FM458在冷軋連退線光整機(jī)上的應(yīng)用

陳 剛，夏江濤，邱碧濤，李 華

(武鋼研究院，湖北 武漢 430080)

FM458在冷軋連退線光整機(jī)上的應(yīng)用

陳 剛，夏江濤，邱碧濤，李 華

(武鋼研究院，湖北 武漢 430080)

冷軋光整機(jī)是冷軋連退線的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)Siemens的CPU功能塊FM458在連退線光整機(jī)3個(gè)主要子模塊中的配置情況及典型應(yīng)用進(jìn)行了介紹，同時(shí)闡述了其實(shí)現(xiàn)光整機(jī)壓下控制HRFC、彎輥控制和延伸率控制的原理及方法。

FM458模塊；光整機(jī)；連退線

1 冷軋連退線光整機(jī)簡介

某冷軋廠連退線的主要產(chǎn)品為高檔家電板及汽車板，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能70萬噸。其中，光整機(jī)為四輥結(jié)構(gòu)，采用支撐輥傳動(dòng)、工作輥彎輥和液壓下壓上方式，最大軋制力為1 200 t，最大彎輥力(單側(cè))為125 t ，延伸率為0%～3%，有450 mm、650 mm兩種輥徑，最大運(yùn)行速度為650 m/min。

2 光整機(jī)的功能及組成

冷軋板經(jīng)過光整后對(duì)表面質(zhì)量的改善和性能的提高有較大作用，主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：消除帶鋼明顯的屈服平臺(tái)；改善帶鋼的機(jī)械性能和平直度；使板面獲得更加均勻一致的光澤度；使帶鋼表面達(dá)到一定的粗糙度。

光整機(jī)主要由軋機(jī)本體、工作輥和支撐輥換輥設(shè)備、濕光整系統(tǒng)、邊部空氣吹掃設(shè)備4大部分組成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1 光整機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖(呈對(duì)稱布置)

3 光整機(jī)軋機(jī)控制系統(tǒng)軟、硬件組成

光整機(jī)有3種主要的工作狀態(tài)：①當(dāng)處于壓上工作方式時(shí)，光整機(jī)采用恒軋制壓力控制方式，同時(shí)保持前后帶材張力不變；②在進(jìn)行工作輥預(yù)壓靠和快速打開作業(yè)中，光整機(jī)處于位置閉環(huán)控制狀態(tài)；③當(dāng)處于延伸率自動(dòng)控制工作方式時(shí)，根據(jù)帶鋼延伸率給定值，通過帶鋼張力和軋制力的閉環(huán)控制以保持恒定的帶材延伸率。

Siemens功能模塊FM458主要實(shí)現(xiàn)彎輥控制、延伸率控制以及液壓HRFC控制3大功能。其中，HRFC控制有位置閉環(huán)控制(APC)和壓力閉環(huán)控制(AFC)兩種控制模式；彎輥控制包括正彎和負(fù)彎兩種方式，以獲得不同的輥凸度；延伸率控制主要通過對(duì)帶鋼前后張力和軋制力的調(diào)整以確保帶鋼延伸率的恒定，從而改善帶鋼的表面質(zhì)量和內(nèi)在性能。

由于光整機(jī)軋機(jī)控制系統(tǒng)具有非常強(qiáng)的實(shí)時(shí)性要求，需要快速響應(yīng)，其系統(tǒng)的硬件配置具有一定的典型性，具體如表1所示。

FM458使用的編程軟件是STEP7/CFC。CFC是一種基于功能塊的圖形編程工具，其中配置了很多預(yù)編程的功能塊，這些功能塊以庫的形式存放。每個(gè)功能塊都有一個(gè)參數(shù)表，可根據(jù)實(shí)際工藝要求進(jìn)行參數(shù)的選擇。功能塊在CFC中的連接直接用鼠標(biāo)點(diǎn)選連接，并具有可跨頁面擴(kuò)展功能，連接標(biāo)記由系統(tǒng)自動(dòng)標(biāo)出。

4 主壓下HRFC控制原理

HRFC功能主要是通過對(duì)安裝在機(jī)架底部傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)兩端的液壓缸位置和軋制壓力的同步控制來獲得合適的光整機(jī)軋制壓力，本系統(tǒng)采用支承輥液壓壓上的方式，液壓缸的壓力通過一套伺服分配器進(jìn)行軋輥打開和關(guān)閉的控制，同時(shí)調(diào)節(jié)軋制力的大?。焕脙商滓簤焊椎?個(gè)伺服閥實(shí)現(xiàn)軋輥的關(guān)閉、快開和全部打開等控制功能；每個(gè)液壓缸的壓力信號(hào)各由一個(gè)壓力傳感器讀取，經(jīng)過專用變送模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送至FM458中；液壓缸的位置信號(hào)則由液壓缸兩側(cè)的位置傳感器進(jìn)行監(jiān)控，再將現(xiàn)場4 mA～20 mA電流信號(hào)經(jīng)模塊轉(zhuǎn)換成±10 V電壓信號(hào)送入FM458中。

控制系統(tǒng)利用位置信號(hào)和壓力信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，確定HRFC的綜合壓下量。 HRFC控制原理如圖2所示。光整下壓上控制系統(tǒng)主要包括軋輥位置控制、傾斜斜率控制、軋制力控制和壓差控制，在不同的工作狀態(tài)下采用不同的控制策略，對(duì)應(yīng)于位置控制器、傾斜控制器、軋制力控制器和壓差控制器4個(gè)控制器。這4個(gè)控制器通常成對(duì)投入：在未壓靠時(shí)，采用位置控制加傾斜斜率控制；當(dāng)壓靠后立刻切換至軋制力控制加壓差控制，整個(gè)切換過程由控制系統(tǒng)自動(dòng)完成。

圖2 HRFC控制原理圖

圖3為位置控制器功能原理圖，其他控制器與此類同，不再贅述。圖3中，W1=實(shí)際設(shè)定斜率值+AGC位置修正值+位置斜率發(fā)生器值；W2、W3為傳動(dòng)側(cè)測(cè)量位置值；X為偏移補(bǔ)償值；LU為輸入最大限幅值；LL為輸入最小限幅值；KP為放大系數(shù)；Y為限幅后的位置控制輸出；YE為位置控制偏移值；QU、QL分別為輸出最大、最小限幅值。位置控制器的投入基本策略如下：換輥?zhàn)鳂I(yè)完成后，控制系統(tǒng)采用位置控制模式首先對(duì)軋輥位置進(jìn)行標(biāo)定；校輥完成后切換至軋制力控制模式；在正常軋鋼時(shí)，生產(chǎn)人員通過軋輥傾斜斜率控制或軋制力壓差控制來調(diào)整液壓缸兩側(cè)壓力。

圖3 位置控制器功能原理圖

5 彎輥控制

光整機(jī)的彎輥控制主要包括工作輥的正彎和負(fù)彎，利用布置在工作輥端部的16個(gè)彎輥缸對(duì)輥端軸承座施加作用力，從而引起工作輥的附加彎曲，促使工作輥的凸度變化最終改變輥縫形狀，以實(shí)現(xiàn)板形修正的目的。

彎輥控制器的原理與HGC(液壓壓下控制)基本一致，如圖4所示。從圖4中可以看到，設(shè)定的正、負(fù)彎輥壓力值經(jīng)補(bǔ)償計(jì)算后輸出到相對(duì)應(yīng)的伺服閥中，在FM458控制模塊中，彎輥伺服閥的開口度用±10 V的電壓數(shù)值來表示，經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換電流的專用模板向伺服閥輸出4 mA～20 mA的電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服閥運(yùn)動(dòng)。4 mA～20 mA的電流信號(hào)與伺服閥開口度有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系：12 mA對(duì)應(yīng)伺服閥開口度為0，4 mA對(duì)應(yīng)-100%開口度，20 mA對(duì)應(yīng)+100%開口度。在彎輥系統(tǒng)中，伺服閥輸出到活塞側(cè)，彎輥桿側(cè)液壓系統(tǒng)設(shè)置的恒定背壓值為15 bar(15 000 kPa)。彎輥控制采用閉環(huán)控制方式，彎輥缸壓力傳感器檢測(cè)出的電流信號(hào)值經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入ET站參與運(yùn)算控制。

6 延伸率控制

由于延伸率是光整唯一變形指標(biāo)，在保證帶鋼力學(xué)性能方面起著至關(guān)重要的作用，因此，延伸率控制是平整過程中最關(guān)鍵的控制，通過帶鋼延伸率的變化間接確定帶鋼厚度的變化。該連退平整機(jī)延伸率在0%～3%之間，由于軋制力與張力間的負(fù)相關(guān)性，在同等延伸率的設(shè)定條件下，張力設(shè)定越大，軋制力越??；反之，則越大。

通常情況下，冷軋連退平整機(jī)一般選用延伸率加軋制力控制模式，在這個(gè)模式下，軋制力起主導(dǎo)作用，為因變量，延伸率進(jìn)而發(fā)生改變，通過PI閉環(huán)控制器將達(dá)到設(shè)定的延伸率時(shí)所需的軋制力送至HGC軋制力控制器中，并處理延伸率控制和壓下量控制間的耦合關(guān)系。延伸率控制原理圖如圖5所示。

此外，本光整機(jī)還可以采用延伸率加張力控制模式實(shí)現(xiàn)對(duì)延伸率的調(diào)節(jié)。在這一模式下，系統(tǒng)通過入口張力PI控制器和出口張力PI控制器對(duì)光整機(jī)段的張力進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過對(duì)入口、出口張力的閉環(huán)PI調(diào)節(jié)來達(dá)到系統(tǒng)所要達(dá)到的延伸率的效果。

7 結(jié)語

圖4 光整彎輥控制功能圖

圖5 延伸率控制原理圖

本控制系統(tǒng)的現(xiàn)場運(yùn)行非常穩(wěn)定，系統(tǒng)響應(yīng)快，控制精度高，光整板形質(zhì)量好。通過對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)

行實(shí)測(cè)，開輥縫時(shí)，系統(tǒng)采用位置閉環(huán)控制，當(dāng)設(shè)置值為18 mm時(shí)，最大實(shí)際值為18.001 mm，最小實(shí)際值為17.998 mm，最大靜態(tài)誤差為±0.011%。進(jìn)入穩(wěn)態(tài)平整過程，系統(tǒng)采用軋制力閉環(huán)控制狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為±0.1%，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)能力和水平，穩(wěn)定了系統(tǒng)位置控制和軋制力的控制精度，提高了板形質(zhì)量。

[1] 毛先軍，趙闖.本鋼浦項(xiàng)光整機(jī)延伸率控制技術(shù)[J].機(jī)電工程技術(shù),2014(5)：132-134.

[2] 曹鵬娟，李建坤.冷軋熱鍍鋅光整機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[J].中國機(jī)械,2014(7)：209-210.

Application of FM458 in Skin Pass Mill of Continuous Annealing Line in Cold Rolling

CHEN Gang, XIA Jiang-tao, QIU Bi-tao, LI Hua

(Research and Development Center of WISCO, Wuhan 430080, China)

Skin pass mill is the key equipment in the continuous annealing line of cold rolling. This paper introduces software and hardware configuration and typical application of Siemens CPU function modular FM458 in continuous annealing line control system. At the same time, the paper describes the principle and method of the control of HRFC and roll bending and elongation.

FM458 modular; skin pass mill; continuous annealing line

1672- 6413(2015)06- 0194- 03

2015- 07- 22；

2015- 10- 29

陳剛(1978-)，男，湖北黃陂人，高級(jí)工程師，博士在讀，從事軋鋼設(shè)備的研究與開發(fā)工作。

TP273∶TG333.4

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