軋鋼卷取側(cè)導(dǎo)板自動(dòng)控制優(yōu)化策略

尹浩彬

（首鋼股份公司遷安鋼鐵公司，河北遷安 064400）

引言

帶鋼卷取是熱軋工藝中的最后一道工序，由卷取機(jī)來(lái)完成。熱軋卷取機(jī)入口側(cè)導(dǎo)板的作用是將帶鋼導(dǎo)入卷取機(jī)，夾持帶鋼對(duì)準(zhǔn)軋制中心線，這一過(guò)程對(duì)帶鋼的卷形好壞有直接影響[1]，其控制水平直接影響著鋼卷卷形的質(zhì)量。

在軋制硅鋼、薄規(guī)格生產(chǎn)過(guò)程中，卷形常見(jiàn)的問(wèn)題有錯(cuò)層、塔形、松卷等，其中最為嚴(yán)重的為頭部塔形問(wèn)題，頭塔嚴(yán)重影響精整機(jī)組的產(chǎn)能和最終產(chǎn)品質(zhì)量，這些都將造成生產(chǎn)成本的提高，影響企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

1 卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板功能及控制原理

卷取機(jī)前側(cè)導(dǎo)板位于層流冷卻裝置之后，每臺(tái)卷取機(jī)夾送輥之前、輸出輥道之上。其作用是把帶鋼對(duì)準(zhǔn)軋制中心線送入夾送輥，并在進(jìn)入夾送輥時(shí)側(cè)導(dǎo)板夾持帶鋼以減少帶鋼的橫向竄動(dòng)。

在帶鋼進(jìn)入卷取機(jī)前，側(cè)導(dǎo)板兩側(cè)均為位置控制方式，卷取機(jī)帶載后，側(cè)導(dǎo)板單側(cè)切換到壓力控制、另一側(cè)位置控制，在帶鋼尾部到達(dá)側(cè)導(dǎo)板之前兩側(cè)均切換回位置控制，原設(shè)計(jì)側(cè)導(dǎo)板卷鋼控制過(guò)程詳見(jiàn)圖1。

圖1 原設(shè)計(jì)側(cè)導(dǎo)板控制時(shí)序示意圖

A、B、C 數(shù)值由操作員通過(guò)HMI 畫(huà)面輸入或二級(jí)系統(tǒng)設(shè)定

1.1 預(yù)設(shè)定

在帶鋼到來(lái)之前,側(cè)導(dǎo)板打開(kāi)到W+A 位置，操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)均打開(kāi)到W/2+A/2。

W:二級(jí)系統(tǒng)設(shè)定的帶鋼寬度；

A：二級(jí)系統(tǒng)或HMI畫(huà)面設(shè)定初始偏移量。

1.2 短行程關(guān)閉

在帶鋼頭部到達(dá)卷取機(jī)前冷檢時(shí)，觸發(fā)側(cè)導(dǎo)板第一次頭部短行程關(guān)閉動(dòng)作，側(cè)導(dǎo)板單側(cè)動(dòng)作到W/2+B/2+10 的位置，卷取機(jī)帶載后觸發(fā)側(cè)導(dǎo)板第二次頭部短行程關(guān)閉動(dòng)作，側(cè)導(dǎo)板單側(cè)動(dòng)作到W/2+B/2的位置，也就是說(shuō)二次短行程為一級(jí)自動(dòng)化程序中設(shè)定的固定值、單側(cè)10 mm。在兩次短行程全部完成以后，側(cè)導(dǎo)板單側(cè)切換到壓力控制（壓力控制側(cè)的選擇根據(jù)二級(jí)或HMI 畫(huà)面設(shè)定），另一側(cè)為位置控制，位置控制側(cè)按照W/2+B/2 的位置進(jìn)行位置閉環(huán)控制。

1.3 短行程打開(kāi)

為了避免由于磨損造成的帶鋼尾部損傷，同時(shí)減少側(cè)導(dǎo)板襯板的嚴(yán)重磨損，在帶鋼尾部到達(dá)側(cè)導(dǎo)板之前，側(cè)導(dǎo)板打開(kāi)到一個(gè)比帶鋼較寬的開(kāi)口度W/2+C/2。

1.4 下一塊鋼預(yù)設(shè)定

當(dāng)帶鋼尾部到達(dá)夾送輥之后，側(cè)導(dǎo)板按照下一塊帶鋼的二級(jí)設(shè)定數(shù)據(jù)動(dòng)作到預(yù)設(shè)位置，操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)均打開(kāi)到W/2+A/2，如果下一塊帶鋼數(shù)據(jù)未到達(dá)，側(cè)導(dǎo)板打開(kāi)到最大位置。

2 鋼卷頭部塔形缺陷原因分析

鋼卷塔形問(wèn)題是熱軋產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要影響因素，直接影響著熱軋工序成本。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，側(cè)導(dǎo)板的控制策略對(duì)卷形質(zhì)量的影響非常大，鋼卷頭部塔形、錯(cuò)層、折邊等卷形缺陷均與側(cè)導(dǎo)板的控制密切相關(guān)，結(jié)合軋制薄規(guī)格及硅鋼產(chǎn)品的特點(diǎn)及側(cè)導(dǎo)板原設(shè)計(jì)控制策略，對(duì)鋼卷頭部卷形質(zhì)量缺陷形成的原因進(jìn)行分析。

2.1 硅鋼產(chǎn)品中心線波動(dòng)大，側(cè)導(dǎo)板手動(dòng)干預(yù)影響卷形

普通冷軋料精軋來(lái)料中心線波動(dòng)基本在±30 mm 范圍內(nèi)，詳見(jiàn)圖2，無(wú)需操作人員進(jìn)行干預(yù)，側(cè)導(dǎo)板按照原設(shè)計(jì)程序自動(dòng)控制即可完成帶鋼整個(gè)卷取過(guò)程。

圖2 普通鋼種精軋出口中心線曲線

硅鋼來(lái)料中心線波動(dòng)較大，超過(guò)±80 mm 的情況較為頻繁，且個(gè)別時(shí)候出現(xiàn)超出曲線顯示極限（±100 mm）情況，曲線詳見(jiàn)圖3。

圖3 硅鋼產(chǎn)品精軋出口中心線曲線

當(dāng)來(lái)料中心線偏移較大時(shí)（一般超過(guò)±60 mm），卷取操作人員將手動(dòng)干預(yù)打開(kāi)側(cè)導(dǎo)板，以防止帶鋼頭部碰撞側(cè)導(dǎo)板造成卡鋼事故，這樣就會(huì)造成帶鋼頭部失控段增加，且手動(dòng)打開(kāi)操作干預(yù)的偏移量將疊加側(cè)導(dǎo)板兩側(cè)，相當(dāng)于人為增大了控制參數(shù)B 值，造成側(cè)導(dǎo)板兩側(cè)距離帶鋼邊緣位置增大，進(jìn)而導(dǎo)致壓力控制側(cè)尋找?guī)т撨吘墑?dòng)作時(shí)間加長(zhǎng)、位置控制側(cè)也偏離帶鋼邊緣，勢(shì)必引起頭塔控制惡化，從曲線可以清晰地看出側(cè)導(dǎo)板兩側(cè)實(shí)際位置存在36 mm 的偏差，帶鋼處于偏離中心線卷取狀態(tài)，側(cè)導(dǎo)板手動(dòng)打開(kāi)干預(yù)后控制曲線詳見(jiàn)圖4。

圖4 側(cè)導(dǎo)板手動(dòng)干預(yù)曲線

2.2 側(cè)導(dǎo)板襯板磨損

側(cè)導(dǎo)板耐磨襯板會(huì)由于與帶鋼邊部摩擦形成溝槽，卷取過(guò)程中帶鋼極易進(jìn)入到嚴(yán)重磨損的溝槽中，這樣帶鋼在實(shí)際卷取時(shí)側(cè)導(dǎo)板壓力控制側(cè)在尋找?guī)т摃r(shí)動(dòng)作距離就會(huì)增大，使帶鋼偏離實(shí)際設(shè)備中心線進(jìn)行卷取，同時(shí)當(dāng)側(cè)導(dǎo)板的實(shí)際開(kāi)口度小于帶鋼熱態(tài)寬度超過(guò)35 mm 時(shí)將自動(dòng)切斷壓力控制（避免側(cè)導(dǎo)板關(guān)閉過(guò)多造成窩邊等現(xiàn)象），單側(cè)尋帶鋼邊緣壓力控制思想存在一定缺陷。

從圖5 曲線中可以清晰地看出，側(cè)導(dǎo)板進(jìn)入到壓力控制后，側(cè)導(dǎo)板兩側(cè)實(shí)際位置偏差較大（傳動(dòng)側(cè)實(shí)際位置621.5 mm，操作側(cè)實(shí)際位置580 mm），帶鋼偏離設(shè)備中心線卷取，總開(kāi)度1 201.5 mm遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于二級(jí)下發(fā)的帶鋼熱態(tài)寬度值1 242.01 mm，壓力控制被切斷后，側(cè)導(dǎo)板兩側(cè)實(shí)際壓力波動(dòng)混亂，造成鋼卷卷形控制質(zhì)量差。

圖5 側(cè)導(dǎo)板襯板磨損控制曲線

2.3 側(cè)導(dǎo)板二次短行程動(dòng)作滯后

原設(shè)計(jì)當(dāng)帶鋼頭部進(jìn)入卷取機(jī)、卷筒帶載后觸發(fā)側(cè)導(dǎo)板二次短行程自動(dòng)控制時(shí)序，這樣將導(dǎo)致帶鋼頭部失控距離較長(zhǎng)，容易造成帶鋼頭部卷取錯(cuò)邊，控制曲線詳見(jiàn)圖6。

圖6 原設(shè)計(jì)側(cè)導(dǎo)板二次短行程控制曲線

3 控制優(yōu)化策略及效果驗(yàn)證

3.1 增加側(cè)導(dǎo)板三次短行程自動(dòng)控制功能

結(jié)合帶鋼偏離設(shè)備中心線卷取的實(shí)際情況，在完全消化原設(shè)計(jì)兩次短行程自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上，增加側(cè)導(dǎo)板三次短行程自動(dòng)控制功能，又稱側(cè)導(dǎo)板位置控制側(cè)跟隨控制功能。在兩次短行程動(dòng)作全部結(jié)束后，觸發(fā)位置控制側(cè)跟隨控制功能開(kāi)始，位置控制側(cè)的位置不再固定不變，將壓力控制側(cè)的實(shí)際位置作為位置控制側(cè)的位置設(shè)定值，側(cè)導(dǎo)板兩側(cè)同時(shí)關(guān)閉，壓力控制側(cè)尋找?guī)т撨吘夁_(dá)到設(shè)定壓力，位置控制側(cè)根據(jù)壓力控制側(cè)時(shí)刻變化的位置進(jìn)行跟蹤自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)位置控制側(cè)實(shí)際壓力反饋達(dá)到此塊帶鋼側(cè)導(dǎo)板設(shè)定壓力（L2或HMI設(shè)定）的80%后，跟隨功能關(guān)閉，鎖定當(dāng)前實(shí)際位置作為此塊帶鋼位置控制側(cè)的位置控制設(shè)定值；壓力控制側(cè)控制模式不變，以恒定的壓力作用到帶鋼上。增加側(cè)導(dǎo)板三次短行程控制功能后的控制時(shí)序及效果曲線詳見(jiàn)圖7。從圖7 中可以清晰地看出改進(jìn)后兩側(cè)實(shí)際位置偏差很小，帶鋼位于設(shè)備中心線卷取，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鋼卷頭部卷形有了非常顯著的改善。

圖7 增加三次短行程功能后控制曲線

新增該功能后，有效解決了三個(gè)方面的問(wèn)題：一是可以更好地保證帶鋼在設(shè)備中心線上進(jìn)行卷取、降低襯板磨損對(duì)于自動(dòng)控制的嚴(yán)重影響，二是解決了帶鋼進(jìn)入側(cè)導(dǎo)板之前操作人員手動(dòng)干預(yù)對(duì)于位置控制側(cè)最終位置設(shè)定值的影響，三是兩側(cè)同時(shí)關(guān)閉對(duì)中，提高了帶鋼對(duì)中響應(yīng)速度，減少側(cè)導(dǎo)板失效段控制長(zhǎng)度。

3.2 提高側(cè)導(dǎo)板帶鋼頭部壓力設(shè)定

側(cè)導(dǎo)板壓力設(shè)定大，有可能導(dǎo)致帶鋼折邊，折邊是指卷取過(guò)程中帶鋼邊部出現(xiàn)折疊的一種缺陷，在薄規(guī)格帶鋼卷取過(guò)程中容易產(chǎn)生該缺陷。其產(chǎn)生的主要原因是側(cè)導(dǎo)板在壓力控制模式下對(duì)帶鋼的夾持力過(guò)大,導(dǎo)致帶鋼邊部折彎或帶鋼跑偏[3]；壓力設(shè)定小，影響帶鋼對(duì)中效果，尤其影響到帶鋼頭部階段的導(dǎo)向?qū)χ?。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)帶鋼實(shí)際的控制需求，優(yōu)化側(cè)導(dǎo)板頭部壓力設(shè)定，使側(cè)導(dǎo)板對(duì)于同一塊帶鋼壓力設(shè)定實(shí)現(xiàn)了分段式控制。具體措施為，在二級(jí)系統(tǒng)或HMI 畫(huà)面進(jìn)行側(cè)導(dǎo)板壓力設(shè)定的基礎(chǔ)上，一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)中在夾送輥帶載后觸發(fā)側(cè)導(dǎo)板設(shè)定壓力自動(dòng)提高到130%，作用時(shí)間2 s，2 s 后自動(dòng)恢復(fù)到二級(jí)系統(tǒng)設(shè)定，提高帶鋼頭部的對(duì)中力度，詳見(jiàn)圖8。

圖8 側(cè)導(dǎo)板提高壓力設(shè)定及提前二次短行程觸發(fā)時(shí)機(jī)曲線

帶鋼頭部階段側(cè)導(dǎo)板設(shè)定壓力提升更加有利于帶鋼的對(duì)中卷取，同時(shí)增加帶鋼頭部階段側(cè)導(dǎo)板壓力設(shè)定后，也就提高了新增加的三次短行程控制功能位置控制側(cè)鎖定的壓力門(mén)檻值，使得三次短行程控制功能運(yùn)行更加穩(wěn)定高效。

3.3 提前側(cè)導(dǎo)板二次短行程的動(dòng)作觸發(fā)時(shí)機(jī)

將側(cè)導(dǎo)板二次短行程動(dòng)作觸發(fā)的時(shí)機(jī)由卷取機(jī)卷筒帶載提前到夾送輥帶載，見(jiàn)圖8。優(yōu)化后側(cè)導(dǎo)板二次短行程動(dòng)作提前1 s，以帶鋼平均10 m/s的卷取速度計(jì)算，減少帶鋼頭部失效控制段長(zhǎng)度10 m，更好地保證了鋼卷頭部卷形。

綜上，根據(jù)側(cè)導(dǎo)板自動(dòng)控制多項(xiàng)優(yōu)化改進(jìn)策略，得出功能改進(jìn)后側(cè)導(dǎo)板自動(dòng)控制時(shí)序，詳見(jiàn)圖9。

圖9 功能優(yōu)化改進(jìn)后側(cè)導(dǎo)板控制時(shí)序圖

4 結(jié)論

針對(duì)薄規(guī)格及硅鋼產(chǎn)品鋼卷頭部卷形質(zhì)量差的原因，通過(guò)增加側(cè)導(dǎo)板三次短行程自動(dòng)對(duì)中控制功能、提高側(cè)導(dǎo)板帶鋼頭部階段壓力設(shè)定、提前側(cè)導(dǎo)板二次短行程的動(dòng)作觸發(fā)時(shí)機(jī)等一系列優(yōu)化改進(jìn)措施，有效解決了鋼卷頭部階段塔形的質(zhì)量缺陷問(wèn)題，塔形鋼卷數(shù)量明顯減少，改善了產(chǎn)品質(zhì)量，提升了用戶滿意度。