帶鋼冷連軋機(jī)組中的自動(dòng)輥縫控制系統(tǒng)

李開創(chuàng) 宋美娟 李洋 曹秉宇 陳浩

摘? 要：軋機(jī)的輥縫控制一直是軋制生產(chǎn)過程中比較重要的工藝參數(shù)，由于在軋制過程中，輥縫的大小能夠直接影響到成品的厚度和板型，因此精準(zhǔn)的輥縫控制在軋制生產(chǎn)線中顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：厚度自動(dòng)控制;液壓輥縫控制系統(tǒng);系統(tǒng)調(diào)節(jié)量

中圖分類號(hào)：TG333? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）15-0112-03

Abstract： The roll gap control of the rolling mill has always been an important process parameter in the rolling process. The roll gap size can directly affect the thickness and shape of the finished product in the rolling process， so accurate roll gap control is particularly important in the rolling production line.

Keywords： automatic thickness control; hydraulic roll gap control system; system regulation

1 概述

近年來，隨著國(guó)家鋼鐵產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)軋鋼質(zhì)量的要求也越來越高，而板厚則成為板帶材質(zhì)量的重要衡量指標(biāo)，這直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。厚度自動(dòng)控制AGC系統(tǒng)是提高帶材厚度精度的重要方法之一，現(xiàn)代高速、高效的板帶材的加工要求這種系統(tǒng)能夠在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)壓下并達(dá)到精度要求，這就要求控制系統(tǒng)具有兩點(diǎn)特性：（1）控制模型的準(zhǔn)確性;（2）AGC系統(tǒng)的快速性。厚度自動(dòng)控制AGC系統(tǒng)工作時(shí)，先預(yù)先設(shè)定好輥縫間距，通過控制反饋系統(tǒng)進(jìn)行適時(shí)的糾錯(cuò)調(diào)整，進(jìn)而帶動(dòng)液壓缸動(dòng)作，移動(dòng)調(diào)整軋機(jī)工作輥之間的輥縫，使得改變軋制力的大小來消除厚度誤差。

2 AGC系統(tǒng)分類

AGC系統(tǒng)是由許多直接或間接影響軋件厚度的系統(tǒng)構(gòu)成。為了消除各種原因造成的厚差，可采用各種不同的厚度調(diào)節(jié)方案和措施，AGC控制方法可歸納為以下3種基本形式：

（1）前饋AGC。在軋鋼過程中，由于水印造成的鋼坯硬度波動(dòng)、溫度波動(dòng)都會(huì)在軋制過程中產(chǎn)生厚度波動(dòng)，采用前饋AGC可以解決軋鋼過程中這類參數(shù)波動(dòng)引起的帶鋼厚度變化。

（2）監(jiān)控AGC。軋機(jī)工作時(shí)，在軋機(jī)出口處放置測(cè)厚儀，用來檢測(cè)帶鋼厚度偏差，進(jìn)而調(diào)節(jié)輥縫或軋制速度來消除厚度偏差，這就是監(jiān)控AGC。

（3）秒流量AGC。由于在軋制過程中，金屬在軋制前后體積不變，所以可以計(jì)算出帶材出口厚度，并加以控制，這種方法稱為秒流量AGC[1]。

這三種AGC控制系統(tǒng)都可以通過調(diào)整本機(jī)架輥縫來消除厚度偏差，借助輥縫控制執(zhí)行元件來保證厚度的精準(zhǔn)。

3 輥縫控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

目前國(guó)內(nèi)外軋機(jī)多采用的輥縫控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)械式和液壓式兩種，其中液壓輥縫控制系統(tǒng)被廣泛地運(yùn)用在輥縫控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中。

（1）機(jī)械壓下控制（EGC）：在機(jī)械壓下控制系統(tǒng)中，由兩個(gè)交流電機(jī)和聯(lián)軸器同時(shí)控制壓下量。機(jī)械壓下一般適用于軋制前的大行程和不精確的輥縫控制，而設(shè)定無載輥縫、換輥之后標(biāo)定輥縫以及在換輥時(shí)移動(dòng)到特定的位置、無載時(shí)調(diào)整水平值等多步過程也可以使用機(jī)械壓下[2]，見圖1。

（2）液壓輥縫控制（HGC）：HGC其實(shí)就是液壓AGC，就是通過液壓壓下缸的運(yùn)作來執(zhí)行的AGC系統(tǒng)。當(dāng)這種系統(tǒng)工作時(shí)，兩個(gè)壓下缸平行動(dòng)作，并且上下工作輥水平運(yùn)作，同時(shí)控制系統(tǒng)還需要保證位置控制、零位調(diào)整功能的位置反饋輸入、速度平衡控制、液壓缸位置補(bǔ)償增益、自動(dòng)流量增益控制、沖擊壓下補(bǔ)償、零點(diǎn)飄移補(bǔ)償[1]。

4 液壓輥縫控制（HGC）系統(tǒng)的具體分析

液壓輥縫控制系統(tǒng)的主要組成部分包括動(dòng)力源、調(diào)整裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以下是對(duì)某鋼廠冷軋機(jī)的液壓輥縫控制系統(tǒng)所進(jìn)行的具體分析。

4.1 動(dòng)力源

5個(gè)恒壓式變量泵組成壓下系統(tǒng)中的泵站，其中有一個(gè)變量泵是備用的，在每一個(gè)變量泵的出口處還并聯(lián)著一個(gè)先導(dǎo)式溢流閥，這種先導(dǎo)式溢流閥主要起到安全閥的作用，目前大功率的高壓伺服系統(tǒng)普遍采用這種多聯(lián)泵的配置方式[3]。這種配置方式的優(yōu)點(diǎn)是能量損耗小、效率高，尤其適用于高壓和大功率系統(tǒng)。同時(shí)特別適合于流量變化大，并且間歇工作的系統(tǒng)。

4.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，主要的元件有電液伺服閥、液壓缸、軋機(jī)負(fù)載、測(cè)厚儀、位移傳感器和壓力傳感器等。進(jìn)入液壓缸的液體流量可以通過伺服閥來控制，再通過液壓缸及機(jī)架內(nèi)的相關(guān)機(jī)構(gòu)來控制上支撐輥和上工作輥的上下移動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到控制軋制壓力和壓下位置的目的[6]。

4.3 調(diào)整裝置

液壓輥縫控制系統(tǒng)可以讓帶鋼厚度達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)偏差范圍，并且對(duì)軋機(jī)輥縫進(jìn)行在線調(diào)整。在位置和軋制力閉環(huán)控制中，由反饋信號(hào)通過伺服閥對(duì)液壓缸進(jìn)出油量的控制來調(diào)整輥縫的位置[8]。調(diào)整裝置存在于兩個(gè)獨(dú)立的閉環(huán)系統(tǒng)中，分別是軋制力控制和位置控制，這兩種控制方式的類型相似，調(diào)整輥縫時(shí)把它們各自調(diào)整的結(jié)果再進(jìn)行累加，如圖2。

在整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中，前四個(gè)機(jī)架均采用位置閉環(huán)控制方式，其具體的壓下量設(shè)定主要根據(jù)秒流量定律和中間機(jī)架的恒功率原則設(shè)定。這種位置閉環(huán)控制方式的優(yōu)點(diǎn)在于使進(jìn)口處得到較好的平直度，對(duì)產(chǎn)品的板形控制有重要作用，而第五機(jī)架采用軋制力控制方式，這樣可以減少軋輥偏心對(duì)最終產(chǎn)品造成的影響[9]。