鋁板帶箔冷軋機(jī)MFC質(zhì)量流控制系統(tǒng)研究應(yīng)用

王修亮

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

1 鋁板帶箔冷軋機(jī)厚度控制系統(tǒng)背景技術(shù)分析

目前我國鋁板帶箔冷軋機(jī)厚度控制系統(tǒng)主要引進(jìn)國外后反饋厚度控制技術(shù)，后反饋?zhàn)詣雍穸瓤刂葡到y(tǒng)由液壓輥縫控制系統(tǒng)和自動厚度控制系統(tǒng)組成，液壓輥縫控制系統(tǒng)功能主要包括位置控制、軋制力控制、軋機(jī)靠零控制、軋機(jī)彈性曲線測量、工作輥彎輥控制。自動厚度控制系統(tǒng)功能主要包括輥縫位置AGC 反饋控制、軋制力AGC 反饋控制、速度/張力AGC反饋控制、速度補(bǔ)償控制、軋輥偏心補(bǔ)償控制。

后反饋?zhàn)詣雍穸瓤刂葡到y(tǒng)由安裝在軋機(jī)出口側(cè)的測厚儀用來測量出口厚度偏差，厚度誤差經(jīng)過濾波后，發(fā)送給獨(dú)立的比例積分控制器進(jìn)行調(diào)整，由于鋁板帶箔冷軋機(jī)出口測厚儀到輥縫之間存在距離，后反饋?zhàn)詣雍穸瓤刂葡到y(tǒng)僅能用來對長時間存在的厚度誤差進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整，對鋁板帶箔厚差瞬間突跳、低頻厚差波動、高頻厚差振蕩沒有任何改善作用。

鋁板帶箔軋制過程中瞬間厚差突跳、低頻厚差波動、高頻厚差振蕩是鋁加工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸問題之一，主要受軋制工藝控制條件和關(guān)鍵設(shè)備控制精度影響，軋制工藝控制條件的主要影響因素包括軋制壓下率、速度、張力、潤滑性能、輥縫預(yù)設(shè)、油膜厚度、軋輥粗糙度、坯料厚差、合金成分等。關(guān)鍵設(shè)備控制精度的主要影響因素包括測厚儀檢測精度、壓力傳感器檢測精度、位置傳感器檢測精度、伺服閥控制精度、液壓缸控制響應(yīng)速度、厚度控制系統(tǒng)響應(yīng)速度、傳動系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、工作輥系轉(zhuǎn)動精度、支撐輥系轉(zhuǎn)動精度、傳動輥系轉(zhuǎn)動精度、軋制線基準(zhǔn)控制、速度檢測控制、卷徑檢測精度、偏心補(bǔ)償控制等。而后反饋?zhàn)詣雍穸瓤刂葡到y(tǒng)響應(yīng)滯后，不能對鋁板帶箔厚差進(jìn)行有效補(bǔ)償控制。目前國內(nèi)外現(xiàn)有的技術(shù)很難解決鋁箔厚差瞬間突跳、低頻段厚差波動與高頻段厚差振蕩的技術(shù)問題，需要研發(fā)應(yīng)用新的控制系統(tǒng)去改善鋁板帶箔厚度控制能力和控制精度。

2 鋁板帶箔冷軋機(jī)MFC質(zhì)量流厚度控制系統(tǒng)理論研究

在鋁板帶箔冷軋機(jī)自動厚度控制系統(tǒng)中加入MFC 質(zhì)量流控制系統(tǒng)，提升冷軋機(jī)鋁板帶箔厚差控制精度和控制能力，冷軋機(jī)MFC 質(zhì)量流厚度控制模式采用通過軋輥輥縫的體積守恒的原理,是基于進(jìn)入軋機(jī)輥縫入口的帶材體積和離開輥縫出口的帶材體積相等的原理。公式為：入口厚度×入口寬度×入口長度=出口厚度×出口寬度×出口長度。在鋁板帶箔冷軋制過程中，由于鋁板帶箔寬度通過軋輥輥縫后的變化是微小的可以忽略的，因此定義入口寬度=出口寬度。公式可以變化為：入口厚度×入口長度=出口厚度×出口長度，計算出口厚度的公式為：出口厚度=（入口厚度×入口長度）/出口長度，入口厚度可以用入口X 射線測厚儀進(jìn)行測量，入口長度和出口長度可以用激光測速儀進(jìn)行測量。只要準(zhǔn)確測量出帶材的入口厚度、入口長度、出口長度，就可以計算帶材出口厚度。然后用出口設(shè)定厚度與出口計算厚度相減得出厚度差值，就得到了一個質(zhì)量流控制器差值用于進(jìn)行MFC AGC 控制。MFC 質(zhì)量流控制系統(tǒng)可有效改善鋁板帶箔鋁箔厚差瞬間突跳、低頻段厚差波動與高頻段厚差振蕩等技術(shù)難題。

3 鋁板帶箔冷軋機(jī)MFC質(zhì)量流控制系統(tǒng)技術(shù)方案

為提升鋁板帶箔冷軋機(jī)厚差控制精度和控制能力，改善鋁板帶箔軋制過程中厚差波動對鋁箔成品率的影響，在我國某高新技術(shù)企業(yè)鋁板帶箔冷軋機(jī)增加了MFC質(zhì)量流控制系統(tǒng)。具體技術(shù)方案為：

（1）在鋁板帶箔冷軋機(jī)入口側(cè)加裝X 射線測厚儀，用于實時檢測反饋冷軋機(jī)軋制過程中鋁板帶箔入口側(cè)厚度。射線測厚儀關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)包括厚度檢測采樣時間1ms、平均響應(yīng)時間2ms、檢測精度為測量厚度的±0.1%、測量噪聲為測量厚度的±0.1%、測量漂移為測量厚度的±0.1%、數(shù)字分辨率為1 μm、測量氣隙為100-200mm。

（2）在鋁板帶箔冷軋機(jī)入口側(cè)、出口側(cè)加裝激光測速儀，用于實時檢測反饋冷軋機(jī)軋制過程中鋁板帶箔入口側(cè)、出口側(cè)線速度。激光測速儀關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)包括速度測量范圍1m/min-12000m/min、測量線性精度優(yōu)于0.05%、測量加速度范圍＞500米/秒平方、測量刷新速度＞20000/秒、測量響應(yīng)時間＜300μs。

（3）對鋁板帶箔冷軋機(jī)設(shè)備機(jī)前裝置進(jìn)行技術(shù)改造，增加入口測厚儀安裝軌道和測速儀安裝機(jī)構(gòu)，使其具備冷軋機(jī)MFC 質(zhì)量流控制系統(tǒng)所需測速儀、測厚儀設(shè)備的安裝運(yùn)行條件。

（4）在鋁板帶箔冷軋機(jī)加入MFC 質(zhì)量流控制系統(tǒng)功能,利用激光測速儀與X射線測厚儀準(zhǔn)確測量出帶材的入口厚度、入口長度、出口長度，然后用MFC質(zhì)量流控制功能程序進(jìn)行鋁板帶箔自動厚度控制。實現(xiàn)鋁板帶箔成品0.1mm厚度軋制過程中厚差控制在±1.5%以內(nèi)。冷軋機(jī)質(zhì)量流控制功能程序如圖1所示。

圖1 冷軋機(jī)質(zhì)量流控制功能程序圖

通過在鋁板帶箔冷軋機(jī)中加入MFC質(zhì)量流控制系統(tǒng)，提升了鋁板帶箔厚差控制精度和控制能力，實現(xiàn)了鋁板帶箔厚度高質(zhì)量高精度全自動控制。

4 鋁板帶箔冷軋機(jī)MFC質(zhì)量流控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用效果

鋁板帶箔厚差高精度自動控制鋁加工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展過程中的技術(shù)難題，通過在鋁板帶箔冷軋機(jī)加入MFC 質(zhì)量流控制系統(tǒng)，有效改善了鋁板帶箔厚差瞬間突跳、低頻段厚差波動與高頻段厚差振蕩的技術(shù)問題。實際應(yīng)用效果對比如下：

（1）鋁板帶箔冷軋機(jī)未投入MFC 質(zhì)量流控制系統(tǒng)前，在軋制鋁卷870411在第5道次的過程中，經(jīng)過1 個道次軋制，鋁板帶箔厚差波動由±0.8%（3Sigma）放大至±1.2%（3Sigma），厚差波動放大了50%。

圖2 投入MFC質(zhì)量流控制的鋁卷87039811在第5道次軋制PDA數(shù)據(jù)

（2）鋁板帶箔冷軋機(jī)投入MFC 質(zhì)量流控制系統(tǒng)后，在軋制鋁卷870311在第5道次的過程中，從PDA數(shù)據(jù)（圖2）中可以看出，經(jīng)過1 個道次軋制，鋁板帶箔厚差波動由入口厚差±0.8%（3Sigma）到出口厚差±0.8%（3Sigma），未出現(xiàn)厚差波動放大趨勢。鋁板帶箔厚差控制和板形控制效果良好。

鋁板帶箔冷軋機(jī)加入MFC質(zhì)量流控制系統(tǒng)研究設(shè)計，經(jīng)過在鋁加工高新技術(shù)企業(yè)的實踐應(yīng)用，可有效提升了鋁板帶箔厚差控制能力，鋁板帶箔厚差控制精度由±2.5%(2sigma)提升至±1.5%(2sigma)，達(dá)到了同行業(yè)領(lǐng)先水平。