冷軋機組厚度控制實現(xiàn)方式分析及應用

楊雪松

【摘 要】板厚是衡量板帶材質(zhì)量的主要指標之一，它直接關(guān)系著產(chǎn)品的經(jīng)濟效益及質(zhì)量。目前公司主導板材有高級建筑板、高級家電板、汽車用板等。厚度自動控制是通過傳感器或測厚儀對鋼板實際軋出的厚度連續(xù)地進行測量，并得出實測值與給定值的偏差信號。

【關(guān)鍵詞】冷軋機組；火毒控制；應用；分析

1導言

厚度精度是現(xiàn)代冷軋板帶產(chǎn)品最重要的質(zhì)量指標之一，直接關(guān)系著產(chǎn)品成材率和生產(chǎn)效率。厚度控制精度在一定程度上體現(xiàn)了冷軋機組的裝備和控制水平。目前冷軋板帶軋機主要有單機架可逆軋機和冷連軋機2種機型，這2種機型的厚度控制系統(tǒng)均可分為2個層次進行分析和設計：一是基于厚度測量值（直接測量值或通過帶鋼速度、軋制力等獲得的間接測量值）構(gòu)建的控制網(wǎng)絡。在此控制網(wǎng)絡中，為消除不同因素引起的厚度超差，采用多種不同的控制方法，如壓力AGC，基于測厚儀測厚的前饋控制、反饋控制，基于秒流量進行厚度計算的前饋控制、反饋控制等。二是第1層控制網(wǎng)絡的實現(xiàn)。前述各種控制方法的控制輸出綜合作用于設備級的執(zhí)行單元，由此實現(xiàn)板帶的厚度控制。

2壓下厚度控制方式應用及分析

2.1單機架可逆軋機

在單機架可逆軋機中，軋機前后的開卷和卷取張力常采用基于轉(zhuǎn)矩控制的恒張力控制策略，以開卷機為例，常見的控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。在這種張力控制方式下，開卷機及卷取機通過速度飽和以及轉(zhuǎn)矩限幅的方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制，以保證軋機入口及出口張力與設定值的一致。開卷機、卷取機采用轉(zhuǎn)矩控制而非速度控制的原因主要在于：一是要保持帶鋼張力穩(wěn)定，需要使開卷、卷取的帶鋼線速度與機架入、出口帶鋼速度嚴格匹配，否則會出現(xiàn)張力波動甚至引發(fā)斷帶，而速度嚴格匹配很難實現(xiàn)。二是軋制過程中開卷、卷取的帶卷卷徑在實時變化，受多種因素影響，其計算精度難以滿足鋼卷旋轉(zhuǎn)線速度和帶鋼速度的實時匹配。三是帶鋼速度因軋輥速度以及前滑值的動態(tài)變化而波動，依靠傳動裝置速度閉環(huán)的響應難以匹配其中的高頻分量。四是轉(zhuǎn)矩與張力直接對應，且轉(zhuǎn)矩閉環(huán)響應快（目前交流傳動裝置轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)響應時間一般小于10 ms，而速度調(diào)節(jié)響應時間一般為50～150 ms）。在上述張力控制策略下，實際張力取決于轉(zhuǎn)矩設定，不受軋機機架狀態(tài)（如速度、輥縫調(diào)整等）的影響，即從穩(wěn)態(tài)角度分析，張力控制與厚度控制是相互獨立的。可以采用壓下厚度控制方式，通過調(diào)節(jié)輥縫控制帶鋼厚度。各種控制方法（厚度反饋控制FB、厚度前饋控制FF、秒流量厚度控制MFC）的閉環(huán)控制輸出最終作用至液壓輥縫控制單元HGC執(zhí)行，即構(gòu)建了“厚度-壓下”內(nèi)外環(huán)控制結(jié)構(gòu)。

2.2冷連軋機組

冷連軋機架間張力控制包括3種方式：一是基于輥縫的恒張力控制，即通過調(diào)節(jié)下游機架輥縫保持機架間張力恒定；二是基于轉(zhuǎn)速的恒張力控制，即通過調(diào)節(jié)上游機架速度保持機架間張力恒定；三是張力極限控制，即張力在一定范圍內(nèi)波動時不控制，當張力變化超出極限允許范圍后方進行張力控制，正常軋制過程中一般以調(diào)節(jié)下游機架輥縫作為張力極限控制的調(diào)節(jié)手段。

采用張力極限控制方式既利用了機架間張力自動縮減帶鋼厚度變化，又降低了軋制力波動及其波動帶來的其他影響（如板形變化），同時又可避免張力發(fā)生過大波動，從而保證軋制的穩(wěn)定性。因此一般選擇張力極限控制作為冷連軋機組穩(wěn)態(tài)軋制時的機架間張力控制方式。當?shù)?機架入口采用恒張力控制，機架間采用張力極限控制方式時，調(diào)節(jié)輥縫對機架間張力及出口厚度的影響為：增大第1機架輥縫會使所有機架間的張力減??；增大第2機架輥縫將增大第1與第2機架間的張力，其他張力幾乎不變；第3至第5機架具有和第2機架相同的趨勢，即輥縫變化將造成機架入口張力的變化；第1機架輥縫調(diào)整對出口厚度影響最大，其他機架的輥縫變化對出口厚度基本無影響。當?shù)?機架入口采用恒張力控制時，為保持入口張力恒定，第1機架入口張力輥常采用類似于單機架開卷機的轉(zhuǎn)矩控制方式，此時第1機架需采用壓下厚度控制方式。當?shù)?機架入口張力采用張力極限控制方式（入口張力輥采用速度控制）時，調(diào)節(jié)第1機架的輥縫將引起機架入口張力的變化，對出口厚度基本不發(fā)生影響（將在第3節(jié)中分析），因此不能采用壓下厚度控制方式。

3冷軋機組控制方式

冷軋機組的控制方式總共有3種，一是在輥縫的基礎(chǔ)上進行恒張力控制，調(diào)解下游的機架輥縫，與機架間的張力保持恒定。二是張力極限控制，顧名思義，就是將張力控制在一定范圍內(nèi)，在張力超出了限定的值之后，才進行張力控制。一般情況下，通過調(diào)節(jié)下游機架的輥縫，實現(xiàn)對厚度的控制。

4流量厚度控制的實現(xiàn)方式

從流量厚度控制角度去分析，以便更好的理解流量厚度控制方式。在1號機架的入口的張力輥位置，采取轉(zhuǎn)矩控制方式，以此保證入口張力的恒定性。接著調(diào)整1號機架輥，促使1號機架的入口張力輥按照相同的比例發(fā)生變化，此段的金屬流量也會發(fā)生相同比例的金屬變化。由于2號機架到5號機架的速度不會發(fā)生改變，因此前期的潤滑速度變化相對較小，先對2號機架、5號機架進行輥縫調(diào)整，其中2號機架的輥縫調(diào)整為-0.1m，5號機架的輥縫調(diào)整為0.1mm，在此基礎(chǔ)上進行實驗對比，最終結(jié)果顯示，采用流量厚度控制地方時2號—5號機架，其出口厚度的控制可以借助調(diào)節(jié)上游機架、機架速度實現(xiàn)。

5流量厚度控制方式的應用

典型的五機架冷連軋機組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。該控制系統(tǒng)基于相鄰下游機架輥縫進行機架間張力極限控制，第1機架入口張力輥通過轉(zhuǎn)矩控制保證入口張力恒定，第1機架各種厚度控制方法（厚度反饋控制FB、厚度前饋控制FF、秒流量厚度控制MFC）的閉環(huán)控制輸出最終作用至液壓輥縫控制單元HGC，構(gòu)建了“厚度-壓下”內(nèi)外環(huán)控制結(jié)構(gòu)。在此控制結(jié)構(gòu)中，以第5機架出口帶鋼厚度為目標進行流量調(diào)整，包括2種途徑：一是在保持軋機出口帶鋼速度的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)進入軋機的金屬流量，即調(diào)節(jié)第1機架速度（第2機架的前饋控制通過調(diào)節(jié)第1機架的速度實現(xiàn)）或第1機架輥縫（通過壓下效率轉(zhuǎn)換為第1機架的出口厚度）；二是在保持流入軋機金屬流量不變的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)軋機出口的帶鋼速度，一般通過調(diào)節(jié)第5機架的速度實現(xiàn)，但是在以第5機架為中心機架（即速度保持不變）的控制系統(tǒng)中，則通過調(diào)節(jié)第1～4機架的速度實現(xiàn)。

6結(jié)論

目前，圍繞冷軋厚度控制已開發(fā)了多種控制方法，并構(gòu)建了不同結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，但從控制輸出的實現(xiàn)方式看，可歸結(jié)為壓下厚度控制和流量厚度控制2種實現(xiàn)方式，在應用其進行厚度控制系統(tǒng)設計時應遵循以下原則：一是確定張力控制方式是設計厚度控制系統(tǒng)和選擇厚度控制方式的前提；二是對張力與輥縫控制相互獨立的機架（輥縫調(diào)整對穩(wěn)態(tài)張力無影響），厚度控制應采用壓下厚度控制方式；三是在冷連軋控制系統(tǒng)中，考慮到機架間張力對厚度的自動修正功能，一般在正常軋制過程中采用張力極限控制方式；四是在張力極限控制下，輥縫修正對進入機架的金屬流量基本不發(fā)生影響，由于對機架出口前滑影響很小，因此對出口厚度基本不發(fā)生影響，此時厚度控制應選擇流量厚度控制方式；

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（作者單位：河鋼集團邯鋼公司冷軋廠）