1420UCM酸軋機(jī)組液壓彎輥控制系統(tǒng)

陽(yáng)玉平 譚愛(ài)國(guó) 王海蘭

摘 要：介紹了梅鋼酸洗連軋1420UCM機(jī)組液壓彎輥控制系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)配置、機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方法，介紹了工作輥彎輥系統(tǒng)中彎輥控制模式，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組在軋制模式時(shí)正、負(fù)彎輥間無(wú)擾動(dòng)切換。實(shí)際生產(chǎn)表明，該系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間小于100ms，精度控制在±3%內(nèi)，具有響應(yīng)速度快、控制精度高等特點(diǎn)，控制性能完全符合考核指標(biāo)，為機(jī)組的自動(dòng)板形控制打下了良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：彎輥；液壓彎輥系統(tǒng)；自動(dòng)板形控制；冷連軋；UCM

DOI：10.11907/rjdk.172495

中圖分類(lèi)號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2018）004-0155-03

Abstract：The control system of roll bending for 1420UCM PL-TCM （PL-TCM：Pickling Line and Tandem Cold Mill system） at Meigang is introduced， the system configuration， mechanical structure and control method of the system are described. In the third part， the control method of WRBS（work roll bending system） in bending on mode is explained. The WRBS′s undisturbed switching between positive and negative bending in rolling mode is realized by the method. The practical production indicates that the response time is less than 100 ms， control precision is controlled within ±3%， so the system has the characteristics of fast response speed， high control precision and the WRBS performance completely conforms to the Guarantee figures， and it provides excellent foundation to automatic shape control.It has the extensive applicability.

Key Words：bending； roll bending system（RBS）； auto shape control （ASC）； tandem cold mill； universal crown mill （UCM）

0 引言

板形是衡量冷軋板帶外形尺寸的重要指標(biāo)之一。隨著高檔汽車(chē)、家電等用戶對(duì)冷軋產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，板形質(zhì)量成為冷軋帶鋼最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一?，F(xiàn)代化的主流板形控制冷軋機(jī)通常具備多種板形控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，如軋輥傾斜、工作輥彎輥、中間輥彎輥和工作輥分段冷卻控制等。其中液壓彎輥控制法是通過(guò)液壓彎輥系統(tǒng)（RBS： roll bending system）對(duì)工作輥或中間輥端部附加一個(gè)可變的彎曲力，使軋輥彎曲控制輥縫形狀，以矯正帶鋼板型。液壓彎輥系統(tǒng)（RBS）通過(guò)調(diào)整彎輥力改變工作輥的輥縫凸度，消除板形偏差中的二次、四次分量，改善對(duì)稱(chēng)板形缺陷。彎輥的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)性能對(duì)整個(gè)板型控制系統(tǒng)性能起著至關(guān)重要的作用（主要指快速性和超調(diào)量）。液壓彎輥法可使工作輥縫在一定范圍內(nèi)迅速變化，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，且能連續(xù)調(diào)節(jié)，有利于實(shí)現(xiàn)板型自動(dòng)化，故在現(xiàn)代帶鋼冷軋機(jī)上廣泛應(yīng)用，是改善板形最常用、最基礎(chǔ)的方法[1-5]。

1 系統(tǒng)配置與機(jī)械結(jié)構(gòu)

梅山鋼鐵廠的1420UCM六輥五連軋軋機(jī)的液壓彎輥控制系統(tǒng)（RBS）包括工作輥彎輥控制系統(tǒng)和中間輥彎輥控制系統(tǒng)，二者相互獨(dú)立，均采用壓力反饋閉環(huán)控制，包括邏輯控制和閉環(huán)控制，其中邏輯控制部分負(fù)責(zé)與過(guò)程控制（L2 級(jí)）、自動(dòng)板形控制系統(tǒng)（ASC：automatic shape control）、畫(huà)面HMI（Human-Machine Interface）、現(xiàn)場(chǎng)操作面板、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)執(zhí)行元件、數(shù)據(jù)跟蹤等進(jìn)行信息交互，并對(duì)相關(guān)信息作出處理，完成與過(guò)程控制L2系統(tǒng)及ASC的數(shù)據(jù)交換、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的設(shè)定與實(shí)時(shí)采集、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示及與現(xiàn)場(chǎng)操作面板的聯(lián)絡(luò)，并轉(zhuǎn)化為設(shè)定值、實(shí)際值傳送給閉環(huán)控制系統(tǒng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)消除實(shí)際彎輥力與設(shè)定彎輥力的偏差，保證控制精度[6-8]。

本電氣系統(tǒng)采用具有實(shí)時(shí)、高效、高穩(wěn)定性的日立PLC系統(tǒng)R700，具備過(guò)焊縫變規(guī)時(shí)自動(dòng)調(diào)整、ASC自動(dòng)調(diào)整、換輥時(shí)自動(dòng)定位、生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集等電氣控制功能。系統(tǒng)配置如圖1所示[6-8]。

依據(jù)本機(jī)組工藝要求，5個(gè)機(jī)架的液壓彎輥系統(tǒng)，機(jī)架#1與#5相同，#2、#3、#4相同，為方便起見(jiàn)，以下將#1、#5簡(jiǎn)稱(chēng)#1系，#2、#3、#4簡(jiǎn)稱(chēng)#2系。此外，本機(jī)組中#2系彎輥系統(tǒng)較#1系簡(jiǎn)單，因此本文以#1系為主對(duì)彎輥控制系統(tǒng)予以說(shuō)明，#2系進(jìn)行補(bǔ)充說(shuō)明。

彎輥液壓機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。由圖2可知，本機(jī)組彎輥系統(tǒng)主要由壓力傳感器、伺服閥和截止閥組成，詳細(xì)設(shè)備清單如表1所示。

彎輥如圖3所示。工作輥彎輥通過(guò)改變軋輥撓曲直接影響輥縫，進(jìn)行板形調(diào)節(jié)，其與中間輥彎輥均是板形二次偏差調(diào)節(jié)手段，可實(shí)現(xiàn)正、負(fù)彎控制。在軋輥凸度不足或磨損情況下，采用正彎，增大軋輥凸度，防止帶鋼邊浪，而負(fù)彎可減少軋輥有效凸度，防止帶鋼中浪。中間輥彎輥通過(guò)改變軋輥撓曲間接影響輥縫，進(jìn)行板形調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)正彎控制，對(duì)帶鋼中部板形作用明顯，可得到高次的板形調(diào)控能力[3-5]。

2 系統(tǒng)控制方法

2.1 控制模式

彎輥控制分彎輥控制、平衡、下降、回路切斷4種模式，這4種控制模式，根據(jù)控制需要采用不同的控制方法與參數(shù)。下面對(duì)4種控制模式應(yīng)用場(chǎng)合予以說(shuō)明。

（1）彎輥控制模式。 彎輥控制模式主要用于軋制時(shí)調(diào)節(jié)彎輥力，改善板形，此控制模式將影響成品質(zhì)量，是本控制系統(tǒng)的重點(diǎn)。

（2）平衡模式。平衡模式主要用于換輥時(shí)通過(guò)壓力控制平衡輥?zhàn)又亓?，以確保拉出、推入軋輥過(guò)程中機(jī)架內(nèi)各輥完全脫開(kāi)，避免輥間產(chǎn)生摩擦，損傷輥面。

（3）下降模式。下降模式主要用于換輥時(shí)將工作輥和中間輥小壓力閉輥，以減少斜楔下降、上升過(guò)程中所承受的壓力，減少機(jī)械磨損。

（4）回路切斷模式。本模式下伺服閥輸出為零，其截止閥處于失電狀態(tài)。回路切斷模式主要用于機(jī)械檢修。

2.2 控制原理

本液壓彎輥控制系統(tǒng)采用PI控制，并有泄漏補(bǔ)償控制回路。控制系統(tǒng)原理如圖4所示，由于不同模式下對(duì)彎輥?lái)憫?yīng)速度有不同要求，因此每套液壓控制回路有3套PI控制參數(shù)。

本液壓彎輥控制系統(tǒng)中，除#1系工作輥彎輥液壓系統(tǒng)的彎輥控制模式外，#1系工作輥彎輥、#2系工作輥彎輥和中間輥彎輥控制回路均采用常規(guī)PID控制，在此不過(guò)多說(shuō)明，只著重介紹#1系工作輥彎輥控制模式下的控制回路。

如前所述，工作輥彎輥控制系統(tǒng)的彎輥力大小為 [36，-18]噸/側(cè)，可實(shí)現(xiàn)正、負(fù)彎控制， 結(jié)合表1和圖2可知，#1系工作輥彎輥的操作側(cè)與傳動(dòng)側(cè)各有一套獨(dú)立的液壓閉環(huán)控制回路，4個(gè)壓力檢測(cè)計(jì)檢測(cè)正彎缸與負(fù)彎缸的有桿腔和無(wú)桿腔的實(shí)際壓力，依據(jù)壓力實(shí)際值與設(shè)定值的偏差值控制正彎缸與負(fù)彎缸的伺服閥輸出，形成壓力閉環(huán)控制。相較于#2系，#1系工作輥彎輥的操作側(cè)與傳動(dòng)側(cè)可獨(dú)立控制，因此#1系可實(shí)現(xiàn)彎輥非對(duì)稱(chēng)控制（即傾斜控制），對(duì)板形一次偏差予以調(diào)節(jié)。

依據(jù)工藝要求，工作輥彎輥的正彎輥力大于一定值時(shí)，正彎缸和負(fù)彎缸需同時(shí)投入才能滿足需求，因此控制過(guò)程必然出現(xiàn)正、負(fù)彎輥缸工作狀態(tài)切換。為實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換，依據(jù)工作輥彎輥設(shè)定值與正、負(fù)彎缸的工作狀態(tài)，將控制狀態(tài)細(xì)分為3類(lèi)：①PP：正負(fù)彎聯(lián)合控制，正彎缸與負(fù)彎缸全部按正彎缸工作，正、負(fù)彎的目標(biāo)設(shè)定值為工作輥彎輥設(shè)定值的1/2；②NN：亦為正負(fù)彎聯(lián)合控制，正彎缸與負(fù)彎缸全部按負(fù)彎缸工作，正、負(fù)彎的目標(biāo)設(shè)定值為工作輥彎輥設(shè)定值的1/2；③PN：正彎控制模式，此時(shí)負(fù)彎缸定為背壓，按衡壓力[2ton]控制，而正彎缸則按[設(shè)定值-2ton]控制，即正負(fù)彎聯(lián)合控制，正負(fù)彎的目標(biāo)設(shè)定值為工作輥彎輥設(shè)定值的1/2。

上述3類(lèi)控制模式的切換點(diǎn)如圖5所示。

本模式的控制回路采用PI閉環(huán)控制。當(dāng)工作輥彎輥從PP狀態(tài)向PN狀態(tài)切換時(shí)，正彎缸設(shè)定值按一定斜率變化，從原來(lái)為總設(shè)定值的1/2變?yōu)閇設(shè)定值-2ton]，同時(shí)負(fù)彎缸設(shè)定值也按一定斜率變化，從總設(shè)定值的1/2變?yōu)閇2ton]；同理，當(dāng)工作輥彎輥從PN向NN切換時(shí)，正彎缸設(shè)定值按一定斜率變化，從[設(shè)定值-2ton]變?yōu)榭傇O(shè)定值的1/2，同時(shí)負(fù)彎缸設(shè)定值也按一定斜率變化，從[2ton]變?yōu)榭傇O(shè)定值的1/2。以此類(lèi)推，從NN到PN，從PN到PP均按同理控制，從而實(shí)現(xiàn)彎輥控制模式控制過(guò)程中正、負(fù)彎輥間無(wú)擾動(dòng)切換。

2.3 控制效果

實(shí)際生產(chǎn)表明，該彎輥系統(tǒng)在彎輥力從0跳躍至90%時(shí)，響應(yīng)時(shí)間小于100ms，控制精度控制在±3%內(nèi)，具有響應(yīng)速度快、控制精度高等特點(diǎn)，控制性能完全符合考核指標(biāo)，為機(jī)組的自動(dòng)板形控制打下了良好基礎(chǔ)。

3 結(jié)語(yǔ)

梅鋼酸洗連軋1420UCM機(jī)組是國(guó)內(nèi)首條全自主集成的冷連軋生產(chǎn)線，其工藝和設(shè)備具有世界一流水平，其連軋機(jī)采用了彎輥系統(tǒng)，具有較高的控制精度和響應(yīng)速度。自動(dòng)彎輥系統(tǒng)大大提高了板帶鋼的尺寸精度和板形質(zhì)量。

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）