ABB板型儀閉環(huán)自動(dòng)控制的應(yīng)用

馬紹毅 （天津里碑冷軋板材有限公司，天津 300220)

ABB板型儀閉環(huán)自動(dòng)控制的應(yīng)用

馬紹毅 （天津里碑冷軋板材有限公司，天津 300220)

國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)冷軋企業(yè)由于板型儀安裝精度或者其它技術(shù)原因，在使用過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)針對(duì)設(shè)定目標(biāo)曲線(xiàn)的閉環(huán)自動(dòng)控制，通過(guò)實(shí)行設(shè)備安裝精度補(bǔ)償、厚度控制系統(tǒng)升級(jí)、目標(biāo)曲線(xiàn)設(shè)計(jì)、對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行設(shè)定等改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)了軋制全過(guò)程的閉環(huán)自動(dòng)控制，使板型指標(biāo)控制在平均小于3I的較高水平。

冷軋 板型 目標(biāo)曲線(xiàn) 閉環(huán)自動(dòng)控制

1 引言

冷軋板帶的板型是指帶鋼橫向的各個(gè)部位是否產(chǎn)生了波浪或者褶皺，它決定于帶材沿寬度方向的延伸是否一致，帶材厚度變薄的過(guò)程中會(huì)由于絕對(duì)壓下量的差異使得斷面伸長(zhǎng)率顯著不一致，從而引起板型變壞。當(dāng)前冷軋帶鋼產(chǎn)品的板型要求越來(lái)越高，尤其是汽車(chē)鋼板、鍍錫基板、硅鋼板等對(duì)板型質(zhì)量有著極高的要求?；谶@種要求，很多企業(yè)花費(fèi)巨資在冷軋機(jī)上配備了先進(jìn)的板型控制系統(tǒng)，期望通過(guò)板型控制系統(tǒng)的閉環(huán)自動(dòng)控制使得鋼板的板型質(zhì)量大幅提升，但是國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)由于設(shè)備安裝精度或者其它技術(shù)原因在使用過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)針對(duì)設(shè)定目標(biāo)曲線(xiàn)的閉環(huán)自動(dòng)控制，而只能將ABB板型控制系統(tǒng)作為顯示儀器使用，無(wú)法發(fā)揮系統(tǒng)精確控制的特點(diǎn)，造成極大浪費(fèi)，也影響了產(chǎn)能的發(fā)揮，甚至由于人為參與控制還時(shí)常發(fā)生操作不當(dāng)引起的帶鋼跑偏斷帶事故，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，增加軋輥消耗。

天津里碑冷軋板材有限公司于2003年引進(jìn)了意大利MINO公司設(shè)計(jì)制造的四輥可逆冷軋機(jī)，其配備了瑞典ABB公司的板型控制系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)備安裝精度補(bǔ)償、厚度控制系統(tǒng)的升級(jí)、目標(biāo)曲線(xiàn)設(shè)計(jì)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)補(bǔ)償系數(shù)設(shè)定等改進(jìn)調(diào)整，現(xiàn)在已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)軋制全過(guò)程的閉環(huán)自動(dòng)控制，而且板型指標(biāo)控制在平均小于3I的較高水平。

通過(guò)實(shí)踐，總結(jié)摸索出實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制要從以下幾方面進(jìn)行考慮。

2 設(shè)備安裝精度要求

ABB板型儀的工作原理是板型儀測(cè)量輥安裝在工作輥和卷取機(jī)之間，當(dāng)帶鋼從測(cè)量輥上經(jīng)過(guò)，帶鋼的張力會(huì)在有一定包角的板型輥上形成徑向壓力。這個(gè)壓力通過(guò)測(cè)量輥內(nèi)部的應(yīng)力檢測(cè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和信號(hào)傳輸，在測(cè)量輥長(zhǎng)度方向形成區(qū)域數(shù)據(jù)信號(hào)。通過(guò)檢測(cè)ABB輥上帶鋼張力分布情況，就可以判斷出整個(gè)帶鋼接觸區(qū)域應(yīng)力與平均應(yīng)力之間的差值，這個(gè)值可以直接反映板型平直度，即板型情況。

板型控制系統(tǒng)將平直度測(cè)量偏差轉(zhuǎn)換成帶評(píng)估功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的描述，用最佳評(píng)估功能的組合來(lái)抵消平直度偏差，執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整輥縫和乳化液分段冷卻使板型接近數(shù)學(xué)模型。

所有這些檢測(cè)信號(hào)的準(zhǔn)確都要依賴(lài)于卷取機(jī)軸線(xiàn)、ABB檢測(cè)輥軸線(xiàn)和軋輥軸線(xiàn)三者安裝的平行度，具體來(lái)說(shuō)，卷取機(jī)軸線(xiàn)與ABB檢測(cè)輥軸線(xiàn)平行度偏差要求在0.03 mm/m之內(nèi)，ABB檢測(cè)輥軸線(xiàn)與軋輥軸線(xiàn)平行度偏差要求在0.01 mm/m之內(nèi)。只有這樣的安裝精度才能保證檢測(cè)準(zhǔn)確，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)整不會(huì)出現(xiàn)偏差錯(cuò)誤。

3 優(yōu)越的厚度控制系統(tǒng)

軋制過(guò)程中由于帶鋼厚度原因引起軋制壓力波動(dòng)，壓力變化直接影響板型變化，尤其是目前軋機(jī)都裝有縱向厚度自動(dòng)控制（AGC)，軋機(jī)運(yùn)行過(guò)程中軋制壓力波動(dòng)是隨時(shí)發(fā)生的，這也是保證厚度精度所必需的。但是，從板型控制角度來(lái)講，厚度控制過(guò)程中的軋制力變化應(yīng)該被看作是外擾，也需要在控制中加以控制。這就需要配備高性能的AGC厚度控制系統(tǒng)來(lái)消除熱軋?jiān)匣蜍堉粕郎p速帶來(lái)的厚度尺寸波動(dòng)，ABB系統(tǒng)的最佳調(diào)控需要厚度的波動(dòng)值為通條帶鋼±0.01 mm，如圖1所示。我們對(duì)測(cè)厚儀的精度進(jìn)行了升級(jí)，顯示和控制精度可以達(dá)到±0.001 mm。

圖2 電鍍鋅用軋硬板和家電用冷板不同的目標(biāo)曲線(xiàn)

圖1 ABB系統(tǒng)的最佳調(diào)控所需厚度的波動(dòng)值

4 合理的板型目標(biāo)曲線(xiàn)

板型目標(biāo)曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)是控制的核心，所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)整動(dòng)作都根據(jù)它來(lái)完成。設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是最終產(chǎn)品的要求，設(shè)計(jì)時(shí)首先考慮對(duì)不同凸度的原料制定不同的軋制規(guī)程，如果當(dāng)來(lái)料凸度發(fā)生變化時(shí)，仍采用原來(lái)的軋制規(guī)程，帶鋼軋出的板型就會(huì)發(fā)生變化;要想繼續(xù)保證板型良好的狀態(tài)，就必須要改變軋制規(guī)程。其基本原則是：來(lái)料斷面凸度增大，道次壓下量應(yīng)相應(yīng)加大;來(lái)料斷面凸度減小，道次壓下量可適當(dāng)減小。在軋制過(guò)程中，原料斷面形狀發(fā)生變化，按照板型控制的影響來(lái)說(shuō)，它就是一個(gè)干擾量，在生產(chǎn)中應(yīng)設(shè)法加以排除。所以軋制中不同道次要根據(jù)不同的壓下量設(shè)計(jì)不同的目標(biāo)曲線(xiàn)，合理過(guò)渡到最終成品的板型目標(biāo)曲線(xiàn)。不同產(chǎn)品也有不同的成品曲線(xiàn)，如圖2所示。

圖2所示為電鍍鋅用軋硬板和家電用冷板不同的目標(biāo)曲線(xiàn)。

5 合理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)補(bǔ)償系數(shù)設(shè)定

板型閉環(huán)自動(dòng)控制是通過(guò)壓下平衡裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)、乳化液精細(xì)冷卻自動(dòng)調(diào)節(jié)、正負(fù)彎輥?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)控制的。這3種調(diào)節(jié)方法都有需要設(shè)置的偏差補(bǔ)償系數(shù)。

5.1 平衡系統(tǒng)補(bǔ)償系數(shù)設(shè)定

所謂平衡系統(tǒng)補(bǔ)償系數(shù)設(shè)定就是要給自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)一個(gè)調(diào)整基準(zhǔn)，如果板型超出平衡基準(zhǔn)范圍，壓下系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)超差幅度進(jìn)行相應(yīng)的“擺閘”調(diào)整處理。這個(gè)補(bǔ)償系數(shù)如果在理想的情況下，即設(shè)備的各項(xiàng)安裝精度均沒(méi)有偏差，補(bǔ)償系數(shù)為零。但這種情況幾乎不存在，所以要對(duì)前面提到的設(shè)備精度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量后，根據(jù)偏移量和偏移方向把平衡基準(zhǔn)線(xiàn)變成帶有一定斜率的目標(biāo)模型，以便適應(yīng)設(shè)備，保證使用中的安全。

5.2 正負(fù)彎輥?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)的補(bǔ)償設(shè)定

板型浪形的大小主要靠正負(fù)彎輥來(lái)調(diào)節(jié)，邊部補(bǔ)償系統(tǒng)是對(duì)目標(biāo)曲線(xiàn)的邊部曲線(xiàn)段進(jìn)行調(diào)節(jié)進(jìn)而影響整個(gè)板型質(zhì)量。針對(duì)不同的要求選擇不同的邊部補(bǔ)償方式會(huì)出現(xiàn)不同的板型。圖3為使用邊部補(bǔ)償和不使用邊部補(bǔ)償對(duì)比圖。

圖3 使用邊部補(bǔ)償和不使用邊部補(bǔ)償對(duì)比圖

5.3 乳化液精細(xì)冷卻自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償設(shè)定

軋制過(guò)程中軋輥表面溫度變化的不同會(huì)使輥型凸度曲線(xiàn)發(fā)生變化，無(wú)法按照設(shè)計(jì)的凸度曲線(xiàn)生產(chǎn)，板型也就無(wú)法控制。由于這種溫度變化常常發(fā)生在局部，所以對(duì)局部軋輥進(jìn)行加大乳化液冷卻量的處理可以起到控制軋輥局部熱變形的效果。乳化液精細(xì)冷卻就是在軋輥長(zhǎng)度方向設(shè)置26個(gè)噴嘴，每個(gè)噴嘴可以根據(jù)指令單獨(dú)開(kāi)啟閉合，對(duì)軋輥局部進(jìn)行冷卻，開(kāi)啟數(shù)量比例的多少，即冷卻量的大小是通過(guò)補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖4顯示了精細(xì)冷卻不同的開(kāi)啟比例狀況。

6 其它補(bǔ)償

6.1 溫度補(bǔ)償

圖4 精細(xì)冷卻不同的開(kāi)啟比例狀況

采用與溫度影響趨勢(shì)方向相反且幅度大小相等的板型目標(biāo)曲線(xiàn)參與板型自動(dòng)控制，可以抵消溫度對(duì)板型的影響，達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

6.2 卷取補(bǔ)償

采用與卷取影響趨勢(shì)方向相反且幅度大小相等的板型目標(biāo)曲線(xiàn)參與板型自動(dòng)控制，可以抵消卷取對(duì)板型的影響，達(dá)到卷取補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

6.3 根據(jù)成品板型情況進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整

所有的調(diào)整都是為了保證最終的板型質(zhì)量，所以需要對(duì)成品板型質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證。如果在MMI的板型記錄中板型指標(biāo)（縱坐標(biāo))達(dá)到小于3I的水平，說(shuō)明調(diào)整的系數(shù)相對(duì)準(zhǔn)確，也可以在其他生產(chǎn)線(xiàn)上展卷做進(jìn)一步驗(yàn)證。

7 結(jié)論

冷軋機(jī)ABB板型儀閉環(huán)自動(dòng)控制的應(yīng)用涉及設(shè)備、電氣、工藝等專(zhuān)業(yè)，所有過(guò)程的實(shí)現(xiàn)都需要反復(fù)試驗(yàn)考證，板型控制本身是動(dòng)態(tài)的，設(shè)計(jì)參數(shù)也需要不斷修正，但只要掌握方法、設(shè)計(jì)得當(dāng)，是完全能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制的，它將極大提高冷軋帶鋼板型質(zhì)量及生產(chǎn)率，節(jié)約能耗。

[1]陣炎，田原，田越．ABB扳形儀在攀鋼HC軋機(jī)的應(yīng)用分析[J]．冶金自動(dòng)化，1999（3)：48-50．

[2]林振波，連家創(chuàng)，劑宏民．ABB板型測(cè)量和控制系統(tǒng)及板型標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)[J]．軋鋼，1994（4)：21-22．

[3]賈生暉，劑家寧．HC 冷軋機(jī)的扳形控制實(shí)踐[J]．軋鋼，1998（4)：7-8．

[4]李汝甲．論帶材板型測(cè)控過(guò)程中溫度影響及其補(bǔ)償措施[J]．重型機(jī)械，1999（5)：27-28．

Application of Close Looped Automatic Control of ABB Plate Profile Gauge

Ma Shaoyi

Most domestic cold rolling enterprises cannot achieve close looped automatic control by preset target curve due to the installation precision of plate profile gauge and other technical reasons.Improvement measures were taken such as adopting equipment installation precision compensation,thickness control system upgrade and target curve design and as setting actuator compensation coefficient to achieve close looped automatic control at the entire rolling process and a high level of plate profile parameter of less than 3I on average.

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（收稿 2011－10－15 編輯 潘娜)

馬紹毅，男，畢業(yè)于天津科技大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，工程師，現(xiàn)任天津軋一集團(tuán)里碑冷軋板材有限公司總調(diào)度長(zhǎng)，兼工藝專(zhuān)業(yè)主任工程師。