安鋼冷軋彎輥優化改造

程浩　胡偉平　劉威　楊磊　蔡征

(安鋼集團冷軋有限責任公司)

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安鋼冷軋彎輥優化改造

程浩胡偉平劉威楊磊蔡征

(安鋼集團冷軋有限責任公司)

彎輥是有效改善鋼板板形的方法，針對安鋼冷軋廠軋輥彎輥及其原理，通過對彎輥振動的改造，解決了中間輥彎輥振動問題帶來的各種影響，有效改善鋼板板型，使板型達到理想的效果。

關健詞冷軋彎輥振動

0　前言

液壓彎輥是調整軋輥彎曲變形的一個主動方法，其主要特點是使用靈活、響應速度快，可以有效地減小板形凸度、改善帶鋼平直度、提高生產率及降低輥耗等，因此液壓彎輥裝置已成為板帶軋機上應用最廣泛的板形調節手段，一些先進的機型如HC軋機CVC軋機等只有與液壓彎輥技術配合才能最大程度地發揮其板形調節能力。只要根據具體的工藝條件來適當地選擇液壓彎輥力，就可以有效改善板形。安鋼集團冷軋有限責任公司就采用了先進的HC型軋機，是由中國一重集團提供。使用中發現中間輥彎輥畫面上各個機架壓力傳感器傳回的數字量波動較大，生產過程中也常出現中間輥彎輥現場振動現象，為了徹底解決了中間輥彎輥振動問題帶來的各種影響，有效改善鋼板板形，彎輥問題亟待解決。

1　彎輥原理

安鋼冷軋軋機示意圖如圖1所示。該軋機具有中間輥橫移、工作輥中間輥彎輥、壓下傾斜、精細化分段冷卻等板形調控手段是冷軋中應用最廣泛的機型之一。

液壓彎輥的基本原理是:通過向工作輥或中間輥軸頸施加液壓彎輥力，來瞬時地改變軋輥的有效凸度，從而改變承載輥縫形狀和軋后帶鋼的延伸沿橫向的分布，以補償由于軋制壓力和軋輥溫度等工藝因素的變化而產生的輥縫形狀的變化，保證生產出高精度的產品。由于工作輥表面直接與帶鋼接觸，構筑了帶鋼橫截面形狀。彎輥力對帶鋼斷面的影響如圖2所示。

圖1　冷軋軋機示意圖

2　彎輥問題

安鋼冷軋軋機在軋制過程時中間輥彎輥振動次數非常多，而且很嚴重。彎輥振動后，軋機輥縫不能及時擺到設定位置，使軋機無法進行正常板形控制，嚴重了會使軋件直接報廢。該隱患還嚴重影響彎輥壞。再不到兩個月的時間里先后發生了兩次壓力傳感器的損壞，電腦操作界面(HMI)壓力傳感器如圖3所示。

(a) 板形為雙邊浪示意圖

(b) 板形為中間浪示意圖

圖3　電腦操作界面壓力傳感器示意圖

從圖3可以分析出，壓力傳感器一旦損壞軋機是無法工作,直接導致軋機輥縫的抬開，因為該壓力傳感器在軋機內部，更換起來難度很大，最少需要5個小時，嚴重影響軋機的軋制節奏。

3　改造措施

因為彎輥缸的振動，經常會發生該壓力傳感器的損壞基于安鋼冷軋彎輥控制比較復雜，我們根據：安鋼冷軋機彎輥控制比較復雜，我們基于彎輥力控制原理分析決定通過程序優化改造和現場改造兩個部分來實現本次的改造措施。

3.1彎輥力的基本控制原理

(1)彎輥力控制是一個基于力計算的閉環控制，當前給定是一個固定給定值，力的反饋計算根據現場實際檢測壓力計算，其控制框圖如圖4所示(圖中油缸即為液壓缸)。

圖4　彎輥壓力閉環控制

彎輥控制原理如下：根據板材邊部起浪程度不同給定一彎輥力，傳感器將實際采集到的彎輥力反饋回來，把反饋值同給定作比較，PID調節器運作使兩者的差值不斷縮小，同時輸出一定的電流給執行器，執行器(這里的執行器為伺服閥)動作，從而驅動液壓缸動作。如此傳感器不斷采集，不斷比較，PID調節器不斷修正，直到給定與反饋達到平衡，執行器輸出為零，液壓缸不再動作。當給定再次增減時，反饋隨之增減，執行器驅動液壓缸也跟隨其移動，從而使軋輥正彎或負彎程度發生變化，直至反饋與給定再次達到平衡，最終達到控制板形的目的。其中安鋼冷軋機的彎輥力給定是兩個固定數為40 KN和475 KN。

(2) 冷軋機的彎輥力是通過液壓缸的無桿腔和有桿腔的壓力偏差值計算得出的，如下式：

F彎輥力= F無桿腔- F有桿腔

=P(壓力檢測值) ×S(無桿腔的面積)×N(缸的數量)-P(壓力檢測值) ×S(有桿腔的面積)×N(缸的數量)

式中，P的壓力檢測是通過裝在無桿腔和有桿腔的壓力傳感器檢測得來的，N代表了液壓缸的數量，S代表了液壓缸內的塞桿腔的面積。

3.2程序改造部分

通過彎輥力的控制原理分析，我們可以看出要想實現彎輥力控制系統精度的提高，只要使彎輥力的反饋和給定通過比較使兩者的差值不斷縮小，不斷采集，不斷比較，再通過PID調節器的不斷修正，使給定和反饋達到理論上的極大平衡，就能使彎輥力控制精度得到極大地提高。因此我們決定通過彎輥力的反饋和PID調節器的計算優化兩個方面對程序進行優化改造。由于安鋼冷軋機的一級和二級自動化控制系統采用的是日本的TMEIC公司的東芝控制器來實現的。PLC硬件是采用的日本東芝公司NV系列的產品，PLC軟件是美國GE公司的V-TOOL系列軟件，相對于國內普遍采用的西門子自動化控制系統較為封閉，可供使用的資料和軟件較為少見。因此我們再和TMEIC公司的工程師溝通后，再可修改的PLC程序中增加了兩個優化模塊。

(1)彎輥力的反饋，因為現場的壓力傳感器裝的位置離液壓缸較遠，所以我們不僅更改了壓力傳感器的位置還在程序中增加了根據彎輥力計算公式得出的反饋模塊，程序如圖5所示。

圖5　彎輥力的反饋計算

通過圖5中的彎輥力的反饋計算再和壓力傳感器測出的彎輥力的反饋值進行比較，將該比較值再和彎輥力的給定進行比較來達到反饋和給定差值的縮小的目的來提高控制精度。

(2)優化PID調節器，通過修改PI調節，來達到控制閥門輸出響應，提高控制精度的目的，所以我們增加了以下程序的更改。

PLC程序中在彎輥力的計算時有兩路輸出，一路直接將信號值經過計算進行輸出，另一路經過平均計算輸出。程序圖如圖6所示。

圖6　PID調節器優化

將程序中 P增益修改后，相當于對閥門開口度進行計算。將彎輥力的偏差值轉化成輸出百分數。當P增大時閥門開口度大，當P減少時閥門開口度小。這樣通過調節P增益系數就達到了控制閥門開口度的精度，來提高彎輥力的控制精度的目的。

3.3現場改造部分

因為以前彎輥缸的壓力傳感器都是在軋機平臺的閥臺上，離各個機架的彎輥缸的距離較遠，影響了信號的傳輸及反饋，間接也影響了彎輥缸的控制精度，造成了彎輥缸的振動所以為了改善彎輥的控制精度、減少振動，將彎輥缸的壓力傳感器從軋機平臺移到彎輥缸附近。

通過前期大量準備工作，改造所需要的大量電纜、施工人員以及線路規劃都準備好后，利用檢修期間開始了對各個機架中間輥彎輥壓力傳感器進行改造。首先對軋機平臺上現場I/O柜進行停電，然后拆除軋機頂部平臺各個機架的中間輥彎輥壓力傳感器及端子箱內部接線，然后將各個機架的中間輥彎輥壓力傳感器移至事先預定好的中間輥彎輥缸附近，因為壓力傳感器自帶電纜較短，需要在各個機架間加裝中間端子箱，通過事先準備好的電纜和圖紙，對應軋機平臺上的原來壓力傳感器接線端子號通過中間端子箱對現場壓力傳感器進行一一對應接線并較線。完成所有壓力傳感器的換位和接線工作后，緊接著通過觀察靜態環境下的中間輥壓力傳感器數值，得到了預期效果。接下來就需要觀察在生產過程中壓力數字波動是否降低是否到達預期效果。改造完畢后，電腦HMI中間輥彎輥畫面上各個機架壓力傳感器傳回的數字波動明顯減小，生產過程中再也沒出現中間輥彎輥現場振動現象，改造達到了預期效果，徹底解決了中間輥彎輥振動問題帶來的各種影響。

4　改造后效果

(1)彎輥振動由改造前的5 min，改為項目實施后無振動現象的發生，彎輥系統的響應時間也小于等于50 ms，滿足了彎輥精度保證值的要求。軋機彎輥的保證值如圖7所示。

圖7　系統響應時間

(2)帶鋼的平直度也達到了要求，具體情況見表2。

表2　軋制表

從表2可以看出每卷帶鋼平直度基本上都達到或接近3.28，滿足了帶鋼的板形要求。而在改造前帶鋼平直度基本都在4.5到4.2之間，改造后大大提高了帶鋼的平直度控制，達到了帶鋼板形的控制要求。

5　結束語

安鋼冷軋軋機中間輥彎輥控制優化設備主要從一級自動化、儀表自動化等設備系統的兩個方面進行優化配置及技術改造，經過優化改造，提高了安鋼冷軋軋機彎輥整體控制精度；其中，彎輥很大的提高，板形得到了很好地控制，為薄規格軋制奠定了良好的設備基礎。改善了設備工作條件；大大減少了設備故障停車時間；改造完成后無故障時間發生，無突發停車時間，穩定了軋制節奏，保證了生產的順利進行。提高了設備作業率和成材率；延長了設備使用周期，節省了大量材料備件費，很大程度地實現了效益最大化。

[1]王棟. 萊鋼冷軋軋機彎輥控制系統分析[J].冶金行業解決方案,2012,5:11-12

[2]王淑英.電器控制與PLC控制技術[M].北京:機械工業出版社,2005:219-223

BENDING ROLL OPTIMIZATION FOR THE COLD MILL IN ANYANG STEEL

Chen haoHu WeipingLiu weiYang leiCai zheng

(Group of cold rolling plant of Anyang Iron and Steel Co., Ltd)

Bending roll is an effective way to improve strip shape. In this paper, based on the bending roll and its principle used in the cold mill of Anyang Steel, the influence of the vibration of the middle roll bending is solved by the transformation of bending vibration, thus effectively improve the steel plate shape.

cold rollingbending rollvibration

聯系人：程浩，工程師，河南.安陽(455004)， 安鋼集團冷軋有限責任公司 ；2016—1—29