熱軋定寬機(jī)夾送輥?zhàn)詣?dòng)控制研究

李成成

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北唐山 063000）

0.引言

熱軋卷板產(chǎn)線為提高鑄坯成材率以及卷板寬度控制精度，在粗軋區(qū)域入口安裝有壓力定寬機(jī)（SSP），主要通過錘頭的擊打使板坯達(dá)到預(yù)設(shè)的減寬量，另外，經(jīng)過二級(jí)系統(tǒng)模型計(jì)算對(duì)板坯頭部、尾部有減寬短行程控制，使得板坯形成預(yù)設(shè)的“狗骨頭”形狀，從而提高在后續(xù)平輥軋制過程中的板型控制精度，板坯上下表面在錘頭擊打的過程中受力發(fā)生形變，從而導(dǎo)致上下表面氧化鐵皮更容易脫落，因此改善了板坯表面質(zhì)量。從定寬機(jī)入口至定寬機(jī)出口板坯的傳送主要依靠輥道與入口、出口夾送輥、出口入口導(dǎo)輥，定寬機(jī)錘頭能否正確擊打至板坯預(yù)設(shè)位置，出口、入口夾送輥起決定性作用，所以我們展開對(duì)定寬機(jī)入口、出口夾送輥?zhàn)詣?dòng)控制進(jìn)行研究。

1.定寬機(jī)出口、入口夾送輥的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成

每組夾送輥由上夾送輥和下夾送輥兩根輥組成，入口下夾送輥為固定輥，不可以進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，安裝位置高于軋制線10mm，由變頻電機(jī)通過齒輪箱驅(qū)動(dòng)，入口上夾送輥為從動(dòng)輥（無電機(jī)驅(qū)動(dòng)），通過伺服閥控制的液壓缸實(shí)現(xiàn)與下夾送輥的輥縫調(diào)節(jié)，入口夾送輥控制方式有2種，一種是位置閉環(huán)控制，另一種是壓力閉環(huán)控制[1]。

出口下夾送輥與出口上夾送輥均可以分別由伺服閥控制的液壓缸進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，通過液壓缸中安裝的絕對(duì)值位置傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)的位置反饋，實(shí)現(xiàn)了位置閉環(huán)控制，與入口夾送輥相同，PLC通過板坯頭部及尾部的位置跟蹤進(jìn)行位置閉環(huán)控制與壓力閉環(huán)控制的切換，夾送輥液壓控制原理示意圖如圖1所示。

圖1 夾送輥液壓控制原理示意圖

2.定寬機(jī)入口、出口夾送輥的控制方式

夾送輥配合入口、出口輥道為實(shí)現(xiàn)板坯在傳動(dòng)過程中的精準(zhǔn)定位，需要兩種控制方式，其一是主動(dòng)傳動(dòng)過程中的自動(dòng)速度控制，其二是上下位置調(diào)節(jié)的輥縫自動(dòng)控制，下面分別就這2種控制進(jìn)行介紹。

2.1 夾送輥?zhàn)詣?dòng)速度控制

定寬機(jī)在自動(dòng)模式下有以下2種模式：（1）定寬模式，該模式下鋼坯在定寬機(jī)中以走、停的模式通過，每次錘頭完成當(dāng)前位置的擊打，夾送輥則啟動(dòng)一次，將板坯下一次的擊打位置傳送到錘頭的垂直位置；（2）直通模式，該模式下板坯不定寬，直接通過定寬機(jī)，夾送輥?zhàn)饔妙愃朴谳伒?，保證板坯順利直通經(jīng)過定寬機(jī)內(nèi)部[2]。

在定寬模式時(shí)夾送輥速度為走?？刂颇Ｊ?，也可以說是位置APC控制，走停步距設(shè)定由二級(jí)進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際走過的距離PLC根據(jù)夾送輥電機(jī)尾部的PLG積分運(yùn)算獲得，為保證步距的精準(zhǔn)度，夾送輥速度設(shè)定根據(jù)查表方式進(jìn)行設(shè)定，前段（0°～130°，0s～0.435s）升速，后段（130°～240°，0.435s～0.87s）減速，描點(diǎn)速度設(shè)定曲線如圖2所示。

圖2 夾送輥?zhàn)咄ＤＪ剿俣仍O(shè)定曲線

夾送輥停止轉(zhuǎn)動(dòng)的間隙，操作側(cè)與傳動(dòng)側(cè)對(duì)稱的錘頭同步對(duì)板坯側(cè)面進(jìn)行擊打，板坯經(jīng)過錘頭擊打，會(huì)在縱向延伸，為防止夾送輥反轉(zhuǎn)造成跟蹤距離不準(zhǔn)，所以此時(shí)將夾送輥速度控制模式切換至“光滑速度控制”模式，也就是通過傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩控制環(huán)將轉(zhuǎn)矩降低至正常轉(zhuǎn)矩的10%，夾送輥目標(biāo)位置設(shè)定為當(dāng)前位置，為的是保證鋼坯停在當(dāng)前位置，轉(zhuǎn)矩給定控制曲線如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)矩控制給定曲線

入口下夾送輥與出口下夾送輥電機(jī)尾部安裝有PLG編碼器，該速度積分用于板坯頭部、尾部位置跟蹤，主要原理是：PLC每個(gè)掃描周期夾送輥轉(zhuǎn)過的直線距離=PLC的掃描周期時(shí)間×角速度反饋×ΠD（夾送輥直徑），所以PLC觸發(fā)啟動(dòng)跟蹤之后，理想狀態(tài)下該積分值即為板坯走過的時(shí)間距離。

2.2 夾送輥輥縫自動(dòng)控制

定寬機(jī)有2種操作模式即定寬模式與空過模式，顧名思義定寬模式即在板坯通過時(shí)錘頭進(jìn)行擊打減寬，空過模式即錘頭不進(jìn)行擊打板坯直接通過定寬機(jī)。在定寬機(jī)投入時(shí)夾送輥有2種控制模式即位置閉環(huán)控制與壓力閉環(huán)控制，根據(jù)板坯實(shí)際跟蹤位置進(jìn)行自動(dòng)切換，保證板坯在傳送的過程中實(shí)際走過的距離與PLC跟蹤距離保持一致是控制的關(guān)鍵，下面分別就定寬機(jī)的2種模式對(duì)夾送輥的控制進(jìn)行研究。

2.2.1 定寬機(jī)為定寬模式

對(duì)于入口夾送輥，上下輥面的距離即為入口夾送輥的輥縫，在定寬模式下，入口夾送輥預(yù)設(shè)輥縫比板坯厚度小10mm，板坯靠輥道傳送的力量撞入入口夾送輥，此時(shí)該沖擊力會(huì)使入口上夾送輥輥縫調(diào)節(jié)液壓缸活塞側(cè)壓力瞬間上升，液壓缸活塞側(cè)安裝有壓力傳感器（HP02BD1），檢測(cè)到壓力瞬間超過設(shè)定閾值時(shí)，PLC認(rèn)為板坯頭部已咬入入口夾送輥，此時(shí)檢得的上升沿信號(hào)觸發(fā)板坯在定寬機(jī)內(nèi)部的位置跟蹤程序，此位置跟蹤準(zhǔn)確性要求較高，一方面會(huì)影響入口導(dǎo)輥、出口導(dǎo)輥、出口夾送輥轉(zhuǎn)換壓力閉環(huán)控制；另一方面用于板坯在定寬機(jī)內(nèi)部“走、?！盇PC控制[3]。

板坯頭部咬入入口夾送輥后此時(shí)PLC將入口夾送輥由位置控制轉(zhuǎn)換至壓力控制，保證鋼坯在運(yùn)送過程中不會(huì)打滑。板坯尾部離開入口夾送輥瞬間因此時(shí)仍為壓力控制，會(huì)造成入口上夾送輥輥縫瞬間變小，達(dá)到設(shè)定閾值此時(shí)PLC認(rèn)為尾部已離開入口夾送輥，對(duì)于板坯頭部位置跟蹤也就由入口夾送輥轉(zhuǎn)速積分轉(zhuǎn)換至出口夾送輥，入口夾送輥從壓力控制轉(zhuǎn)換為位置控制，保持當(dāng)前的輥縫不變，等到當(dāng)前板坯離開定寬機(jī)區(qū)域后，PLC接到下一塊板坯的設(shè)定信息，此時(shí)入口夾送輥進(jìn)行APC調(diào)節(jié)，為下一塊板坯做準(zhǔn)備。入口夾送輥機(jī)控制切換流程如圖4所示。

圖4 入口上夾送輥控制方式切換流程圖

出口夾送輥輥縫分為上夾送輥輥縫與下夾送輥輥縫，定寬機(jī)出口輥道上表面為輥縫基準(zhǔn)面，上夾送輥下表面至出口輥道上表面的距離為上夾送輥輥縫，定寬機(jī)出口輥道上表面與下夾送輥上表面的距離為下夾送輥輥縫。

等待板坯時(shí)出口下夾送輥與定寬機(jī)出口輥道上表面齊平，上夾送輥輥縫為板坯厚度+40mm，上下夾送輥均是位置控制方式，根據(jù)入口夾送輥觸發(fā)的板坯頭部位置跟蹤，當(dāng)頭部跟蹤位置已進(jìn)入出口夾送輥100mm，此時(shí)觸發(fā)出口上夾送輥下落，當(dāng)出口上夾送輥位置檢測(cè)超過1000ms沒有變化時(shí)，證明已接觸鋼坯，此時(shí)出口上夾送輥由位置控制轉(zhuǎn)換為400kN的壓力控制，通過此壓力上下夾送輥將板坯壓緊，保證板坯在傳動(dòng)的過程中無滑動(dòng)。當(dāng)板坯尾部離開出口夾送輥時(shí)，同樣因?yàn)榇藭r(shí)出口夾送輥為壓力閉環(huán)控制，夾送輥位置會(huì)突然下落，根據(jù)此條件PLC認(rèn)為板坯尾部已離開出口夾送輥，此時(shí)再重新回到位置環(huán)保持當(dāng)前位置不變，待當(dāng)前板坯離開定寬機(jī)區(qū)域后，二級(jí)下發(fā)下一塊板坯相關(guān)信息，此時(shí)定寬機(jī)出口夾送輥預(yù)擺至下一塊板坯的設(shè)定位置，為下一塊板坯的進(jìn)入做準(zhǔn)備。出口夾送輥控制方式切換如圖5所示。

圖5 出口夾送輥控制方式流程圖

2.2.2 定寬機(jī)為直通模式（空過定寬機(jī)）

直通模式鋼坯直接通過定寬機(jī)（定寬機(jī)錘頭主電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)），此時(shí)入口、出口夾送輥是否投入取決于板坯長度，當(dāng)板坯長度低于6m時(shí)，類似于定寬控制模式由咬入前的位置控制轉(zhuǎn)換為壓力閉環(huán)控制，需要借助入口、出口上下夾送輥的嚙合力傳送板坯，當(dāng)板坯長度大于6m時(shí)入口、出口上夾送輥均打開至最大，僅靠下夾送輥配合入口、出口輥道傳送板坯[4]。

3.結(jié)語

定寬機(jī)與粗軋機(jī)大立輥?zhàn)饔枚际菍?duì)板坯進(jìn)行減寬控制，但定寬機(jī)減寬后在板坯橫切面形成的狗骨頭形狀明顯要比大立輥減寬后的狗骨頭形狀小，在平輥軋制后形成的魚尾形狀有明顯的改善，提高了成材率，另外軋線對(duì)于鑄坯的規(guī)格要求也可以大大放寬，提高了直裝率，達(dá)到節(jié)能的效果，所以對(duì)于熱軋產(chǎn)線定寬機(jī)作用重大，對(duì)于定寬機(jī)的控制系統(tǒng)要進(jìn)一步進(jìn)行深入研究。