熱連軋的位置控制探討

摘要：液壓AGC的功能是通過(guò)位置和壓力控制調(diào)整輥縫間隙，以提高中間坯的厚度精度，同時(shí)用于軋輥調(diào)平、輥縫調(diào)零、卡鋼時(shí)的回松等。文章描述了熱連軋粗軋機(jī)的位置控制，主要功能包括電動(dòng)壓下、AGC，側(cè)壓AWC及軋輥調(diào)平，輥縫清零及首尾短行程SSC等位置控制功能。

關(guān)鍵詞：熱連軋；粗軋機(jī)；AGC；AWC；位置控制；軋輥調(diào)平 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG335 文章編號(hào)：1009-2374（2016）14-0057-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.029

1 R1電動(dòng)壓下位置控制

1.1 功能概述

1500粗軋R1壓下為電動(dòng)壓下+液壓AGC方式。

電動(dòng)壓下控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)軋鋼前的輥縫設(shè)定。當(dāng)壓下傳動(dòng)系統(tǒng)就緒、輔助系統(tǒng)就緒、工作輥平衡介入，可完成這些功能。

壓下控制方式有兩種：自動(dòng)方式和手動(dòng)方式。壓下/抬起的速度共有兩檔：高速和低速。無(wú)論選擇自動(dòng)方式還是手動(dòng)方式，壓下/抬起的速度均以越接近目標(biāo)值速度越低為原則。傳動(dòng)側(cè)、操作側(cè)各配有一位移傳感器，測(cè)量電動(dòng)壓下輥縫值。

1.2 功能描述

軋輥預(yù)壓靠調(diào)零后，且在HMI上選擇正常軋制，可進(jìn)行輥縫設(shè)定。不同軋制道次的輥縫值在過(guò)程機(jī)或HMI上設(shè)定。R1壓下輥縫設(shè)定可選擇自動(dòng)方式或手動(dòng)方式。

在手動(dòng)方式下，操作工在粗軋主操作臺(tái)上操作“壓下/抬起”主令開關(guān)，壓下電機(jī)可根據(jù)壓下或抬起的高檔或低檔速度進(jìn)行運(yùn)行。

當(dāng)各種連鎖條件都滿足后，選擇自動(dòng)，系統(tǒng)自動(dòng)完成輥縫設(shè)定。具體過(guò)程如下：系統(tǒng)根據(jù)位輥縫儀讀出的實(shí)際輥縫值，計(jì)算輥縫偏差ΔS（目標(biāo)值-實(shí)際值），對(duì)應(yīng)壓下電機(jī)速度V與輥縫偏差ΔS的關(guān)系為：

1.3 R1液壓AGC

1.3.1 功能概述。液壓AGC的功能是通過(guò)位置和壓力控制調(diào)整輥縫間隙，以提高中間坯的厚度精度，同時(shí)用于軋輥調(diào)平、輥縫調(diào)零、卡鋼時(shí)的回松等。每一個(gè)AGC缸配一個(gè)位移傳感器，檢測(cè)每個(gè)缸的位移值。在AGC方式選擇ON，并軋機(jī)有鋼時(shí)，根據(jù)DAGC模型計(jì)算出AGC給定值，與液壓手動(dòng)干預(yù)值、液壓微調(diào)值疊加后作為液壓控制的設(shè)定值，與輥縫實(shí)際值比較之偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，給出伺服閥驅(qū)動(dòng)電流，控制液壓缸升降運(yùn)動(dòng)，對(duì)軋制輥縫進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以獲得精確的定位值。

1.3.2 功能描述。

第一，AGC功能。R1平輥軋機(jī)的AGC控制的目的是保證中間坯的厚度均勻。控制方法和步驟如下：粗軋區(qū)域由于沒(méi)有測(cè)厚儀，所以采用相對(duì)AGC的控制方法，在平輥咬鋼500ms之后，鎖定帶鋼頭部第一個(gè)點(diǎn)的軋制力和此時(shí)刻平輥的輥縫；100ms后再鎖定第二個(gè)點(diǎn)的軋制力和輥縫；再過(guò)100ms后再鎖定第三個(gè)點(diǎn)的軋制力和輥縫，根據(jù)彈跳方程可以計(jì)算出這三個(gè)點(diǎn)的實(shí)際出口厚度分別為：

H1=a1+（P1-P0）/M

H2=a2+（P2-P0）/M

H3=a3+（P3-P0）/M

然后取其平均值H'=（H1+H2+H3）/3，將H'作為整條帶鋼的目標(biāo)值，因?yàn)镹時(shí)刻的軋制力為Pn，由此可得，N時(shí)刻的實(shí)際出口厚度為Hn=an+（Pn-P0）/M，因以頭部鎖定值為目標(biāo)值，所以Hn=H'，那么N時(shí)刻的輥縫應(yīng)

該為：

an=H'-（Pn-P0）/M

那么通過(guò)AGC液壓缸去快速調(diào)整，來(lái)達(dá)到此時(shí)應(yīng)該達(dá)到的開口度，以確保厚度指標(biāo)。

關(guān)于連鎖條件：在軋制力大于3600T的時(shí)候，AGC缸將打開卸荷閥，自動(dòng)卸荷，確保設(shè)備安全；在AGC投入的情況下，投入時(shí)刻AGC的調(diào)整量是有限幅的，限幅為

-0.25～0.25mm，即±25道。

第二，軋棍調(diào)平。操作臺(tái)上選擇“手動(dòng)/自動(dòng)”選擇開關(guān)中的“手動(dòng)”、HMI選擇手動(dòng)清零后，HMI上點(diǎn)擊“清零伸出”AGC缸伸出到清零高度（25mm），手動(dòng)操作電動(dòng)壓下，開始高速，當(dāng)接近時(shí)速度轉(zhuǎn)為低速，軋制力為200噸時(shí)停止，操作員觀察壓差（操作側(cè)-傳動(dòng)側(cè)）。當(dāng)壓差大于50t時(shí)，在操作臺(tái)切換到單動(dòng)斷開離合器。壓差為正時(shí)，由壓下電機(jī)抬或壓傳動(dòng)側(cè)，直至壓差小于50t；反之亦然。調(diào)平后可進(jìn)行軋輥預(yù)壓靠調(diào)零及輥縫設(shè)定。

第三，輥縫清零。軋輥調(diào)平完成后，在HMI上選擇正常軋制，可進(jìn)行軋輥預(yù)壓靠調(diào)零。輥縫調(diào)零在HMI上實(shí)現(xiàn)，分為手動(dòng)方式和自動(dòng)方式。

自動(dòng)清零功能必須在如下條件滿足后方能使用：輥縫抬起到安全位置（大于120mm）、軋輥已調(diào)平、無(wú)負(fù)荷狀態(tài)下壓頭軋制力偏差正常，電動(dòng)和液壓壓下正常。滿足條件后在HMI上選擇“自動(dòng)清零”，點(diǎn)擊“清零開始”，系統(tǒng)開始自動(dòng)清零，完成后HMI顯示“自動(dòng)清零完成”，操作員點(diǎn)擊確認(rèn)。自動(dòng)清零過(guò)程中可以點(diǎn)擊“取消”，取消正在進(jìn)行的自動(dòng)清零操作。

2 E1側(cè)壓位置控制

2.1 功能概述

粗軋主要通過(guò)立輥的側(cè)壓來(lái)控制中間坯的寬度，從而達(dá)到控制精軋出口帶鋼的寬度；粗軋機(jī)在奇道次軋制時(shí)，中間坯寬展由立輥的側(cè)壓和水平輥的壓下共同決定，立輥設(shè)定側(cè)壓量，同時(shí)水平輥要產(chǎn)生水平寬展；偶道次軋制時(shí)，立輥打開，只有水平輥軋制時(shí)產(chǎn)生的寬展。中間坯每道次的側(cè)壓設(shè)定值，由總設(shè)定道次數(shù)及中間坯總的寬展決定?？偟呐鲗捳褂质艿街T多因素影響，例如原始坯料寬度、厚度、軋輥直徑、壓下量、側(cè)壓量、溫度等，致使中間坯寬度在全長(zhǎng)方向上變化不均，尤其是頭尾的變化較大。為了更精確地控制中間坯的寬度，1500熱連軋機(jī)安裝伺服閥液壓缸控制立輥開口度的自動(dòng)寬度控制（AWC）系統(tǒng)，主要功能包括中間坯頭尾短行程控制、形狀補(bǔ)償控制功能?？刂葡到y(tǒng)包括一級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)（L1）和二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)（L2）。L2主要負(fù)責(zé)軋制規(guī)程及AWC各項(xiàng)功能的模型計(jì)算，L1主要負(fù)責(zé)設(shè)備的執(zhí)行，L1由全液壓實(shí)現(xiàn)，軋制前先預(yù)定輥縫，軋制過(guò)程中，進(jìn)行AWC精調(diào)。粗軋采用AWC功能可以減少帶鋼的切邊損耗，提高板帶的成材率。

2.2 功能描述

2.2.1 物料跟蹤。粗軋的跟蹤系統(tǒng)是AWC寬度控制的前提，只有正確地跟蹤，AWC模型系統(tǒng)才能在正確的時(shí)刻被啟動(dòng)，寬度控制才能得以執(zhí)行。粗軋區(qū)E1前有HMD201～205，PY201～202，R1機(jī)后有HMD206～207，PY203，E1和R1軋機(jī)都裝有壓頭（檢測(cè)元件的具體位置參見儀表布置圖），AWC模型通過(guò)以上檢測(cè)元件，鋼坯運(yùn)行的方向及鋼坯速度，跟蹤帶鋼在軋線上的準(zhǔn)確位置，啟動(dòng)相關(guān)的條件和相應(yīng)的事件。

2.2.2 短行程控制（SSC）。由于帶鋼頭尾寬展更難控制，容易形成魚尾狀，為減少頭尾剪切廢鋼量，在帶鋼進(jìn)入立輥之前，L2根據(jù)側(cè)壓調(diào)寬量和粗軋軋制規(guī)程，計(jì)算帶鋼頭尾部收縮輪廓曲線和相應(yīng)的立輥開口度，形成短行程控制的控制并下發(fā)給L1，一般控制表為頭、尾各四個(gè)點(diǎn)的位置及對(duì)應(yīng)此位置的立輥開口度，PLC將對(duì)帶鋼頭尾進(jìn)行微跟蹤，按照短行程控制表去完成對(duì)立輥側(cè)壓開口度的控制。

第一，SSC的頭部控制。以立輥前的熱檢HMD205為控制啟動(dòng)條件，在HMD205檢得之后，立輥開口度為Y+Y1，此時(shí)對(duì)輥道速度進(jìn)行積分，當(dāng)∫dV=S0時(shí)，正好帶鋼頭部到達(dá)立輥，此時(shí)立輥已經(jīng)咬鋼，帶鋼入口速度由秒流量相等可得：

V入=V出×AE÷W來(lái)

因V出=VE，AE和W來(lái)已知，所以V入可得：

V入=VE×AE/W來(lái)

式中：

W來(lái)——來(lái)料寬度

AE——立輥E1的開口度

V——E1前的輥道速度

V入——帶鋼在立輥入口的速度

V出——帶鋼在立輥出口的速度

VE——立輥的速度

第二，SSC的尾部控制。尾部控制啟動(dòng)條件以熱檢HMD205檢失為啟動(dòng)條件，短行程尾部控制及跟蹤算法基本與頭部類似，在熱檢檢失時(shí)刻對(duì)立輥前帶鋼的速度V入進(jìn)行積分：

當(dāng)∫dV入=S'0-S5時(shí)，立輥開口度為Y+Y5

當(dāng)∫dV入=S'0-S6時(shí)，立輥開口度為Y+Y6

當(dāng)∫dV入=S'0-S7時(shí)，立輥開口度為Y+Y7

當(dāng)∫dV入=S'0時(shí)，立輥開口度為Y+Y8

式中：

S0——BFZI211 A到立輥E1的距離

S'0——BFZI211 B到立輥E1的距離

2.2.3 自動(dòng)寬度控制（AWC）。AWC控制即為自動(dòng)寬度控制，控制的目的是保證得到寬度均勻的中間坯，AWC控制方法具體如下：

由彈跳方程可知，出口的實(shí)際寬度為：

W=a+（P-P0）/M

式中：

a——立輥輥縫

P——立輥當(dāng)前軋制力

P0——立輥清零軋制力

M——立輥剛度

當(dāng)SSC頭部控制結(jié)束延時(shí)500ms之后，每100ms鎖定一個(gè)點(diǎn)，共鎖定三個(gè)點(diǎn)，鎖定此時(shí)刻的立輥開口度與立輥軋制力，然后可以計(jì)算出鎖定時(shí)刻的出口實(shí)際寬度W1、W2和W3，取其平均值W'，并以此作為目標(biāo)值，可得：

N時(shí)刻帶鋼的實(shí)際出口寬度為：

Wn=an+（Pn-P0）/M

為了與鎖定寬度相一致，所以Wn=W'，那么N時(shí)刻立輥的輥縫為：

an=W-（Pn-P0）/M

式中：

a1——鎖定時(shí)刻立輥輥縫

P0——鎖定時(shí)刻立輥軋制力

Pn——N時(shí)刻的軋制力

AWC投入的連鎖條件：HMI上選擇主控；HMI上選擇AWC投入；奇道次；軋機(jī)正轉(zhuǎn)；E1咬鋼；SSC頭部控制結(jié)束500ms之后；粗軋機(jī)架位置及過(guò)載保護(hù)。為避免鋼坯側(cè)面軋成斜面，當(dāng)側(cè)壓上下兩個(gè)位移傳感器之差大于限值時(shí)，側(cè)壓閥將關(guān)閉，停止側(cè)壓。為避免機(jī)架被損壞，在E1側(cè)壓的位置控制中加了過(guò)載保護(hù)，當(dāng)側(cè)壓壓力超過(guò)限值時(shí)，側(cè)壓自動(dòng)打開到初始位。

3 結(jié)語(yǔ)

粗軋是熱軋的重要組成部分，本系統(tǒng)應(yīng)用了西門子PLC及工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了壓下及側(cè)壓等工藝參數(shù)的精確控制，決定了粗軋后軋板的厚度和寬度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)二者的精確控制，確保了熱連軋的軋制質(zhì)量。

作者簡(jiǎn)介：劉桂紅（1972-），女，成都金自天正智能控制有限公司工程師，研究方向：控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試。

（責(zé)任編輯：王 波）