安鋼冷軋彎輥優(yōu)化改造

程浩　胡偉平　劉威　楊磊　蔡征

(安鋼集團(tuán)冷軋有限責(zé)任公司)

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安鋼冷軋彎輥優(yōu)化改造

程浩胡偉平劉威楊磊蔡征

(安鋼集團(tuán)冷軋有限責(zé)任公司)

彎輥是有效改善鋼板板形的方法，針對(duì)安鋼冷軋廠軋輥彎輥及其原理，通過對(duì)彎輥振動(dòng)的改造，解決了中間輥彎輥振動(dòng)問題帶來的各種影響，有效改善鋼板板型，使板型達(dá)到理想的效果。

關(guān)健詞冷軋彎輥振動(dòng)

0　前言

液壓彎輥是調(diào)整軋輥彎曲變形的一個(gè)主動(dòng)方法，其主要特點(diǎn)是使用靈活、響應(yīng)速度快，可以有效地減小板形凸度、改善帶鋼平直度、提高生產(chǎn)率及降低輥耗等，因此液壓彎輥裝置已成為板帶軋機(jī)上應(yīng)用最廣泛的板形調(diào)節(jié)手段，一些先進(jìn)的機(jī)型如HC軋機(jī)CVC軋機(jī)等只有與液壓彎輥技術(shù)配合才能最大程度地發(fā)揮其板形調(diào)節(jié)能力。只要根據(jù)具體的工藝條件來適當(dāng)?shù)剡x擇液壓彎輥力，就可以有效改善板形。安鋼集團(tuán)冷軋有限責(zé)任公司就采用了先進(jìn)的HC型軋機(jī)，是由中國(guó)一重集團(tuán)提供。使用中發(fā)現(xiàn)中間輥彎輥畫面上各個(gè)機(jī)架壓力傳感器傳回的數(shù)字量波動(dòng)較大，生產(chǎn)過程中也常出現(xiàn)中間輥彎輥現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)現(xiàn)象，為了徹底解決了中間輥彎輥振動(dòng)問題帶來的各種影響，有效改善鋼板板形，彎輥問題亟待解決。

1　彎輥原理

安鋼冷軋軋機(jī)示意圖如圖1所示。該軋機(jī)具有中間輥橫移、工作輥中間輥彎輥、壓下傾斜、精細(xì)化分段冷卻等板形調(diào)控手段是冷軋中應(yīng)用最廣泛的機(jī)型之一。

液壓彎輥的基本原理是:通過向工作輥或中間輥軸頸施加液壓彎輥力，來瞬時(shí)地改變軋輥的有效凸度，從而改變承載輥縫形狀和軋后帶鋼的延伸沿橫向的分布，以補(bǔ)償由于軋制壓力和軋輥溫度等工藝因素的變化而產(chǎn)生的輥縫形狀的變化，保證生產(chǎn)出高精度的產(chǎn)品。由于工作輥表面直接與帶鋼接觸，構(gòu)筑了帶鋼橫截面形狀。彎輥力對(duì)帶鋼斷面的影響如圖2所示。

圖1　冷軋軋機(jī)示意圖

2　彎輥問題

安鋼冷軋軋機(jī)在軋制過程時(shí)中間輥彎輥振動(dòng)次數(shù)非常多，而且很嚴(yán)重。彎輥振動(dòng)后，軋機(jī)輥縫不能及時(shí)擺到設(shè)定位置，使軋機(jī)無法進(jìn)行正常板形控制，嚴(yán)重了會(huì)使軋件直接報(bào)廢。該隱患還嚴(yán)重影響彎輥壞。再不到兩個(gè)月的時(shí)間里先后發(fā)生了兩次壓力傳感器的損壞，電腦操作界面(HMI)壓力傳感器如圖3所示。

(a) 板形為雙邊浪示意圖

(b) 板形為中間浪示意圖

圖3　電腦操作界面壓力傳感器示意圖

從圖3可以分析出，壓力傳感器一旦損壞軋機(jī)是無法工作,直接導(dǎo)致軋機(jī)輥縫的抬開，因?yàn)樵搲毫鞲衅髟谲垯C(jī)內(nèi)部，更換起來難度很大，最少需要5個(gè)小時(shí)，嚴(yán)重影響軋機(jī)的軋制節(jié)奏。

3　改造措施

因?yàn)閺澼伕椎恼駝?dòng)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生該壓力傳感器的損壞基于安鋼冷軋彎輥控制比較復(fù)雜，我們根據(jù)：安鋼冷軋機(jī)彎輥控制比較復(fù)雜，我們基于彎輥力控制原理分析決定通過程序優(yōu)化改造和現(xiàn)場(chǎng)改造兩個(gè)部分來實(shí)現(xiàn)本次的改造措施。

3.1彎輥力的基本控制原理

(1)彎輥力控制是一個(gè)基于力計(jì)算的閉環(huán)控制，當(dāng)前給定是一個(gè)固定給定值，力的反饋計(jì)算根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)壓力計(jì)算，其控制框圖如圖4所示(圖中油缸即為液壓缸)。

圖4　彎輥壓力閉環(huán)控制

彎輥控制原理如下：根據(jù)板材邊部起浪程度不同給定一彎輥力，傳感器將實(shí)際采集到的彎輥力反饋回來，把反饋值同給定作比較，PID調(diào)節(jié)器運(yùn)作使兩者的差值不斷縮小，同時(shí)輸出一定的電流給執(zhí)行器，執(zhí)行器(這里的執(zhí)行器為伺服閥)動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)液壓缸動(dòng)作。如此傳感器不斷采集，不斷比較，PID調(diào)節(jié)器不斷修正，直到給定與反饋達(dá)到平衡，執(zhí)行器輸出為零，液壓缸不再動(dòng)作。當(dāng)給定再次增減時(shí)，反饋隨之增減，執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)液壓缸也跟隨其移動(dòng)，從而使軋輥正彎或負(fù)彎程度發(fā)生變化，直至反饋與給定再次達(dá)到平衡，最終達(dá)到控制板形的目的。其中安鋼冷軋機(jī)的彎輥力給定是兩個(gè)固定數(shù)為40 KN和475 KN。

(2) 冷軋機(jī)的彎輥力是通過液壓缸的無桿腔和有桿腔的壓力偏差值計(jì)算得出的，如下式：

F彎輥力= F無桿腔- F有桿腔

=P(壓力檢測(cè)值) ×S(無桿腔的面積)×N(缸的數(shù)量)-P(壓力檢測(cè)值) ×S(有桿腔的面積)×N(缸的數(shù)量)

式中，P的壓力檢測(cè)是通過裝在無桿腔和有桿腔的壓力傳感器檢測(cè)得來的，N代表了液壓缸的數(shù)量，S代表了液壓缸內(nèi)的塞桿腔的面積。

3.2程序改造部分

通過彎輥力的控制原理分析，我們可以看出要想實(shí)現(xiàn)彎輥力控制系統(tǒng)精度的提高，只要使彎輥力的反饋和給定通過比較使兩者的差值不斷縮小，不斷采集，不斷比較，再通過PID調(diào)節(jié)器的不斷修正，使給定和反饋達(dá)到理論上的極大平衡，就能使彎輥力控制精度得到極大地提高。因此我們決定通過彎輥力的反饋和PID調(diào)節(jié)器的計(jì)算優(yōu)化兩個(gè)方面對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化改造。由于安鋼冷軋機(jī)的一級(jí)和二級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用的是日本的TMEIC公司的東芝控制器來實(shí)現(xiàn)的。PLC硬件是采用的日本東芝公司NV系列的產(chǎn)品，PLC軟件是美國(guó)GE公司的V-TOOL系列軟件，相對(duì)于國(guó)內(nèi)普遍采用的西門子自動(dòng)化控制系統(tǒng)較為封閉，可供使用的資料和軟件較為少見。因此我們?cè)俸蚑MEIC公司的工程師溝通后，再可修改的PLC程序中增加了兩個(gè)優(yōu)化模塊。

(1)彎輥力的反饋，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的壓力傳感器裝的位置離液壓缸較遠(yuǎn)，所以我們不僅更改了壓力傳感器的位置還在程序中增加了根據(jù)彎輥力計(jì)算公式得出的反饋模塊，程序如圖5所示。

圖5　彎輥力的反饋計(jì)算

通過圖5中的彎輥力的反饋計(jì)算再和壓力傳感器測(cè)出的彎輥力的反饋值進(jìn)行比較，將該比較值再和彎輥力的給定進(jìn)行比較來達(dá)到反饋和給定差值的縮小的目的來提高控制精度。

(2)優(yōu)化PID調(diào)節(jié)器，通過修改PI調(diào)節(jié)，來達(dá)到控制閥門輸出響應(yīng)，提高控制精度的目的，所以我們?cè)黾恿艘韵鲁绦虻母摹?/p>

PLC程序中在彎輥力的計(jì)算時(shí)有兩路輸出，一路直接將信號(hào)值經(jīng)過計(jì)算進(jìn)行輸出，另一路經(jīng)過平均計(jì)算輸出。程序圖如圖6所示。

圖6　PID調(diào)節(jié)器優(yōu)化

將程序中 P增益修改后，相當(dāng)于對(duì)閥門開口度進(jìn)行計(jì)算。將彎輥力的偏差值轉(zhuǎn)化成輸出百分?jǐn)?shù)。當(dāng)P增大時(shí)閥門開口度大，當(dāng)P減少時(shí)閥門開口度小。這樣通過調(diào)節(jié)P增益系數(shù)就達(dá)到了控制閥門開口度的精度，來提高彎輥力的控制精度的目的。

3.3現(xiàn)場(chǎng)改造部分

因?yàn)橐郧皬澼伕椎膲毫鞲衅鞫际窃谲垯C(jī)平臺(tái)的閥臺(tái)上，離各個(gè)機(jī)架的彎輥缸的距離較遠(yuǎn)，影響了信號(hào)的傳輸及反饋，間接也影響了彎輥缸的控制精度，造成了彎輥缸的振動(dòng)所以為了改善彎輥的控制精度、減少振動(dòng)，將彎輥缸的壓力傳感器從軋機(jī)平臺(tái)移到彎輥缸附近。

通過前期大量準(zhǔn)備工作，改造所需要的大量電纜、施工人員以及線路規(guī)劃都準(zhǔn)備好后，利用檢修期間開始了對(duì)各個(gè)機(jī)架中間輥彎輥壓力傳感器進(jìn)行改造。首先對(duì)軋機(jī)平臺(tái)上現(xiàn)場(chǎng)I/O柜進(jìn)行停電，然后拆除軋機(jī)頂部平臺(tái)各個(gè)機(jī)架的中間輥彎輥壓力傳感器及端子箱內(nèi)部接線，然后將各個(gè)機(jī)架的中間輥彎輥壓力傳感器移至事先預(yù)定好的中間輥彎輥缸附近，因?yàn)閴毫鞲衅髯詭щ娎|較短，需要在各個(gè)機(jī)架間加裝中間端子箱，通過事先準(zhǔn)備好的電纜和圖紙，對(duì)應(yīng)軋機(jī)平臺(tái)上的原來壓力傳感器接線端子號(hào)通過中間端子箱對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓力傳感器進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)接線并較線。完成所有壓力傳感器的換位和接線工作后，緊接著通過觀察靜態(tài)環(huán)境下的中間輥壓力傳感器數(shù)值，得到了預(yù)期效果。接下來就需要觀察在生產(chǎn)過程中壓力數(shù)字波動(dòng)是否降低是否到達(dá)預(yù)期效果。改造完畢后，電腦HMI中間輥彎輥畫面上各個(gè)機(jī)架壓力傳感器傳回的數(shù)字波動(dòng)明顯減小，生產(chǎn)過程中再也沒出現(xiàn)中間輥彎輥現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)現(xiàn)象，改造達(dá)到了預(yù)期效果，徹底解決了中間輥彎輥振動(dòng)問題帶來的各種影響。

4　改造后效果

(1)彎輥振動(dòng)由改造前的5 min，改為項(xiàng)目實(shí)施后無振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，彎輥系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間也小于等于50 ms，滿足了彎輥精度保證值的要求。軋機(jī)彎輥的保證值如圖7所示。

圖7　系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間

(2)帶鋼的平直度也達(dá)到了要求，具體情況見表2。

表2　軋制表

從表2可以看出每卷帶鋼平直度基本上都達(dá)到或接近3.28，滿足了帶鋼的板形要求。而在改造前帶鋼平直度基本都在4.5到4.2之間，改造后大大提高了帶鋼的平直度控制，達(dá)到了帶鋼板形的控制要求。

5　結(jié)束語

安鋼冷軋軋機(jī)中間輥彎輥控制優(yōu)化設(shè)備主要從一級(jí)自動(dòng)化、儀表自動(dòng)化等設(shè)備系統(tǒng)的兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化配置及技術(shù)改造，經(jīng)過優(yōu)化改造，提高了安鋼冷軋軋機(jī)彎輥整體控制精度；其中，彎輥很大的提高，板形得到了很好地控制，為薄規(guī)格軋制奠定了良好的設(shè)備基礎(chǔ)。改善了設(shè)備工作條件；大大減少了設(shè)備故障停車時(shí)間；改造完成后無故障時(shí)間發(fā)生，無突發(fā)停車時(shí)間，穩(wěn)定了軋制節(jié)奏，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。提高了設(shè)備作業(yè)率和成材率；延長(zhǎng)了設(shè)備使用周期，節(jié)省了大量材料備件費(fèi)，很大程度地實(shí)現(xiàn)了效益最大化。

[1]王棟. 萊鋼冷軋軋機(jī)彎輥控制系統(tǒng)分析[J].冶金行業(yè)解決方案,2012,5:11-12

[2]王淑英.電器控制與PLC控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005:219-223

BENDING ROLL OPTIMIZATION FOR THE COLD MILL IN ANYANG STEEL

Chen haoHu WeipingLiu weiYang leiCai zheng

(Group of cold rolling plant of Anyang Iron and Steel Co., Ltd)

Bending roll is an effective way to improve strip shape. In this paper, based on the bending roll and its principle used in the cold mill of Anyang Steel, the influence of the vibration of the middle roll bending is solved by the transformation of bending vibration, thus effectively improve the steel plate shape.

cold rollingbending rollvibration

聯(lián)系人：程浩，工程師，河南.安陽(455004)， 安鋼集團(tuán)冷軋有限責(zé)任公司 ；2016—1—29