寬厚板軋機(jī)輥縫自動控制關(guān)鍵補(bǔ)償策略

王 濤，劉 剛，劉玉玲

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司 寬厚板廠，山東 濟(jì)南250101）

1 前言

厚板軋機(jī)輥縫控制技術(shù)是決定軋鋼自動化水平的關(guān)鍵因素，良好的輥縫控制能保證鋼板同板差較小、平直度較好及產(chǎn)品性能優(yōu)良。目前，國內(nèi)外寬厚板軋機(jī)均采用輥縫自動補(bǔ)償控制（AGC）技術(shù)，AGC作為軋機(jī)輥縫控制的核心，其原理是根據(jù)軋機(jī)彈跳曲線及鋼板性能塑性曲線決定輥縫的設(shè)定曲線，采用閉環(huán)控制使HGC液壓缸實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償。但AGC發(fā)揮的好壞不僅僅取決于軋機(jī)的彈跳與鋼種的塑性，由于寬厚板軋機(jī)具有負(fù)荷沖擊大、機(jī)械間隙較大等特點(diǎn)，全面考慮影響輥縫的因素并加以補(bǔ)償是保證AGC效果的關(guān)鍵。

2 幾種控制補(bǔ)償技術(shù)

2.1 油膜軸承補(bǔ)償

軋機(jī)支承輥?zhàn)鳛檐堓亗鲃拥谋粍虞?，具有較大的直徑，當(dāng)其轉(zhuǎn)動時，支承輥軸部轉(zhuǎn)動部分會與軸承座間形成一定厚度的油膜，油膜的厚度理論上是均勻的，但由于軋機(jī)其余機(jī)械力的存在導(dǎo)致實(shí)際油膜是不均勻的，表現(xiàn)在轉(zhuǎn)動過程中使支承輥轉(zhuǎn)動半徑呈周期性的橢圓型，不考慮該因素的影響，軋制的鋼板表面呈等間隔的波浪狀，且波浪的周期與支承輥直徑相吻合。因此，軋機(jī)輥縫的控制一般都需要進(jìn)行油膜軸承補(bǔ)償環(huán)節(jié)。一般油膜補(bǔ)償如公式（1），其結(jié)果直接作用在HGC的給定值。

式中：a，b，Offset為待定系數(shù)，需要根據(jù)實(shí)際進(jìn)行調(diào)整；Vcal為主傳動標(biāo)定速度；Vact為主傳動實(shí)際速度；XFr為實(shí)際的軋制力。

2.2 頭部沖擊補(bǔ)償因素

由于寬厚板軋機(jī)的大負(fù)荷特點(diǎn)，鋼板在咬鋼過程中一般存在較大的沖擊，從而導(dǎo)致HGC液壓油瞬間被壓縮。如果忽略沖擊的存在，根據(jù)AGC的閉環(huán)控制特點(diǎn)，在輥縫閉環(huán)調(diào)整的初期容易出現(xiàn)超調(diào)與震蕩，導(dǎo)致鋼板頭部存在明顯的薄點(diǎn)與頭部波浪區(qū)。所以在鋼板頭部咬入一定時間之內(nèi)，需要附加給HGC一個油柱壓縮補(bǔ)償值，其效果就是在咬鋼之前輥縫稍微調(diào)小，以抵消鋼板頭部受沖擊導(dǎo)致頭部厚度異常的現(xiàn)象，其通用補(bǔ)償值計(jì)算公式為：

其中：HOCCO為補(bǔ)償值；AreaHGC為液壓缸活塞側(cè)面面積值；WFrL2給定為二級模型預(yù)計(jì)算軋制力值；XFr為實(shí)際軋制力；Xsscottapse為鋼板頭部模型預(yù)計(jì)算位置；Xss當(dāng)前相對位置為實(shí)際位置值。

通常情況下，頭部沖擊補(bǔ)償為V型曲線，不同厚度不同鋼種的頭部補(bǔ)償曲線都不同，國內(nèi)比較成熟的二級模型控制系統(tǒng)均會考慮不同鋼板的頭部補(bǔ)償區(qū)與補(bǔ)償值。

2.3 油柱壓縮補(bǔ)償系數(shù)

鋼板咬鋼以后，由于軋制力的持續(xù)存在使液壓缸的油柱被壓縮，導(dǎo)致油柱高度減小，為了更精確和快速調(diào)整HGC的位置，HGC的輸出將會乘以油柱壓縮補(bǔ)償系數(shù)，這個系數(shù)只是影響HGC給伺服閥的輸出，并不直接附加到給定位置或者實(shí)際位置上，它的作用相當(dāng)于提高了液壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度，減小整個系統(tǒng)的時滯。這個系數(shù)和油柱的高度、液壓油的黏稠度等都有關(guān)系。

2.4 伺服閥線性補(bǔ)償系數(shù)

根據(jù)流體力學(xué)的原理，伺服閥即使在同一開口度下，如果液壓油的壓力不同，液壓油的流速也不同。在軋鋼的時候HGC是根據(jù)給定位置控制的，HGC給伺服閥的輸出是通過實(shí)際位置和給定位置的差值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的，當(dāng)液壓缸受力很大的時候，液壓油的流速變慢，伺服閥的調(diào)節(jié)速度就變慢，整個系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間變長，使AGC的控制特性變壞，甚至產(chǎn)生震蕩。為避免這種情況的發(fā)生，需要在原來的伺服閥開度給定的基礎(chǔ)上乘以一個新的系數(shù)來增加或者減小伺服閥的開度，進(jìn)而提高HGC的調(diào)節(jié)速度。

2.5 RAC補(bǔ)償

RAC又叫軋輥位置控制，其作用是為了防止軋件出現(xiàn)“鐮刀彎”，它是通過控制軋機(jī)傳動側(cè)和操作側(cè)軋制力的差值實(shí)現(xiàn)的。在鋼板咬入一定時間（通常250 ms）以后，RAC控制器會鎖定此刻傳動側(cè)和操作側(cè)的軋制力差值，其公式為：

其中XFros為軋機(jī)操作側(cè)軋制力，XFrds軋機(jī)傳動側(cè)軋制力。

在此之后，直到鋼板拋出，RAC控制器都會試圖保持這個差值不變，如果XFrdifferent發(fā)生變化，說明某一側(cè)承受了更多的軋制力，會導(dǎo)致這一側(cè)的壓下量增大從而使鋼板出現(xiàn)“鐮刀彎”。

RAC補(bǔ)償必然采用閉環(huán)控制，鎖定兩側(cè)軋制力的偏差，可對鐮刀彎起到微調(diào)的作用。

3 結(jié)語

在實(shí)際應(yīng)用中，以上所述的幾種軋機(jī)自動控制補(bǔ)償（AGC）技術(shù)，通常是以神經(jīng)元的形式被程序編譯在統(tǒng)一的二級模型中，同時計(jì)算運(yùn)行。其運(yùn)行流程是，由一級系統(tǒng)所檢測采集到的數(shù)據(jù)信息（如軋制壓力、厚度、位置、轉(zhuǎn)速等），通過專用通訊接口實(shí)時向二級系統(tǒng)模型傳輸數(shù)據(jù)，每個補(bǔ)償子系統(tǒng)根據(jù)一級檢測采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對計(jì)算，當(dāng)某一個或多個因素值（如軋制力、輥徑、液壓缸行程等）觸發(fā)到設(shè)定值時，各類補(bǔ)償子系統(tǒng)就會根據(jù)計(jì)算模型的預(yù)計(jì)算值，由二級向一級系統(tǒng)發(fā)送調(diào)節(jié)或修正的數(shù)據(jù)值，一級系統(tǒng)根據(jù)二級系統(tǒng)的修正數(shù)據(jù)值，向現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)了對軋機(jī)輥縫的補(bǔ)償修正。

目前國內(nèi)外軋機(jī)多采用電動壓下（EGC）+液壓輥縫控制（HGC）的控制模式，EGC與HGC系統(tǒng)作為軋機(jī)輥縫控制的最終實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)，其控制必須采用閉環(huán)控制來實(shí)現(xiàn)，二者在輥縫控制中緊密結(jié)合，才能保證鋼板同板差指標(biāo)的最優(yōu)化。在關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)置方面，必須充分考慮生產(chǎn)特點(diǎn)以及軋機(jī)機(jī)械液壓等因素的影響，同時適當(dāng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，可獲得最佳的控制效果，使控制精度向著高精尖方向發(fā)展。