熱連軋的位置控制探討

摘要：液壓AGC的功能是通過位置和壓力控制調整輥縫間隙，以提高中間坯的厚度精度，同時用于軋輥調平、輥縫調零、卡鋼時的回松等。文章描述了熱連軋粗軋機的位置控制，主要功能包括電動壓下、AGC，側壓AWC及軋輥調平，輥縫清零及首尾短行程SSC等位置控制功能。

關鍵詞：熱連軋；粗軋機；AGC；AWC；位置控制；軋輥調平 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG335 文章編號：1009-2374（2016）14-0057-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.029

1 R1電動壓下位置控制

1.1 功能概述

1500粗軋R1壓下為電動壓下+液壓AGC方式。

電動壓下控制系統負責軋鋼前的輥縫設定。當壓下傳動系統就緒、輔助系統就緒、工作輥平衡介入，可完成這些功能。

壓下控制方式有兩種：自動方式和手動方式。壓下/抬起的速度共有兩檔：高速和低速。無論選擇自動方式還是手動方式，壓下/抬起的速度均以越接近目標值速度越低為原則。傳動側、操作側各配有一位移傳感器，測量電動壓下輥縫值。

1.2 功能描述

軋輥預壓靠調零后，且在HMI上選擇正常軋制，可進行輥縫設定。不同軋制道次的輥縫值在過程機或HMI上設定。R1壓下輥縫設定可選擇自動方式或手動方式。

在手動方式下，操作工在粗軋主操作臺上操作“壓下/抬起”主令開關，壓下電機可根據壓下或抬起的高檔或低檔速度進行運行。

當各種連鎖條件都滿足后，選擇自動，系統自動完成輥縫設定。具體過程如下：系統根據位輥縫儀讀出的實際輥縫值，計算輥縫偏差ΔS（目標值-實際值），對應壓下電機速度V與輥縫偏差ΔS的關系為：

1.3 R1液壓AGC

1.3.1 功能概述。液壓AGC的功能是通過位置和壓力控制調整輥縫間隙，以提高中間坯的厚度精度，同時用于軋輥調平、輥縫調零、卡鋼時的回松等。每一個AGC缸配一個位移傳感器，檢測每個缸的位移值。在AGC方式選擇ON，并軋機有鋼時，根據DAGC模型計算出AGC給定值，與液壓手動干預值、液壓微調值疊加后作為液壓控制的設定值，與輥縫實際值比較之偏差進行調節，給出伺服閥驅動電流，控制液壓缸升降運動，對軋制輥縫進行動態調節，以獲得精確的定位值。

1.3.2 功能描述。

第一，AGC功能。R1平輥軋機的AGC控制的目的是保證中間坯的厚度均勻。控制方法和步驟如下：粗軋區域由于沒有測厚儀，所以采用相對AGC的控制方法，在平輥咬鋼500ms之后，鎖定帶鋼頭部第一個點的軋制力和此時刻平輥的輥縫；100ms后再鎖定第二個點的軋制力和輥縫；再過100ms后再鎖定第三個點的軋制力和輥縫，根據彈跳方程可以計算出這三個點的實際出口厚度分別為：

H1=a1+（P1-P0）/M

H2=a2+（P2-P0）/M

H3=a3+（P3-P0）/M

然后取其平均值H'=（H1+H2+H3）/3，將H'作為整條帶鋼的目標值，因為N時刻的軋制力為Pn，由此可得，N時刻的實際出口厚度為Hn=an+（Pn-P0）/M，因以頭部鎖定值為目標值，所以Hn=H'，那么N時刻的輥縫應

該為：

an=H'-（Pn-P0）/M

那么通過AGC液壓缸去快速調整，來達到此時應該達到的開口度，以確保厚度指標。

關于連鎖條件：在軋制力大于3600T的時候，AGC缸將打開卸荷閥，自動卸荷，確保設備安全；在AGC投入的情況下，投入時刻AGC的調整量是有限幅的，限幅為

-0.25～0.25mm，即±25道。

第二，軋棍調平。操作臺上選擇“手動/自動”選擇開關中的“手動”、HMI選擇手動清零后，HMI上點擊“清零伸出”AGC缸伸出到清零高度（25mm），手動操作電動壓下，開始高速，當接近時速度轉為低速，軋制力為200噸時停止，操作員觀察壓差（操作側-傳動側）。當壓差大于50t時，在操作臺切換到單動斷開離合器。壓差為正時，由壓下電機抬或壓傳動側，直至壓差小于50t；反之亦然。調平后可進行軋輥預壓靠調零及輥縫設定。

第三，輥縫清零。軋輥調平完成后，在HMI上選擇正常軋制，可進行軋輥預壓靠調零。輥縫調零在HMI上實現，分為手動方式和自動方式。

自動清零功能必須在如下條件滿足后方能使用：輥縫抬起到安全位置（大于120mm）、軋輥已調平、無負荷狀態下壓頭軋制力偏差正常，電動和液壓壓下正常。滿足條件后在HMI上選擇“自動清零”，點擊“清零開始”，系統開始自動清零，完成后HMI顯示“自動清零完成”，操作員點擊確認。自動清零過程中可以點擊“取消”，取消正在進行的自動清零操作。

2 E1側壓位置控制

2.1 功能概述

粗軋主要通過立輥的側壓來控制中間坯的寬度，從而達到控制精軋出口帶鋼的寬度；粗軋機在奇道次軋制時，中間坯寬展由立輥的側壓和水平輥的壓下共同決定，立輥設定側壓量，同時水平輥要產生水平寬展；偶道次軋制時，立輥打開，只有水平輥軋制時產生的寬展。中間坯每道次的側壓設定值，由總設定道次數及中間坯總的寬展決定。總的坯寬展又受到諸多因素影響，例如原始坯料寬度、厚度、軋輥直徑、壓下量、側壓量、溫度等，致使中間坯寬度在全長方向上變化不均，尤其是頭尾的變化較大。為了更精確地控制中間坯的寬度，1500熱連軋機安裝伺服閥液壓缸控制立輥開口度的自動寬度控制（AWC）系統，主要功能包括中間坯頭尾短行程控制、形狀補償控制功能。控制系統包括一級自動控制系統（L1）和二級過程控制系統（L2）。L2主要負責軋制規程及AWC各項功能的模型計算，L1主要負責設備的執行，L1由全液壓實現，軋制前先預定輥縫，軋制過程中，進行AWC精調。粗軋采用AWC功能可以減少帶鋼的切邊損耗，提高板帶的成材率。

2.2 功能描述

2.2.1 物料跟蹤。粗軋的跟蹤系統是AWC寬度控制的前提，只有正確地跟蹤，AWC模型系統才能在正確的時刻被啟動，寬度控制才能得以執行。粗軋區E1前有HMD201～205，PY201～202，R1機后有HMD206～207，PY203，E1和R1軋機都裝有壓頭（檢測元件的具體位置參見儀表布置圖），AWC模型通過以上檢測元件，鋼坯運行的方向及鋼坯速度，跟蹤帶鋼在軋線上的準確位置，啟動相關的條件和相應的事件。

2.2.2 短行程控制（SSC）。由于帶鋼頭尾寬展更難控制，容易形成魚尾狀，為減少頭尾剪切廢鋼量，在帶鋼進入立輥之前，L2根據側壓調寬量和粗軋軋制規程，計算帶鋼頭尾部收縮輪廓曲線和相應的立輥開口度，形成短行程控制的控制并下發給L1，一般控制表為頭、尾各四個點的位置及對應此位置的立輥開口度，PLC將對帶鋼頭尾進行微跟蹤，按照短行程控制表去完成對立輥側壓開口度的控制。

第一，SSC的頭部控制。以立輥前的熱檢HMD205為控制啟動條件，在HMD205檢得之后，立輥開口度為Y+Y1，此時對輥道速度進行積分，當∫dV=S0時，正好帶鋼頭部到達立輥，此時立輥已經咬鋼，帶鋼入口速度由秒流量相等可得：

V入=V出×AE÷W來

因V出=VE，AE和W來已知，所以V入可得：

V入=VE×AE/W來

式中：

W來——來料寬度

AE——立輥E1的開口度

V——E1前的輥道速度

V入——帶鋼在立輥入口的速度

V出——帶鋼在立輥出口的速度

VE——立輥的速度

第二，SSC的尾部控制。尾部控制啟動條件以熱檢HMD205檢失為啟動條件，短行程尾部控制及跟蹤算法基本與頭部類似，在熱檢檢失時刻對立輥前帶鋼的速度V入進行積分：

當∫dV入=S'0-S5時，立輥開口度為Y+Y5

當∫dV入=S'0-S6時，立輥開口度為Y+Y6

當∫dV入=S'0-S7時，立輥開口度為Y+Y7

當∫dV入=S'0時，立輥開口度為Y+Y8

式中：

S0——BFZI211 A到立輥E1的距離

S'0——BFZI211 B到立輥E1的距離

2.2.3 自動寬度控制（AWC）。AWC控制即為自動寬度控制，控制的目的是保證得到寬度均勻的中間坯，AWC控制方法具體如下：

由彈跳方程可知，出口的實際寬度為：

W=a+（P-P0）/M

式中：

a——立輥輥縫

P——立輥當前軋制力

P0——立輥清零軋制力

M——立輥剛度

當SSC頭部控制結束延時500ms之后，每100ms鎖定一個點，共鎖定三個點，鎖定此時刻的立輥開口度與立輥軋制力，然后可以計算出鎖定時刻的出口實際寬度W1、W2和W3，取其平均值W'，并以此作為目標值，可得：

N時刻帶鋼的實際出口寬度為：

Wn=an+（Pn-P0）/M

為了與鎖定寬度相一致，所以Wn=W'，那么N時刻立輥的輥縫為：

an=W-（Pn-P0）/M

式中：

a1——鎖定時刻立輥輥縫

P0——鎖定時刻立輥軋制力

Pn——N時刻的軋制力

AWC投入的連鎖條件：HMI上選擇主控；HMI上選擇AWC投入；奇道次；軋機正轉；E1咬鋼；SSC頭部控制結束500ms之后；粗軋機架位置及過載保護。為避免鋼坯側面軋成斜面，當側壓上下兩個位移傳感器之差大于限值時，側壓閥將關閉，停止側壓。為避免機架被損壞，在E1側壓的位置控制中加了過載保護，當側壓壓力超過限值時，側壓自動打開到初始位。

3 結語

粗軋是熱軋的重要組成部分，本系統應用了西門子PLC及工業以太網、PROFIBUS現場總線等技術，實現了壓下及側壓等工藝參數的精確控制，決定了粗軋后軋板的厚度和寬度，實現了對二者的精確控制，確保了熱連軋的軋制質量。

作者簡介：劉桂紅（1972-），女，成都金自天正智能控制有限公司工程師，研究方向：控制系統設計、調試。

（責任編輯：王 波）