熱粗軋機厚度自動控制系統應用

陳淦　陳秋霞

摘 要：鋁材厚度控制精度是熱軋鋁板產品質量的關鍵指標之一，研究厚度自動控制系統技術及其應用具有重要意義。基于此，文章綜合分析了厚度誤差產生的因素，同時闡述了厚度自動控制的具體應用以及故障診斷。

關鍵詞：熱粗軋機；厚度自動控制系統；彈跳；輥縫

引言

厚度控制系統是軋制自動化系統中不可缺少的一部分，它關系到板帶的厚控精度與性能及其成品率。熱粗軋軋制的產品質量，不單單影響在粗軋機工序，影響到整個熱軋線的生產效率，更能影響到熱精軋的軋制產品質量問題。因此厚度控制成為生產中的重中之重，通過自動厚度控制達到消除厚差以及產品質量問題。

1 厚度誤差產生原因分析

一般而言，厚度誤差的產生原因包括三個方面，即軋件材料因素、軋機控制系統干擾因素和機械設備因素。

（1）軋件來料干擾因素。其中，軋件來料的寬度、硬度、厚度、平直度和斷面等因素都會影響到產品的厚度。

（2）軋機控制系統的干擾因素。控制系統中影響鋁板厚度精度的主要因素包括軋機的速度、軋制力、彎輥、張力、厚度傳感器。

（3）機械及液壓裝置的干擾因素。軋機機械裝置本身的缺點及某個參數的變化會影響出口帶鋼的厚度，表現為軋輥彈跳、軋機剛度、軋輥直徑及寬度的變化、軋輥熱脹冷縮、軋輥軸承油膜厚度等。

2 厚控控制系統組成

（1）檢測裝置包含位置測量和壓力測量，其中壓下測量采用增量式編碼器，用于檢測壓下電機的速度，進而計算出壓下量。壓上測量采用磁尺位移傳感器，測量壓上缸行走位置，用于位置環控制。壓力傳感器，用于測量壓上油缸壓力，用于壓力環控制。

磁尺位移傳感器具有高精度、高可靠性、高頻響性，響應頻率快，維護方便等優點。壓力傳感器采用進口元件，保證高可靠性和穩定性。高可靠性的檢測裝置，保證板帶的軋制精度。

（2）執行機構包含壓上液壓油缸，壓下電機和螺桿，彎輥缸，伺服閥，伺服閥放大版，西門子S7-400PLC控制器。通過調節壓上缸伺服閥的進油和出油來控制油缸的升縮，進而達到精確控制輥縫的目的。通過調節伺服閥的進油和出油來控制彎輥缸的伸出、縮回，從而控制彎輥力的大小。

（3）控制部分包含三個部分，分別為油缸模式，AGC控制模式和人機界面（控制軟件）。

油缸模式包含位置閉環，壓力閉環，彎輥控制。AGC控制模式包含GM-AGC，彈跳補償，傾斜補償。人機界面包含HMI主界面和軋制表。HMI主界面由軋機剛度測量，系統靠零，控制參數修正，系統診斷，帶材設定和輸入數據，軋制表和軋制序列，報警狀態等組成。

3 熱粗軋機自動厚度控制具體應用

3.1 軋機靠零

由于在板帶軋制過程當中，軋輥對板帶的壓力使軋件產生塑性變形，板帶從入口厚度H壓縮到出口厚度h。與此同時，板帶也給軋輥以大小相同、方向相反的反作用力，這個反作用力傳到軋機本體各部位的零件，使各零件產生一定的彈性變形。這些彈性變形累積后都反映在軋輥的輥縫上，使輥縫增大，這就被稱為彈跳。實踐表明，在軋制力P的作用下，工作機座會產生彈性形變量ΔS其形變量ΔS與軋制力P之間的關系曲線，稱為彈跳曲線。

由于機座各零件之間的非線性接觸變形并不是穩定的，并且每次換輥都會有變化，所以在實際生產中軋輥的實際零位是不難確定的，這樣擺輥縫時的基準點就不能夠確定，因此不能將彈跳方程直接用于控制板帶的軋出厚度。在實際生產中，為了消除上述不確定的影響，就需要軋機靠零。

靠零過程按照一下步驟執行：（1）電動壓下抬起開輥縫50mm；（2）液壓壓上上升40mm；（3）壓下電機動作下壓；（4）軋制力大于30噸時，液壓壓上；（5）軋制力大于90噸，工作輥以靠零轉速轉動；（6）軋制力大于900噸，支撐輥旋轉1-2圈后，存儲參考零點，然后開輥縫至指定位置，結束。實踐表明軋機靠零可以消除各不確定因素，為軋制精度提供保障。

3.2 自動位置控制系統（APC）/自動壓力控制系統（AFC）

在軋制過程中先將輥縫自動地控制到預先給定的目標值，并且使控制后的實際位置與目標位置誤差值保持在允許的偏差范圍之內，這種控制系統稱為自動位置控制系統，簡稱為APC系統。為了按要求軋出所給定厚度的軋件，首先必須在軋件進入輥縫之前，應預先設定輥縫；其次，在軋制過程中，為了使軋后的軋件厚度保持均勻一致，還必須跟隨軋制條件的變化及時地調整輥縫的大小，而這些都是通過APC的設定和輥縫調節及時完成的。

3.2.1 自動位置控制系統（APC）

由于粗軋機來料厚度大，并且每個道次壓下量較大，在自動擺輥縫的過程中，液壓缸的行程有限，故采用電液APC系統。這樣電動APC起粗調作用，液壓APC配合電動APC起精調作用。

電動APC系統，電動壓下位置采用雙閉環控制模式，外環為目標位置控制方式，內環為速度環控制方式。通過增量型旋轉編碼器來檢測壓下電機的位置和速度，通過計算得到停車的提前量，在到達停車點前向壓下電機發送停車命令。由于停車后會有位置偏差，但是此位置偏差可以通過壓上油缸的位置調整加以補償，這種控制方式可以避免因位置超調而引起電機反轉所產生的壓下螺絲與螺母之間的間隙。

液壓APC系統由伺服閥放大器、伺服閥、壓上油缸以及索尼磁尺等環節組成，其工作過程為，當軋輥的實際或輥縫與設定值之間產生偏差，此偏差信號經FM458計算并經伺服閥放大器，驅動伺服閥動作，進而驅動油缸，從而使軋輥的位置向目標設定值移動，直到軋輥的實際位置與設定值相等，使偏差為零，油缸停止移動，輥縫保持不變。

3.2.2 自動壓力控制系統（AFC）

壓力控制是AGC控制的第二個基本內環，它需與其它AGC模式一同使用。安裝在壓上油缸上的壓力傳感器檢測負載操作側與傳動側油缸的壓力，經轉換得到軋機軋制力反饋信號，反饋的軋制力信號和壓力給定信號相比較，用兩者的差值來驅動伺服閥，調整壓上油缸使差值趨于零來實現實際軋制負載與操作者給定軋制負載相一致。壓力控制主要用于軋機預壓靠調零、軋機調試、軋機剛度測量、壓力-張力速度AGC控制及故障診斷等。

4 故障診斷

在實際生產過程中，難免出現故障。故障可以發生在液壓油缸漏油，磁尺位移傳感器損壞，壓力傳感器損壞，壓上伺服閥堵塞等，導致厚控受到影響。這些故障可以通過HMI診斷畫面，報警表以及labview數據記錄曲線綜合判斷出故障范圍和位置。數據的記錄和各傳感器的在線觀察，為故障排除提供了便捷。

5 結束語

熱粗軋機厚度自動控制系統對于保證鋁材厚度的加工精度具有重要意義。文章綜合分析了熱粗軋機厚度誤差的產生原因，分析了自動控制系統在瑞閩熱軋機的具體應用。自動厚度控制系統在實際生產中取得了良好的效果，為產品質量提供基礎。

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