板形輥測(cè)量異常的解決方法與總結(jié)

劉永杰，王慶收，韓慶華，盧道輝

（奧科寧克（昆山）鋁業(yè)有限公司，江蘇蘇州 215332）

0 引言

板形控制系統(tǒng)（AFC）是20 世紀(jì)70 年代發(fā)展起來(lái)的自動(dòng)控制技術(shù)，目前世界先進(jìn)水平的0.030～0.035 mm 易拉罐料平直度（截面上縱向板平整度）指標(biāo)為±10 I，經(jīng)拉彎矯直后達(dá)±5 I，最好的可達(dá)±3 I。AFC 板形自動(dòng)控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代化軋機(jī)不可缺少的自動(dòng)控制部分，也是軋機(jī)現(xiàn)代化裝機(jī)水平的重要標(biāo)志。板形信號(hào)的準(zhǔn)確度和靈敏度直接影響了軋制板材的板形質(zhì)量。某公司冷軋機(jī)2003 年安裝配置了一套ABB6.0 板形壓磁輥測(cè)量系統(tǒng)，輥?zhàn)又睆?13 mm，輥面測(cè)量寬度1404 mm，用于出口帶材板形測(cè)量；近兩年來(lái)板形測(cè)量異常問(wèn)題日益嚴(yán)重，急需解決。

1 板形輥測(cè)量原理

鋼制壓磁式輥?zhàn)永么配摰拇盘匦噪S著其承受的機(jī)械應(yīng)力的變化而變化。沿輥軸向方向有若干測(cè)量環(huán)，每個(gè)環(huán)的寬度為52 mm，每個(gè)環(huán)的內(nèi)部沿圓周方向每隔90°安裝1 個(gè)壓頭傳感器，即每個(gè)環(huán)內(nèi)360°配置了4 個(gè)傳感器，如圖1 所示。板形輥每旋轉(zhuǎn)1 周，可以對(duì)帶材沿測(cè)量輥移動(dòng)的應(yīng)力變化測(cè)量4 次。

圖1 輥環(huán)內(nèi)部壓磁式傳感器結(jié)構(gòu)

測(cè)壓頭是由疊合的硅鋼片及初級(jí)和次級(jí)線圈組成的傳感器，同一圓周方向上的4 個(gè)壓磁式測(cè)壓頭的初級(jí)線圈串聯(lián)成2個(gè)回路，形成勵(lì)磁回路1 和勵(lì)磁回路2，次級(jí)線圈串聯(lián)成失磁線圈，形成壓磁式測(cè)壓頭的輸出回路。初級(jí)線圈和次級(jí)線圈沒(méi)有磁耦合，當(dāng)壓磁式測(cè)壓頭傳感器承受到負(fù)載時(shí)，在磁場(chǎng)作用下發(fā)生磁耦合，次級(jí)線圈產(chǎn)生靜態(tài)電壓信號(hào)輸出，輸出的電壓值與其承受的負(fù)載力呈線性關(guān)系，利用這一原理通過(guò)測(cè)量輥各個(gè)測(cè)量區(qū)測(cè)出帶材張力作用在板形測(cè)量輥測(cè)量區(qū)上的徑向力與設(shè)定的帶材平均張力比較，可反映出帶材的平直度。良好的帶材平直度必須具有相同的軋制延伸，而一般情況下，在橫向上很難達(dá)到全部相同的延伸，延伸差越大，則平直度越差。雖然在軋制時(shí)，帶材承受相當(dāng)大的張力，而用肉眼看帶材是平直的，但實(shí)質(zhì)上帶材沿橫向的應(yīng)力分布不均，一旦帶材張力減少或消失，帶材即出現(xiàn)浪形或瓢曲（可以把帶材看作由一個(gè)一個(gè)單條組成）。

帶材設(shè)定的平均應(yīng)力：

單條帶材應(yīng)力：

單條帶材應(yīng)力差：

其中，Li為帶材沿寬度方向被分成單條后的長(zhǎng)度，Ls為拉直（也可看作帶張）后的長(zhǎng)度，T 為帶材給定的卷取總張力，Lo為帶材的額定長(zhǎng)度，B 為帶材寬度，h 為帶材厚度，E 為彈性模量。測(cè)量輥測(cè)出的應(yīng)力結(jié)果與相應(yīng)的測(cè)量區(qū)應(yīng)力分布圖（也可換算出延伸率）可顯示在顯示屏上，形成在線板形。

近年來(lái)公司產(chǎn)量增加，在冷軋機(jī)生產(chǎn)時(shí)常出現(xiàn)測(cè)量信號(hào)異常，測(cè)量板形的誤差導(dǎo)致板厚自動(dòng)控制（Automatic Gauge Control，AGC）無(wú)法投入，邊部和中間浪在縱薄剪切機(jī)活套上，呈現(xiàn)出分切的縱條松緊度和長(zhǎng)度不一致拉斷。另外，多次板形信號(hào)測(cè)量異常和板形丟失導(dǎo)致軋機(jī)直接斷帶，造成報(bào)廢等問(wèn)題。

根據(jù)當(dāng)前信用體系發(fā)展特點(diǎn)，跨境電商零售也將建立一個(gè)由獨(dú)立第三方運(yùn)作的信用管理體系，以實(shí)現(xiàn)對(duì)跨境電商零售業(yè)務(wù)中的商家資質(zhì)審查、交易評(píng)價(jià)反饋、機(jī)構(gòu)信用等級(jí)評(píng)估等功能。在跨境電商零售業(yè)務(wù)開(kāi)展過(guò)程中，政府也應(yīng)積極參與其中，制定并形成有效的利益協(xié)調(diào)機(jī)制。此外，在當(dāng)前企業(yè)和個(gè)人知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)逐漸增強(qiáng)的背景下，知識(shí)產(chǎn)權(quán)的爭(zhēng)端越來(lái)越多，相應(yīng)的爭(zhēng)端解決機(jī)制必將更加清楚規(guī)范地說(shuō)明用何種法律、如何解決等。

2 板形測(cè)量異常的種類

（1）沿帶材長(zhǎng)度方向出現(xiàn)亮線或凹坑。

（2）系統(tǒng)測(cè)量板形和實(shí)際板形有偏差。

（3）實(shí)際板形縱向波浪，板形畫(huà)面顯示一條紅線。

（4）實(shí)際板形縱向緊，板形畫(huà)面顯示一條藍(lán)線。

（5）沿橫截面上板形信號(hào)丟失而又自動(dòng)恢復(fù)。

（6）軋制到尾部測(cè)量板形丟失。

（7）板形曲線信號(hào)失真伴隨信號(hào)丟失。

3 板形測(cè)量異常的解決方法

3.1 實(shí)際板形沿長(zhǎng)度方向出現(xiàn)亮線或壓坑

板形測(cè)量系統(tǒng)顯示板形良好，實(shí)際板形沿長(zhǎng)度方向出現(xiàn)亮線，原因是軋輥表面粘有金屬及氧化物等，軋件表面粘有雜物。大多數(shù)情況下是清輥器和支撐輥之間粘鋁屑造成支撐輥表面出現(xiàn)亮線，在軋制力作用下與其接觸的工作輥面油膜被破壞，對(duì)應(yīng)輥面被印出亮線傳遞到帶材表面。板面出現(xiàn)壓坑原因?yàn)榘逍屋伒妮伱嫔险充X屑顆粒，臨時(shí)快速解決方法是用砂紙直接打磨輥面，方法如下：①打磨時(shí)，板型輥必須低速轉(zhuǎn)動(dòng)，避免表面打磨不均勻；②將1000#以上的砂紙均勻壓在板型輥上，從一側(cè)逐步打磨到另外一側(cè)，不可在一個(gè)地方長(zhǎng)時(shí)間打磨。

3.2 板形測(cè)量曲線和實(shí)際板形有偏差

測(cè)量板形和實(shí)際板形不符，通常表現(xiàn)為局部松緊不一致，會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)控制無(wú)法投入使用，此時(shí)需要矯正板形輥平行度，板形輥對(duì)工作輥的平行度小于0.1 mm，軋制線對(duì)板形輥的平行度小于0.06 mm，板形輥對(duì)卷取機(jī)的平行度小于0.1 mm。然后對(duì)27個(gè)輥環(huán)做壓力標(biāo)定校準(zhǔn)，找出是哪個(gè)區(qū)域出了問(wèn)題。

解決方法如下：①在軋機(jī)停機(jī)模式下，檢查板形輥系統(tǒng)是否有報(bào)警，在無(wú)報(bào)警情況維持轉(zhuǎn)速100～600 r/min 空載運(yùn)行5 min；②安裝板形輥標(biāo)定裝置，注意使用兩個(gè)環(huán)進(jìn)行標(biāo)定梁的定位，將測(cè)量輪放在第一個(gè)測(cè)量環(huán)的中間位置；③在工程師站啟動(dòng)BM Tool軟件，在“Roll calibration verification”菜單下系統(tǒng)模式等于5，system mode request=5；④如圖2 所示標(biāo)定畫(huà)面，點(diǎn)擊“Req.Verification”按鈕，從變頻器給定200 r/min 轉(zhuǎn)速，讓板形輥轉(zhuǎn)動(dòng)，待轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后，點(diǎn)擊“Acknowledge”按鈕，系統(tǒng)記錄對(duì)應(yīng)砝碼的標(biāo)定壓力值，該區(qū)標(biāo)定成功后，“Acknowledge”的狀態(tài)“Status Acknow Active”，box15LED 顯示會(huì)變綠1 s，然后將板形輥速度給定0 速；⑤將板形輥上砝碼移到第二個(gè)環(huán)上，變頻器給定200 r/min轉(zhuǎn)速，重復(fù)上面操作，待標(biāo)定成功后，逐步移到下一測(cè)量環(huán)上；⑥砝碼要放在測(cè)量環(huán)的中間，避免影響到左右兩個(gè)測(cè)量區(qū)，標(biāo)定完畢后，點(diǎn)擊按鈕“Req.Verification”關(guān)閉退出標(biāo)定功能，“Verify Active（box2）”顏色變灰。

圖2 板形標(biāo)定畫(huà)面

標(biāo)定完成后，通過(guò)對(duì)比標(biāo)定曲線，異常的測(cè)量區(qū)作對(duì)應(yīng)的參數(shù)修正，具體方法從RollDb.txt 文件的標(biāo)定配置數(shù)據(jù)中找到對(duì)應(yīng)測(cè)量區(qū)的“Roll Data：sscf”目錄下4 個(gè)傳感器A、B、C、D 的出場(chǎng)標(biāo)定值，如果矯正值偏低，按照比例范圍對(duì)應(yīng)適當(dāng)降低測(cè)量區(qū)的標(biāo)定量程值，對(duì)應(yīng)實(shí)測(cè)值就會(huì)變化，如果沒(méi)有超出標(biāo)準(zhǔn)值的5%不建議修改。

3.3 沿縱向出現(xiàn)波浪，板形顯示紅線

實(shí)際帶材板形中間起浪，如圖3 所示板形畫(huà)面沿長(zhǎng)度方向，縱向顯示一條紅線，從圖4 板形測(cè)量區(qū)壓力值畫(huà)面中看到15#測(cè)量區(qū)信號(hào)值偏小。在板形控制中，利用工作輥的熱脹冷縮來(lái)控制輥面凸度。15#測(cè)量區(qū)非常小的原因，為軋機(jī)牌坊噴油系統(tǒng)中該區(qū)域的噴淋閥故障噴嘴被堵塞，無(wú)法噴油降溫導(dǎo)致輥面凸度變大，對(duì)應(yīng)板形起浪變松，造成測(cè)量區(qū)壓力值反饋小。

圖3 板形縱向顯示紅線

圖4 板形15#測(cè)量區(qū)信號(hào)偏小

3.4 縱向顯示一條藍(lán)線，實(shí)際板形中間偏緊

實(shí)際板形中間偏緊，如圖5 反饋板形畫(huà)面顯示一條藍(lán)線，對(duì)應(yīng)區(qū)域如圖6 所示11#測(cè)量區(qū)壓力值偏大。故障原因是對(duì)應(yīng)噴淋閥故障，閥內(nèi)膜片磨損導(dǎo)致漏油。工作輥輥面熱脹冷縮，凸度變小，對(duì)應(yīng)區(qū)域帶材板形變緊，作用在板形輥上對(duì)應(yīng)測(cè)量區(qū)域反饋壓力值增大。

圖5 板形縱向中間顯示一條藍(lán)線

圖6 沿縱向11#測(cè)量區(qū)值偏大

有時(shí)候因現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)量緊急無(wú)法馬上停機(jī)抽輥檢修，針對(duì)板形出現(xiàn)藍(lán)線和紅線故障可以用臨時(shí)方法解決（約6 min），屏蔽故障區(qū)信號(hào)，使用故障測(cè)量區(qū)兩邊相鄰測(cè)量值的平均值。操作方法如下：①停機(jī)后進(jìn)入ABB 測(cè)量系統(tǒng)BM-TOOL，經(jīng)測(cè)量模式2 修改為模式1，即Idle方式；②選擇“Quick picture selection”，點(diǎn)擊“Data Buffer Ident Viewer”如圖7 所示，在窗口左側(cè)輸入“Rolldata/DeactSens/array－Values[7]”按“回車(chē)”后，對(duì)應(yīng)右側(cè)顯示數(shù)值0，將數(shù)值0 修改成15后再按“回車(chē)”后，對(duì)應(yīng)屏蔽的是8#測(cè)量區(qū)，此時(shí)下面“Manually deactivated sensors 8#”測(cè)量區(qū)變成黃色，說(shuō)明屏蔽成功；③進(jìn)入“Back-up handling”下，點(diǎn)擊“Flash”按鈕后，8#測(cè)量區(qū)自動(dòng)取左右7#和9#測(cè)量區(qū)的平均值在系統(tǒng)運(yùn)行中生效；④將系統(tǒng)模式1修改到生產(chǎn)模式2 狀態(tài)，即可進(jìn)行生產(chǎn)，需要注意邊部測(cè)量區(qū)異常不適用此方法。

圖7 測(cè)量信號(hào)屏蔽

3.5 沿橫截面方向板形丟失而又自動(dòng)恢復(fù)

在帶材軋制中出現(xiàn)瞬間板形丟失，如圖8 所示，說(shuō)明板形輥的整個(gè)測(cè)量區(qū)信號(hào)瞬間消失，因時(shí)間很短不會(huì)影響到生產(chǎn)，故障部位一般為通信接口部分。需要檢測(cè)AGC 和ABB 板形系統(tǒng)的通信線、包裹通信模塊和路由器狀態(tài)，檢測(cè)ABB 系統(tǒng)VP7 主板的溫度是否偏高和系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)程情況是否有報(bào)警。

圖8 沿橫截面方向瞬間板形丟失

3.6 軋制到尾部反饋板形信號(hào)丟失

如圖9 所示，軋制到尾部卷徑1600 mm 后板形丟失，所有的測(cè)量區(qū)顯示直線，隨后發(fā)生了斷帶，造成報(bào)廢。主要原因是板形輥在尾部卷材包角運(yùn)算超出極限導(dǎo)致。

圖9 軋制到尾部板形信號(hào)丟失

解決方法：板形輥安裝包角范圍12.2°～45.4°，如圖10 所示，利用示波器觀察力測(cè)量反饋信號(hào)波形，示波器表筆分別接TP1 與TP5，設(shè)置“EXPAND ALL；VIEW”11、12、13、14；TP1 與TP2 在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)，占8 個(gè)通道；TP3 與TP4 也在一區(qū)域，占8 個(gè)通道。觀察包角積分在正常范圍內(nèi)，計(jì)算數(shù)值沒(méi)有丟失，卷徑到1610 mm 后包角計(jì)算到0.75 rad，通過(guò)示波器觀察波形，調(diào)整包角積分時(shí)間SENSOR A OFFSET=5.5，包角（間隔時(shí)間）TRACKING BAND=0.25，MAXIMAL WARAP ANGLE=0.79 rad（最大包角）后尾部板形丟失故障解決。

圖10 板形輥設(shè)計(jì)的包角范圍

3.7 板形曲線信號(hào)失真伴隨信號(hào)丟失

如圖11 所示，在生產(chǎn)反饋板形后曲線波動(dòng)較大，測(cè)量曲線信號(hào)失真變成一條直線，在板形顯示上全部呈藍(lán)色，后伴隨板形信號(hào)丟失然后恢復(fù)，而且板形松緊度上下振蕩變化非常大，嚴(yán)重影響到生產(chǎn)。

圖11 板形測(cè)量曲線失真伴隨信號(hào)丟失

實(shí)際的反饋信號(hào)已經(jīng)影響到AGC 自動(dòng)厚度控制，厚差也出現(xiàn)了波動(dòng)，此類故障原因復(fù)雜，需要從以下方面初步排除：①板形振蕩較大，首先檢查板形輥信號(hào)傳送單元（Signal Transfer Unit，STU），如圖12 所示，每對(duì)刷針采集一個(gè)測(cè)量環(huán)的信號(hào)，清理信號(hào)刷板的刷針和刷槽的碳粉，檢查刷板定位螺絲是否松動(dòng)，STU 上碳刷是否過(guò)短；②用數(shù)字多用表測(cè)量板形輥內(nèi)傳感器絕緣，通過(guò)與STU單元對(duì)接的航空插頭、100 針插頭專用接口板對(duì)板形輥進(jìn)行阻抗和絕緣測(cè)量，根據(jù)ABB 板形輥對(duì)絕緣的要求，一次側(cè)對(duì)地絕緣應(yīng)大于400 MΩ，二次側(cè)對(duì)地絕緣應(yīng)大于200 MΩ，最低不能小于60 kΩ；③長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)板形信號(hào)丟失，故障點(diǎn)在板形系統(tǒng)平臺(tái)的VP7 主板，可進(jìn)入BM-TOOL 軟件下查看系統(tǒng)事件和報(bào)警記錄，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的跟蹤發(fā)現(xiàn)VP7 主板的40 G 硬盤(pán)故障，系統(tǒng)經(jīng)常自動(dòng)死機(jī)重啟，更換備件后，板形測(cè)量信號(hào)再無(wú)丟失現(xiàn)象。

圖12 板形輥STU 單元機(jī)構(gòu)

4 總結(jié)

（1）板形測(cè)量異常問(wèn)題出現(xiàn)后，先判斷是來(lái)料的板形遺傳缺陷還是板形系統(tǒng)自身測(cè)量問(wèn)題。

（2）板形出現(xiàn)凹坑、亮線等問(wèn)題為清輥器與輥系卡鋁屑導(dǎo)致，軋制預(yù)熱時(shí)要對(duì)輥系清洗。生產(chǎn)時(shí)注意觀察清輥器的電流和壓力值變化。

（3）板形顯示紅線和藍(lán)線，問(wèn)題來(lái)自板形輥測(cè)量區(qū)對(duì)應(yīng)的噴淋閥故障。

（4）板形測(cè)量誤差，需要確認(rèn)板形輥和工作輥系平行度小于0.1 mm，板形輥中心線要與軋制中心線重合，誤差小于0.05 mm。同時(shí)分享了板形輥壓力傳感器的校準(zhǔn)和信號(hào)屏蔽等檢查方法。

（5）板形信號(hào)失真、丟失等問(wèn)題，需要考慮氣吹系統(tǒng)、板帶與板形輥包角范圍、STU 信號(hào)單元和VP7 主板運(yùn)行等因素。