可逆冷帶軋機(jī)厚度控制系統(tǒng)改造

李寶文，楊蘊(yùn)鴻

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

可逆冷帶軋機(jī)厚度控制系統(tǒng)改造

李寶文1，楊蘊(yùn)鴻2

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

介紹了使用液壓缸、PLC、伺服閥、測(cè)厚儀等對(duì)早期單機(jī)架四輥可逆冷帶軋機(jī)電動(dòng)壓下、模擬控制的厚度控制系統(tǒng)的改造方法。改造后的設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，且安全可靠。

可逆冷軋機(jī)；厚度控制；AGC；伺服閥

上世紀(jì)70年代單機(jī)架四輥可逆冷帶軋機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“可逆冷軋機(jī)”)的壓下普遍采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿絲杠傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)壓下；采用模擬電路實(shí)現(xiàn)厚度自動(dòng)控制。存在控制精度低、產(chǎn)品表面質(zhì)量差、成材率低、可靠性差、效率低等問(wèn)題。為此，提出可逆冷帶軋機(jī)厚度控制系統(tǒng)改造方案，以滿足市場(chǎng)對(duì)窄帶鋼的質(zhì)量要求。

一、改造方案

首先，改原來(lái)的電動(dòng)壓下為液壓壓下。拆除原軋機(jī)壓下電動(dòng)機(jī)、蝸輪、蝸桿、絲杠，在機(jī)架內(nèi)安裝液壓缸，配備電液伺服閥、液壓站。其次，用上位計(jì)算機(jī)、PLC、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字檢測(cè)器、執(zhí)行器等裝置組成集散式計(jì)算機(jī)厚度控制系統(tǒng)代替原有的模擬厚度控制系統(tǒng)。最后，利用數(shù)字系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，采用多種先進(jìn)的厚度控制方式實(shí)現(xiàn)高精度、全液壓厚度自動(dòng)控制。

二、全數(shù)字液壓AGC控制系統(tǒng)的組成及功能

可逆冷軋機(jī)液壓壓下厚度控制系統(tǒng)是全數(shù)字控制系

統(tǒng)，系統(tǒng)采用了兩級(jí)式計(jì)算機(jī)控制結(jié)構(gòu)，如圖1所示，上、下位機(jī)之間通過(guò)基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)進(jìn)行通信。

1.上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要承擔(dān)最優(yōu)軋制規(guī)程的計(jì)算和系統(tǒng)的人機(jī)聯(lián)系。軋制規(guī)程的計(jì)算是上位機(jī)系統(tǒng)中最重要的內(nèi)容之一，系統(tǒng)將根據(jù)來(lái)料的厚度、寬度、鋼種、成品的目標(biāo)厚度等數(shù)據(jù)，計(jì)算可逆軋機(jī)的軋制道次及各道次出口厚度目標(biāo)值、相應(yīng)的軋制力初始值及缸位置初始值等參數(shù)，并由基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)自動(dòng)送給下位計(jì)算機(jī)。上位機(jī)從下位機(jī)讀取軋機(jī)當(dāng)前的工作狀況等參數(shù)，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(shù)據(jù)。作為人機(jī)接口，上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)和控制信息，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值對(duì)設(shè)定模型進(jìn)行適當(dāng)修正、 完成生產(chǎn)記錄及質(zhì)量報(bào)表的打印等。

2.下位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

下位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是厚控系統(tǒng)的核心部分，其系統(tǒng)的組成主要包括：S7-400 主機(jī)，內(nèi)裝高精度的模擬量輸入輸出模塊、 高速計(jì)數(shù)器模塊、數(shù)字量及脈沖量輸入輸出模塊、 開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊等硬件。位置信號(hào)的檢測(cè)采用高精度 Sony磁尺，厚度信號(hào)的檢測(cè)采用镅同位素射線測(cè)厚儀，速度信號(hào)的檢測(cè)采用高精度光電編碼器。在控制柜里裝有插有現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)調(diào)理板、 功率放大板等模擬電路板的機(jī)籠。操作臺(tái)上有工作方式選擇鍵、道次選擇鍵、預(yù)控加或不加選擇鍵、壓下增、減等按鈕開(kāi)關(guān)供操作工操作。下位計(jì)算機(jī)的主要功能和任務(wù)如下。

(1)與上位機(jī)通信。下位機(jī)根據(jù)上位機(jī)命令，通過(guò)基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)電纜遠(yuǎn)距離采用光纜，近距離采用雙絞線，使用交換機(jī)技術(shù)，通信頻率為10/100Mb/s。S7-400采用以太網(wǎng)通信模板CP 443-1，接收上位機(jī)送來(lái)的軋制規(guī)程表。

(2)在軋制過(guò)程中對(duì)軋機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線控制，即時(shí)采集、發(fā)送各種模擬量信號(hào)、數(shù)字量信號(hào)及脈沖量信號(hào)(包括軋機(jī)兩側(cè)軋制壓力、入口和出口厚度、兩側(cè)缸位移、入口和出口速度等)。

(3)根據(jù)操作臺(tái)上的操作命令，完成軋機(jī)的預(yù)壓靠、輥縫擺零。

(4)進(jìn)行厚度閉環(huán)監(jiān)控、厚度預(yù)控和壓下位置或壓力閉環(huán)控制，并通過(guò)伺服閥控制液壓缸驅(qū)動(dòng)軋輥實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼厚度的實(shí)時(shí)控制。

(5)定時(shí)向上位機(jī)、操作臺(tái)及機(jī)旁操作箱發(fā)送軋機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)或數(shù)據(jù)信號(hào)。

三、全數(shù)字液壓AGC控制策略

圖2為液壓AGC系統(tǒng)的功能框圖。由于采用了全數(shù)字計(jì)算機(jī)控制，可以方便地使用目前成熟先進(jìn)的AGC控制策略。這些控制算法均由下位計(jì)算機(jī)軟件編程實(shí)現(xiàn)。

圖1 全數(shù)字液壓AGC計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2 液壓AGC系統(tǒng)框圖

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

式中：p0—預(yù)壓靠軋制力；

K—軋機(jī)剛度系數(shù)。

為消除各種原因造成的厚度偏差，根據(jù)軋制時(shí)的彈塑性曲線，可采用壓力AGC、監(jiān)控AGC、預(yù)控AGC、流量AGC、張力AGC等各種不同的厚度控制策略。

AGC系統(tǒng)的主要功能有：壓力AGC、監(jiān)控AGC、預(yù)控AGC、流量AGC、張力AGC、軋制規(guī)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(jiān)控AGC與張力AGC不能共用，只能選擇其一工作。一般是選用監(jiān)控AGC，只有在軋制極薄帶材時(shí)才選用張力AGC。

四、應(yīng)用效果

550mm帶材冷軋機(jī)改造項(xiàng)目于2008年6月23日正式驗(yàn)收交付使用。從運(yùn)行的生產(chǎn)情況來(lái)看，各項(xiàng)產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)到改造要求，一次成品率均達(dá)到工藝要求。改造后的550mm帶材冷軋機(jī)產(chǎn)品厚度可達(dá)到0.2～2.0mm，厚度公差均達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，對(duì)個(gè)別有特殊要求的產(chǎn)品也可基本達(dá)到，產(chǎn)品的板型、同板差有所減少。軋機(jī)改造后還節(jié)約了大量的電費(fèi)和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。通過(guò)測(cè)算，改造后每年可節(jié)約電費(fèi)約30萬(wàn)元。

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2013-12-31)