熱粗軋機(jī)厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用

陳淦　陳秋霞

摘 要：鋁材厚度控制精度是熱軋鋁板產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一，研究厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用具有重要意義?；诖?，文章綜合分析了厚度誤差產(chǎn)生的因素，同時(shí)闡述了厚度自動(dòng)控制的具體應(yīng)用以及故障診斷。

關(guān)鍵詞：熱粗軋機(jī)；厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)；彈跳；輥縫

引言

厚度控制系統(tǒng)是軋制自動(dòng)化系統(tǒng)中不可缺少的一部分，它關(guān)系到板帶的厚控精度與性能及其成品率。熱粗軋軋制的產(chǎn)品質(zhì)量，不單單影響在粗軋機(jī)工序，影響到整個(gè)熱軋線的生產(chǎn)效率，更能影響到熱精軋的軋制產(chǎn)品質(zhì)量問題。因此厚度控制成為生產(chǎn)中的重中之重，通過自動(dòng)厚度控制達(dá)到消除厚差以及產(chǎn)品質(zhì)量問題。

1 厚度誤差產(chǎn)生原因分析

一般而言，厚度誤差的產(chǎn)生原因包括三個(gè)方面，即軋件材料因素、軋機(jī)控制系統(tǒng)干擾因素和機(jī)械設(shè)備因素。

（1）軋件來料干擾因素。其中，軋件來料的寬度、硬度、厚度、平直度和斷面等因素都會(huì)影響到產(chǎn)品的厚度。

（2）軋機(jī)控制系統(tǒng)的干擾因素?？刂葡到y(tǒng)中影響鋁板厚度精度的主要因素包括軋機(jī)的速度、軋制力、彎輥、張力、厚度傳感器。

（3）機(jī)械及液壓裝置的干擾因素。軋機(jī)機(jī)械裝置本身的缺點(diǎn)及某個(gè)參數(shù)的變化會(huì)影響出口帶鋼的厚度，表現(xiàn)為軋輥彈跳、軋機(jī)剛度、軋輥直徑及寬度的變化、軋輥熱脹冷縮、軋輥軸承油膜厚度等。

2 厚控控制系統(tǒng)組成

（1）檢測(cè)裝置包含位置測(cè)量和壓力測(cè)量，其中壓下測(cè)量采用增量式編碼器，用于檢測(cè)壓下電機(jī)的速度，進(jìn)而計(jì)算出壓下量。壓上測(cè)量采用磁尺位移傳感器，測(cè)量壓上缸行走位置，用于位置環(huán)控制。壓力傳感器，用于測(cè)量壓上油缸壓力，用于壓力環(huán)控制。

磁尺位移傳感器具有高精度、高可靠性、高頻響性，響應(yīng)頻率快，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。壓力傳感器采用進(jìn)口元件，保證高可靠性和穩(wěn)定性。高可靠性的檢測(cè)裝置，保證板帶的軋制精度。

（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)包含壓上液壓油缸，壓下電機(jī)和螺桿，彎輥缸，伺服閥，伺服閥放大版，西門子S7-400PLC控制器。通過調(diào)節(jié)壓上缸伺服閥的進(jìn)油和出油來控制油缸的升縮，進(jìn)而達(dá)到精確控制輥縫的目的。通過調(diào)節(jié)伺服閥的進(jìn)油和出油來控制彎輥缸的伸出、縮回，從而控制彎輥力的大小。

（3）控制部分包含三個(gè)部分，分別為油缸模式，AGC控制模式和人機(jī)界面（控制軟件）。

油缸模式包含位置閉環(huán)，壓力閉環(huán)，彎輥控制。AGC控制模式包含GM-AGC，彈跳補(bǔ)償，傾斜補(bǔ)償。人機(jī)界面包含HMI主界面和軋制表。HMI主界面由軋機(jī)剛度測(cè)量，系統(tǒng)靠零，控制參數(shù)修正，系統(tǒng)診斷，帶材設(shè)定和輸入數(shù)據(jù)，軋制表和軋制序列，報(bào)警狀態(tài)等組成。

3 熱粗軋機(jī)自動(dòng)厚度控制具體應(yīng)用

3.1 軋機(jī)靠零

由于在板帶軋制過程當(dāng)中，軋輥對(duì)板帶的壓力使軋件產(chǎn)生塑性變形，板帶從入口厚度H壓縮到出口厚度h。與此同時(shí)，板帶也給軋輥以大小相同、方向相反的反作用力，這個(gè)反作用力傳到軋機(jī)本體各部位的零件，使各零件產(chǎn)生一定的彈性變形。這些彈性變形累積后都反映在軋輥的輥縫上，使輥縫增大，這就被稱為彈跳。實(shí)踐表明，在軋制力P的作用下，工作機(jī)座會(huì)產(chǎn)生彈性形變量ΔS其形變量ΔS與軋制力P之間的關(guān)系曲線，稱為彈跳曲線。

由于機(jī)座各零件之間的非線性接觸變形并不是穩(wěn)定的，并且每次換輥都會(huì)有變化，所以在實(shí)際生產(chǎn)中軋輥的實(shí)際零位是不難確定的，這樣擺輥縫時(shí)的基準(zhǔn)點(diǎn)就不能夠確定，因此不能將彈跳方程直接用于控制板帶的軋出厚度。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了消除上述不確定的影響，就需要軋機(jī)靠零。

靠零過程按照一下步驟執(zhí)行：（1）電動(dòng)壓下抬起開輥縫50mm；（2）液壓壓上上升40mm；（3）壓下電機(jī)動(dòng)作下壓；（4）軋制力大于30噸時(shí)，液壓壓上；（5）軋制力大于90噸，工作輥以靠零轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)；（6）軋制力大于900噸，支撐輥旋轉(zhuǎn)1-2圈后，存儲(chǔ)參考零點(diǎn)，然后開輥縫至指定位置，結(jié)束。實(shí)踐表明軋機(jī)靠零可以消除各不確定因素，為軋制精度提供保障。

3.2 自動(dòng)位置控制系統(tǒng)（APC）/自動(dòng)壓力控制系統(tǒng)（AFC）

在軋制過程中先將輥縫自動(dòng)地控制到預(yù)先給定的目標(biāo)值，并且使控制后的實(shí)際位置與目標(biāo)位置誤差值保持在允許的偏差范圍之內(nèi)，這種控制系統(tǒng)稱為自動(dòng)位置控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為APC系統(tǒng)。為了按要求軋出所給定厚度的軋件，首先必須在軋件進(jìn)入輥縫之前，應(yīng)預(yù)先設(shè)定輥縫；其次，在軋制過程中，為了使軋后的軋件厚度保持均勻一致，還必須跟隨軋制條件的變化及時(shí)地調(diào)整輥縫的大小，而這些都是通過APC的設(shè)定和輥縫調(diào)節(jié)及時(shí)完成的。

3.2.1 自動(dòng)位置控制系統(tǒng)（APC）

由于粗軋機(jī)來料厚度大，并且每個(gè)道次壓下量較大，在自動(dòng)擺輥縫的過程中，液壓缸的行程有限，故采用電液APC系統(tǒng)。這樣電動(dòng)APC起粗調(diào)作用，液壓APC配合電動(dòng)APC起精調(diào)作用。

電動(dòng)APC系統(tǒng)，電動(dòng)壓下位置采用雙閉環(huán)控制模式，外環(huán)為目標(biāo)位置控制方式，內(nèi)環(huán)為速度環(huán)控制方式。通過增量型旋轉(zhuǎn)編碼器來檢測(cè)壓下電機(jī)的位置和速度，通過計(jì)算得到停車的提前量，在到達(dá)停車點(diǎn)前向壓下電機(jī)發(fā)送停車命令。由于停車后會(huì)有位置偏差，但是此位置偏差可以通過壓上油缸的位置調(diào)整加以補(bǔ)償，這種控制方式可以避免因位置超調(diào)而引起電機(jī)反轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的壓下螺絲與螺母之間的間隙。

液壓APC系統(tǒng)由伺服閥放大器、伺服閥、壓上油缸以及索尼磁尺等環(huán)節(jié)組成，其工作過程為，當(dāng)軋輥的實(shí)際或輥縫與設(shè)定值之間產(chǎn)生偏差，此偏差信號(hào)經(jīng)FM458計(jì)算并經(jīng)伺服閥放大器，驅(qū)動(dòng)伺服閥動(dòng)作，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)油缸，從而使軋輥的位置向目標(biāo)設(shè)定值移動(dòng)，直到軋輥的實(shí)際位置與設(shè)定值相等，使偏差為零，油缸停止移動(dòng)，輥縫保持不變。

3.2.2 自動(dòng)壓力控制系統(tǒng)（AFC）

壓力控制是AGC控制的第二個(gè)基本內(nèi)環(huán)，它需與其它AGC模式一同使用。安裝在壓上油缸上的壓力傳感器檢測(cè)負(fù)載操作側(cè)與傳動(dòng)側(cè)油缸的壓力，經(jīng)轉(zhuǎn)換得到軋機(jī)軋制力反饋信號(hào)，反饋的軋制力信號(hào)和壓力給定信號(hào)相比較，用兩者的差值來驅(qū)動(dòng)伺服閥，調(diào)整壓上油缸使差值趨于零來實(shí)現(xiàn)實(shí)際軋制負(fù)載與操作者給定軋制負(fù)載相一致。壓力控制主要用于軋機(jī)預(yù)壓靠調(diào)零、軋機(jī)調(diào)試、軋機(jī)剛度測(cè)量、壓力-張力速度AGC控制及故障診斷等。

4 故障診斷

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，難免出現(xiàn)故障。故障可以發(fā)生在液壓油缸漏油，磁尺位移傳感器損壞，壓力傳感器損壞，壓上伺服閥堵塞等，導(dǎo)致厚控受到影響。這些故障可以通過HMI診斷畫面，報(bào)警表以及l(fā)abview數(shù)據(jù)記錄曲線綜合判斷出故障范圍和位置。數(shù)據(jù)的記錄和各傳感器的在線觀察，為故障排除提供了便捷。

5 結(jié)束語

熱粗軋機(jī)厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)于保證鋁材厚度的加工精度具有重要意義。文章綜合分析了熱粗軋機(jī)厚度誤差的產(chǎn)生原因，分析了自動(dòng)控制系統(tǒng)在瑞閩熱軋機(jī)的具體應(yīng)用。自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中取得了良好的效果，為產(chǎn)品質(zhì)量提供基礎(chǔ)。

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