和軋制力可以交替進(jìn)行操作，在正常操作和標(biāo)定的過程中通常使用軋制力控制方式，位置控制方式經(jīng)常用于穿帶操作過程中。確保位置控制方式到軋制力控制方式的平穩(wěn)過渡。將不起作用控制器的給定值和實(shí)際值設(shè)成相等值（使控制器輸入為0），并且控制器的輸出必須與操作過程中的值相匹配，確保在任何時(shí)候無沖擊切換。

在正常的操作過程中，自動(dòng)化系統(tǒng)依據(jù)操作條件從切換位置控制到軋制力控制或者從軋制力控制到位置控制。

2.3 軋制線調(diào)整

軋制線高度調(diào)整的作用是換輥后保持軋制線標(biāo)高恒定，并補(bǔ)償輥徑變化。采用階梯板加斜楔方式，其中階梯板起軋制線高度粗調(diào)作用，斜楔起到精調(diào)作用。斜楔和階梯板的調(diào)節(jié)必須是在換輥狀態(tài)下，且支撐輥平衡釋放。通過兩個(gè)比例閥分別控制斜楔調(diào)整液壓缸和階梯板液壓缸。

軋制線垂直方向的高度H 根據(jù)上支撐輥、上中間輥、上工作輥的輥徑計(jì)算得出。每次換完新的軋輥后，上支撐輥直徑、上中間輥直徑、上工作輥直徑的數(shù)值由操作人員根據(jù)實(shí)際使用輥徑的大小從人機(jī)畫面中輸入對應(yīng)的數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)根據(jù)下式計(jì)算出H的數(shù)值：

其中：L為軋制線至牌坊上橫梁下表面的距離，3047.5 mm；DTOP BR為上支撐輥直徑，1150～1300 mm；DTOP IR為上中間輥直徑，440～490 mm；DTOP WR為上工作輥直徑，385～425 mm；h為上支撐輥中心到上輥墊塊的距離，1055 mm。

斜楔和階梯板在右極限位置時(shí)整個(gè)調(diào)整裝置在牌坊窗口內(nèi)的實(shí)際高度為387.5 mm，是常數(shù)。H減去387.5 mm就是階梯板、斜楔垂直方向總的調(diào)整量L01。階梯板每級高度30 mm，共6級，每上一級階梯板移動(dòng)距離為150 mm，斜楔斜度為5∶100。出階梯板的移動(dòng)距離L03和斜楔的位移L02計(jì)算公式為：

控制系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算出的L03、L02和相關(guān)的聯(lián)鎖條件適時(shí)發(fā)出移動(dòng)命令，控制斜楔和階梯板移動(dòng)到指定的位置并鎖定。

在實(shí)際使用過程中，階梯板、斜楔的實(shí)際位移數(shù)據(jù)的采集使用MTS 位移傳感器進(jìn)行測量處理，MTS 位移傳感器具有精度、分辨率高，重復(fù)性好，穩(wěn)定可靠，壽命長，安裝方便，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，使用至今，效果較好。

2.4 彎輥竄輥控制

彎輥控制是將彎輥液壓缸產(chǎn)生的力通過軋輥的軸承座傳遞到工作輥上，使軋輥受到一個(gè)彎輥力，以此調(diào)節(jié)有載輥縫，達(dá)到控制板形的目的。彎輥控制用來補(bǔ)償由于軋制力的改變、溫度特性、帶鋼板形等引起的輥縫輥形偏差［3］。

2.4.1 彎輥控制系統(tǒng)

萊鋼單機(jī)架冷軋機(jī)的彎輥分為工作輥液壓彎輥和中間輥液壓彎輥。工作輥液壓彎輥有液壓正彎和液壓負(fù)彎，彎輥力為-360～+720 kN；中間輥只有液壓正彎，彎輥力為0～+360 kN。在軋輥凸度不足或磨損情況下可以采用正彎，增大軋輥凸度，防止帶鋼邊浪；而負(fù)彎可以減少軋輥有效凸度，防止帶鋼中間浪。彎輥系統(tǒng)由PI控制器回路組成，液壓伺服閥系統(tǒng)為不同的液壓缸供油。

2.4.2 中間輥橫移系統(tǒng)

萊鋼冷軋機(jī)屬于HC 軋機(jī)，是一種高精度板形控制軋機(jī)，是六個(gè)軋輥垂直排列、中間輥可軸向移動(dòng)的板帶軋機(jī)。中間輥移動(dòng)距離與彎輥力的最佳配合，一定程度上減少了普通四輥軋機(jī)在結(jié)構(gòu)上、板寬范圍外、支撐輥與工作輥間的接觸壓力形成的有害彎矩，具有很強(qiáng)的板形控制能力，可實(shí)現(xiàn)軋機(jī)橫向剛度無限大，使軋輥輥型不受軋制力變化的影響，減少帶鋼邊部減薄量和裂邊，保證帶材有良好的板形，可以軋制高精度的薄帶鋼，具有大壓下量、生產(chǎn)率高、輥耗少、高成材率等優(yōu)點(diǎn)。

通過軋輥軸向的橫移，改變輥?zhàn)拥耐苟?，從而擴(kuò)大工作輥輥縫板形的設(shè)定范圍，可以得到更優(yōu)化的帶鋼平直度并減少斷帶概率。軋輥的移動(dòng)是對稱的，上輥和下輥各通過兩個(gè)液壓缸傳動(dòng)，所有的軋輥通過一個(gè)位置控制器和一個(gè)附加同步控制器控制。

3 結(jié) 語

生產(chǎn)實(shí)踐證明，萊鋼冷軋機(jī)整個(gè)機(jī)架的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，滿足了生產(chǎn)工藝要求，自動(dòng)化程度高，操作維護(hù)方便，為冷軋帶鋼的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

不足之處是中間輥橫移系統(tǒng)由于液壓設(shè)計(jì)為1個(gè)液壓閥控制2個(gè)液壓缸，同步性、保壓性能不是很好，在生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)下中間輥在無控制輸出時(shí)自己竄動(dòng)的情況。準(zhǔn)備和液壓系統(tǒng)一起進(jìn)行改造，改為1 個(gè)液壓閥控制1 個(gè)液壓缸，那樣就會避免搓輥，保證輥系穩(wěn)定。

［1］孫一康，童朝南，彭開香.冷軋生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

［2］孫一康，王京.冶金過程自動(dòng)化基礎(chǔ)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

［3］時(shí)旭，劉相華，王國棟，等.彎輥力對帶鋼凸度影響的有限元分析［J］.軋鋼，2006，23（3）：10-13.