中板軋機液壓AGC系統(tǒng)故障分析及處理

安 鐸，李正輝

（天津天鋼集團有限公司中板廠，天津 300180）

中板軋機液壓AGC系統(tǒng)故障分析及處理

安 鐸，李正輝

（天津天鋼集團有限公司中板廠，天津 300180）

針對中板軋機液壓AGC控制系統(tǒng)在運行中影響厚度精度的問題，分析了液壓伺服、電控系統(tǒng)、軋輥及諧波干擾等故障產(chǎn)生原因，提出故障判斷方法、處理措施及系統(tǒng)的維護重點，對于設(shè)備維護具有一定參考價值。

自動厚度控制系統(tǒng)；伺服閥；伺服油缸；位移傳感器；輥縫

1 引言

鋼板厚度精度是中厚板生產(chǎn)重要的質(zhì)量指標(biāo)，為了獲得高精度同板差和異板差，提高成材率，采用先進的厚度控制，以滿足市場競爭、新產(chǎn)品和高附加值產(chǎn)品的開發(fā)。中厚板生產(chǎn)采用的厚度自動控制系統(tǒng)有：壓下位置自動控制系統(tǒng)、電動厚度自動控制系統(tǒng)、液壓厚度自動控制系統(tǒng)、監(jiān)控AGC、前饋AGC等。軋機液壓自動厚度控制系統(tǒng)（H AGC）是實施鋼板軋制厚度調(diào)整的一種快速精確調(diào)節(jié)定位系統(tǒng)，我國自20世紀(jì)80年代開始在中板軋機應(yīng)用，充分體現(xiàn)了響應(yīng)速度快、控制精度高、傳動效率高的優(yōu)勢。

軋機液壓壓下系統(tǒng)由具有電液伺服的定位控制電路系統(tǒng)組成，壓下調(diào)節(jié)是由液壓位置調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)伺服閥的電流值，以控制伺服閥的油液流量，進而控制油缸上下移動，達到調(diào)整軋機兩側(cè)輥縫的目的。AGC系統(tǒng)運行的好壞，直接影響板材厚度的控制精度和產(chǎn)品的成材率，電液伺服控制系統(tǒng)是機電液綜合系統(tǒng)，因控制精度高、系統(tǒng)復(fù)雜，加之生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，振動、沖擊、高溫、強電磁場干擾，出現(xiàn)故障時往往難以及時準(zhǔn)確判定，對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)量及成本影響比較大。

2 系統(tǒng)組成

軋機液壓AGC裝置是將機械、液壓、自動控制以及軋制工藝等專業(yè)緊密聯(lián)系在一起的綜合技術(shù)，主要設(shè)備由計算機、檢測元件為主的自動控制裝置；液壓系統(tǒng)為動力源；液壓伺服控制（伺服液壓缸傳動、操作側(cè)各一臺）為主的執(zhí)行機構(gòu)組成。天鋼中板廠四輥精軋機1990年將電動APC壓下位置自動控制系統(tǒng)改造為液壓AGC壓下裝置，采用全液壓壓下，油缸布置為上置式，期間對電控系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)進行過兩次改造，主要配置如下。

2.1 電控系統(tǒng)

采用西門子S 7-400PLC，主要配置有CPU414-2處理器、PS407電源模板、CP443-1通訊處理器、FM458-1DP控制模塊、EXM438-1I/O擴展模塊，采用V/I轉(zhuǎn)換板將PLC輸出的直流電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號控制伺服閥。控制系統(tǒng)主要包括位置閉環(huán)、壓力閉環(huán)、同步和傾斜閉環(huán)，位置閉環(huán)作為基本控制閉環(huán)，壓力閉環(huán)控制用于輥縫校零及軋機剛度檢測。

2.2 液壓系統(tǒng)

主泵單元軸向柱塞泵63PCY14-1B，過濾精度10μm，伺服閥前過濾精度5μm。伺服油缸Φ900/Φ800×85（兩臺套），工作壓力21MPa，速度5mm/s。伺服閥為兩級力反饋噴嘴擋板電液伺服閥，額定壓力21MPa。

2.3 檢測系統(tǒng)

壓力傳感器采用YCB-20AF型高溫大輸出壓力傳感器，用于對位置和壓力閉環(huán)控制的補償和系統(tǒng)保護。位移傳感器和輥縫測量儀采用配套生產(chǎn)的FT11G/±50位移傳感器及F T9664E型輥縫測量儀，可直接測量液壓缸的動態(tài)、靜態(tài)位移。

3 設(shè)備故障分析與處理

軋機液壓自動厚度控制系統(tǒng)在生產(chǎn)運行中，因為各種各樣原因引起厚度波動，影響厚度控制精度，甚至發(fā)生設(shè)備故障中斷生產(chǎn)，對出現(xiàn)的故障原因進行分析，并提出判斷和處理方法。

3.1 伺服閥

伺服閥流量具有非線性特性，控制系統(tǒng)將控制信號輸送到伺服閥，當(dāng)有正信號時，伺服閥正向開口，液壓缸在進油狀態(tài)；相反為液壓缸泄油狀態(tài)，伺服閥的不同狀態(tài)驅(qū)動液壓缸上升或下降，輸入信號為（0±45）mA電流來控制伺服閥的開口度，實現(xiàn)輥縫厚度的隨機控制。

伺服閥的常見故障主要表現(xiàn)為卡滯、動態(tài)響應(yīng)變慢、零偏電流變大等，出現(xiàn)系統(tǒng)無法控制或控制性能下降現(xiàn)象。伺服閥發(fā)生卡滯多數(shù)原因為油液污染造成閥芯卡住，少數(shù)原因為線圈損壞、航空插頭接觸不良等故障。這種故障可以通過電流給定，觀察液壓缸響應(yīng)情況來判斷，檢查給定電流值顯示是否正常，如不正常檢查線圈阻值及插頭；如正常，檢查快泄溢流閥及伺服閥。伺服閥響應(yīng)性能下降的主要原因為閥內(nèi)過濾器堵塞、閥芯磨損泄漏量超標(biāo)等，造成一側(cè)液壓缸響應(yīng)速度下降。伺服閥使用較長時間，因溫度壓力關(guān)系，零位會發(fā)生微小偏移，操作屏可顯示伺服閥電流變化大，用零飄電流進行校正，如偏移量過大，應(yīng)予更換。

3.2 軋輥輥系

支承輥的偏心、軸承異常會造成軋制跑偏、厚度偏差大等現(xiàn)象，厚度波動與很多因素有關(guān)，在查找原因時，需要進行分析，檢查波形曲線是否與實際厚度變化有因果關(guān)系，以便確定故障原因。支承輥偏心在軋制時厚度波動有一定的規(guī)律，與支承輥周長相近；軸承損壞或磨損偏大，也有波動規(guī)律，可以通過預(yù)壓靠，轉(zhuǎn)動軋輥比較輥縫變化值來分析和判斷。

3.3 位移傳感器及二次儀表

位移傳感器為差動變壓器式，由一個初級線圈和兩個次級線圈、鐵芯等幾部分組成，線圈組件內(nèi)有可自由移動的桿裝磁棒（鐵芯），隨著液壓缸的上下移動而移動，輸出電壓與位移成線性關(guān)系，±3V對應(yīng)現(xiàn)場位移±30mm。常見故障為操作屏幕顯示左右輥縫出現(xiàn)較大偏差，且出現(xiàn)輥縫差報警，可以通過查看二次表四個通道的電壓值進行分析判斷，若數(shù)值偏大，所對應(yīng)的傳感器內(nèi)部鐵芯脫落；若數(shù)值偏小，則是對應(yīng)的傳感器頂部彈出或固定傳感器的螺栓出現(xiàn)松動脫落。位移傳感器的輸出特性線性度不好，會造成板型控制困難，厚度偏差大，厚規(guī)格與薄規(guī)格的手動調(diào)整不一致，在空擺壓下的各道次中記錄電壓數(shù)值，計算分析4個傳感器的位移線性度是否一致，如誤差較大成組更換。

3.4 液壓缸及液壓系統(tǒng)

液壓缸作為執(zhí)行元件，其工作性能的好壞，直接影響系統(tǒng)的控制精度，密封和導(dǎo)向元件是關(guān)鍵。液壓缸塞端極少發(fā)生問題，可以通過檢測伺服閥電流情況來監(jiān)視塞端的運行情況，液壓缸主要損壞部位為桿端密封和導(dǎo)向元件，因為此處所受偏載力大，制定合理的更換周期可以避免此類設(shè)備故障。但也有特殊情況發(fā)生，一套液壓缸在進行密封和導(dǎo)向結(jié)構(gòu)改進，投入使用2個月發(fā)生桿端的導(dǎo)向元件損壞，異物進入中壓系統(tǒng)的溢流閥內(nèi)，造成高壓系統(tǒng)壓力無法建立，在檢查中發(fā)現(xiàn)中壓系統(tǒng)溢流閥回油管路偏熱，更換溢流閥后系統(tǒng)恢復(fù)正常。對換下的溢流閥拆檢后發(fā)現(xiàn)有異物卡住閥芯，造成閥芯關(guān)閉不嚴(yán)系統(tǒng)泄壓，拆檢發(fā)現(xiàn)一側(cè)液壓缸導(dǎo)向環(huán)損壞，檢查缸蓋溝槽尺寸，導(dǎo)向部位加工尺寸偏小，造成導(dǎo)向元件受擠壓變形產(chǎn)生蠕變，在高負(fù)載沖擊下?lián)p壞。

3.5 諧波干擾

軋鋼設(shè)備均為大容量非線性用電設(shè)備，普遍存在無功沖擊大、諧波含量大、電壓波動和閃變、電力損耗大等問題，使用電設(shè)備與電網(wǎng)之間存在大量無功循環(huán)交換并產(chǎn)生大量的諧波，特別是諧波無功功率對電網(wǎng)及用電設(shè)備的影響極大，電網(wǎng)供電質(zhì)量下降、電氣設(shè)備易過熱老化、保護和自控裝置失靈。對一次跑偏故障進分析，可以看到諧波干擾對厚度控制系統(tǒng)的影響：在軋制1 6mm鋼板運行至第七道時（軋制成品共八道），咬入后突發(fā)快速跑偏，刮框鋼板卷曲，主電機過電流掉閘，工作輥燒輥報廢，處理軋廢鋼板更換工作輥后系統(tǒng)恢復(fù)正常生產(chǎn)。第七道次信號采集曲線見圖1。

圖1 第七道次信號采集曲線

調(diào)出軋制該塊鋼板的軋制情況記錄，沒有報警記錄，各項運行曲線記錄顯示前六道軋制正常，第七道鋼板咬入后發(fā)生突變，該道次的輥縫位置（圖1（a））、壓力（圖 1（b））、伺服閥電流（圖 1（c））信號采集曲線顯示，在輥縫位置已擺到位的情況下，咬入后壓力逐漸建立、輥縫位置突然變化增大、伺服閥給定正電流控制液壓缸進油，可見伺服閥給定正電流是因為輥縫位置上擺偏離了位置給定值，需要油缸進油來恢復(fù)給定位置，大約持續(xù)近3s時間。鋼板咬入后輥縫變大，鋼板厚度應(yīng)增加，鋼板實測厚度變化情況是：咬入端0.2m處測量傳動側(cè)為16.1mm、操作側(cè)16.3mm，軋制到3m左右厚度發(fā)生突變，3.4m處測量傳動側(cè)為14.2mm、操作側(cè)為15.2mm，5m處測量傳動側(cè)為13.85mm、操作側(cè)為17.2mm，未軋制部位兩側(cè)均為17.6mm。實際情況鋼板厚度與輥縫位置采集信號記錄正好相反，而與壓力、伺服閥電流相符，說明輥縫位置反饋信號有誤，造成原因為外部較強的干擾影響了位移傳感器的信號輸出。針對冶金企業(yè)諧波危害的嚴(yán)重性，廣泛采用就地動態(tài)無功補償裝置及有源諧波濾波器，對無功功率進行補償、諧波進行有效抑制。

4 結(jié)束語

液壓AGC控制系統(tǒng)運行質(zhì)量直接對板材生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和成材率產(chǎn)生重大影響，其故障也會造成重要設(shè)備的損壞，通過典型故障的原因分析，為我們在系統(tǒng)故障排查處理和維護重點提供了依據(jù)。要使系統(tǒng)能夠長期安全可靠運行，重點加強液壓系統(tǒng)油品清潔度控制、伺服閥液壓缸的監(jiān)測和定期更換、檢測元件和儀表的標(biāo)定檢查維護、定期監(jiān)測軋輥預(yù)壓靠及無功功率諧波治理工作。

[1]王國棟，沙孝春，曹建寧，等中國中厚板軋制技術(shù)與裝備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[2]趙毅德.中厚板軋機液壓AGC的工作原理[J].甘肅冶金，1997（3）：11-21.

[3]劉澤彰.中厚板軋機液壓AGC液壓系統(tǒng)的安裝調(diào)試與維護[J].鞍鋼技術(shù)，1990（9）：5-13.

Fault Analysis and Handling of Hydraulic AGC System of Plate Rolling Mill

AN Duo and LI Zheng-hui

(Plate Rolling Mill,Tianjin Tiangang Group Company Limited,Tianjin 300180,China)

Aiming at the problems that hydraulic AGC control system affects plate thickness precision,the authors analyze the causes of failures in hydraulic servo system,electrical control system,roller and harmonic interference at Plate Rolling Mill and put forward failure judging methods,handling measures and priorities in systemmaintenance.The paper has certain reference value to equipment maintenance.

automatic gauge control system;servo valve;servo cylinder;displacement sensor;roll gap

2013-01-07

2013-01-26

安鐸（1959—），男，天津人，高級工程師，主要從事軋鋼設(shè)備的管理工作，E-mail：Anduo2006@163.com。

（編輯 潘娜）