1420UCM酸軋機組液壓彎輥控制系統(tǒng)

陽玉平 譚愛國 王海蘭

摘 要：介紹了梅鋼酸洗連軋1420UCM機組液壓彎輥控制系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)配置、機械結構和控制方法，介紹了工作輥彎輥系統(tǒng)中彎輥控制模式，實現(xiàn)了機組在軋制模式時正、負彎輥間無擾動切換。實際生產表明，該系統(tǒng)響應時間小于100ms，精度控制在±3%內，具有響應速度快、控制精度高等特點，控制性能完全符合考核指標，為機組的自動板形控制打下了良好基礎。

關鍵詞：彎輥；液壓彎輥系統(tǒng)；自動板形控制；冷連軋；UCM

DOI：10.11907/rjdk.172495

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）004-0155-03

Abstract：The control system of roll bending for 1420UCM PL-TCM （PL-TCM：Pickling Line and Tandem Cold Mill system） at Meigang is introduced， the system configuration， mechanical structure and control method of the system are described. In the third part， the control method of WRBS（work roll bending system） in bending on mode is explained. The WRBS′s undisturbed switching between positive and negative bending in rolling mode is realized by the method. The practical production indicates that the response time is less than 100 ms， control precision is controlled within ±3%， so the system has the characteristics of fast response speed， high control precision and the WRBS performance completely conforms to the Guarantee figures， and it provides excellent foundation to automatic shape control.It has the extensive applicability.

Key Words：bending； roll bending system（RBS）； auto shape control （ASC）； tandem cold mill； universal crown mill （UCM）

0 引言

板形是衡量冷軋板帶外形尺寸的重要指標之一。隨著高檔汽車、家電等用戶對冷軋產品質量要求的提高，板形質量成為冷軋帶鋼最重要的質量指標之一?，F(xiàn)代化的主流板形控制冷軋機通常具備多種板形控制調節(jié)機構，如軋輥傾斜、工作輥彎輥、中間輥彎輥和工作輥分段冷卻控制等。其中液壓彎輥控制法是通過液壓彎輥系統(tǒng)（RBS： roll bending system）對工作輥或中間輥端部附加一個可變的彎曲力，使軋輥彎曲控制輥縫形狀，以矯正帶鋼板型。液壓彎輥系統(tǒng)（RBS）通過調整彎輥力改變工作輥的輥縫凸度，消除板形偏差中的二次、四次分量，改善對稱板形缺陷。彎輥的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)性能對整個板型控制系統(tǒng)性能起著至關重要的作用（主要指快速性和超調量）。液壓彎輥法可使工作輥縫在一定范圍內迅速變化，實時性強，且能連續(xù)調節(jié)，有利于實現(xiàn)板型自動化，故在現(xiàn)代帶鋼冷軋機上廣泛應用，是改善板形最常用、最基礎的方法[1-5]。

1 系統(tǒng)配置與機械結構

梅山鋼鐵廠的1420UCM六輥五連軋軋機的液壓彎輥控制系統(tǒng)（RBS）包括工作輥彎輥控制系統(tǒng)和中間輥彎輥控制系統(tǒng)，二者相互獨立，均采用壓力反饋閉環(huán)控制，包括邏輯控制和閉環(huán)控制，其中邏輯控制部分負責與過程控制（L2 級）、自動板形控制系統(tǒng)（ASC：automatic shape control）、畫面HMI（Human-Machine Interface）、現(xiàn)場操作面板、現(xiàn)場檢測執(zhí)行元件、數(shù)據(jù)跟蹤等進行信息交互，并對相關信息作出處理，完成與過程控制L2系統(tǒng)及ASC的數(shù)據(jù)交換、生產數(shù)據(jù)的設定與實時采集、現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時顯示及與現(xiàn)場操作面板的聯(lián)絡，并轉化為設定值、實際值傳送給閉環(huán)控制系統(tǒng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)負責消除實際彎輥力與設定彎輥力的偏差，保證控制精度[6-8]。

本電氣系統(tǒng)采用具有實時、高效、高穩(wěn)定性的日立PLC系統(tǒng)R700，具備過焊縫變規(guī)時自動調整、ASC自動調整、換輥時自動定位、生產數(shù)據(jù)實時采集等電氣控制功能。系統(tǒng)配置如圖1所示[6-8]。

依據(jù)本機組工藝要求，5個機架的液壓彎輥系統(tǒng)，機架#1與#5相同，#2、#3、#4相同，為方便起見，以下將#1、#5簡稱#1系，#2、#3、#4簡稱#2系。此外，本機組中#2系彎輥系統(tǒng)較#1系簡單，因此本文以#1系為主對彎輥控制系統(tǒng)予以說明，#2系進行補充說明。

彎輥液壓機械結構簡圖如圖2所示。由圖2可知，本機組彎輥系統(tǒng)主要由壓力傳感器、伺服閥和截止閥組成，詳細設備清單如表1所示。

彎輥如圖3所示。工作輥彎輥通過改變軋輥撓曲直接影響輥縫，進行板形調節(jié)，其與中間輥彎輥均是板形二次偏差調節(jié)手段，可實現(xiàn)正、負彎控制。在軋輥凸度不足或磨損情況下，采用正彎，增大軋輥凸度，防止帶鋼邊浪，而負彎可減少軋輥有效凸度，防止帶鋼中浪。中間輥彎輥通過改變軋輥撓曲間接影響輥縫，進行板形調節(jié)，實現(xiàn)正彎控制，對帶鋼中部板形作用明顯，可得到高次的板形調控能力[3-5]。

2 系統(tǒng)控制方法

2.1 控制模式

彎輥控制分彎輥控制、平衡、下降、回路切斷4種模式，這4種控制模式，根據(jù)控制需要采用不同的控制方法與參數(shù)。下面對4種控制模式應用場合予以說明。

（1）彎輥控制模式。 彎輥控制模式主要用于軋制時調節(jié)彎輥力，改善板形，此控制模式將影響成品質量，是本控制系統(tǒng)的重點。

（2）平衡模式。平衡模式主要用于換輥時通過壓力控制平衡輥子重量，以確保拉出、推入軋輥過程中機架內各輥完全脫開，避免輥間產生摩擦，損傷輥面。

（3）下降模式。下降模式主要用于換輥時將工作輥和中間輥小壓力閉輥，以減少斜楔下降、上升過程中所承受的壓力，減少機械磨損。

（4）回路切斷模式。本模式下伺服閥輸出為零，其截止閥處于失電狀態(tài)?；芈非袛嗄Ｊ街饕糜跈C械檢修。

2.2 控制原理

本液壓彎輥控制系統(tǒng)采用PI控制，并有泄漏補償控制回路?？刂葡到y(tǒng)原理如圖4所示，由于不同模式下對彎輥響應速度有不同要求，因此每套液壓控制回路有3套PI控制參數(shù)。

本液壓彎輥控制系統(tǒng)中，除#1系工作輥彎輥液壓系統(tǒng)的彎輥控制模式外，#1系工作輥彎輥、#2系工作輥彎輥和中間輥彎輥控制回路均采用常規(guī)PID控制，在此不過多說明，只著重介紹#1系工作輥彎輥控制模式下的控制回路。

如前所述，工作輥彎輥控制系統(tǒng)的彎輥力大小為 [36，-18]噸/側，可實現(xiàn)正、負彎控制， 結合表1和圖2可知，#1系工作輥彎輥的操作側與傳動側各有一套獨立的液壓閉環(huán)控制回路，4個壓力檢測計檢測正彎缸與負彎缸的有桿腔和無桿腔的實際壓力，依據(jù)壓力實際值與設定值的偏差值控制正彎缸與負彎缸的伺服閥輸出，形成壓力閉環(huán)控制。相較于#2系，#1系工作輥彎輥的操作側與傳動側可獨立控制，因此#1系可實現(xiàn)彎輥非對稱控制（即傾斜控制），對板形一次偏差予以調節(jié)。

依據(jù)工藝要求，工作輥彎輥的正彎輥力大于一定值時，正彎缸和負彎缸需同時投入才能滿足需求，因此控制過程必然出現(xiàn)正、負彎輥缸工作狀態(tài)切換。為實現(xiàn)無擾動切換，依據(jù)工作輥彎輥設定值與正、負彎缸的工作狀態(tài)，將控制狀態(tài)細分為3類：①PP：正負彎聯(lián)合控制，正彎缸與負彎缸全部按正彎缸工作，正、負彎的目標設定值為工作輥彎輥設定值的1/2；②NN：亦為正負彎聯(lián)合控制，正彎缸與負彎缸全部按負彎缸工作，正、負彎的目標設定值為工作輥彎輥設定值的1/2；③PN：正彎控制模式，此時負彎缸定為背壓，按衡壓力[2ton]控制，而正彎缸則按[設定值-2ton]控制，即正負彎聯(lián)合控制，正負彎的目標設定值為工作輥彎輥設定值的1/2。

上述3類控制模式的切換點如圖5所示。

本模式的控制回路采用PI閉環(huán)控制。當工作輥彎輥從PP狀態(tài)向PN狀態(tài)切換時，正彎缸設定值按一定斜率變化，從原來為總設定值的1/2變?yōu)閇設定值-2ton]，同時負彎缸設定值也按一定斜率變化，從總設定值的1/2變?yōu)閇2ton]；同理，當工作輥彎輥從PN向NN切換時，正彎缸設定值按一定斜率變化，從[設定值-2ton]變?yōu)榭傇O定值的1/2，同時負彎缸設定值也按一定斜率變化，從[2ton]變?yōu)榭傇O定值的1/2。以此類推，從NN到PN，從PN到PP均按同理控制，從而實現(xiàn)彎輥控制模式控制過程中正、負彎輥間無擾動切換。

2.3 控制效果

實際生產表明，該彎輥系統(tǒng)在彎輥力從0跳躍至90%時，響應時間小于100ms，控制精度控制在±3%內，具有響應速度快、控制精度高等特點，控制性能完全符合考核指標，為機組的自動板形控制打下了良好基礎。

3 結語

梅鋼酸洗連軋1420UCM機組是國內首條全自主集成的冷連軋生產線，其工藝和設備具有世界一流水平，其連軋機采用了彎輥系統(tǒng)，具有較高的控制精度和響應速度。自動彎輥系統(tǒng)大大提高了板帶鋼的尺寸精度和板形質量。

參考文獻：

[1] 陳麗，李建更，喬俊飛，等.FNN模型參考自適應控制在軋機液壓彎輥系統(tǒng)中的應用[J].計算機測量與控制，2005，13（12）：1396-1399.

[2] 高澤恒.寶鋼1220五機架冷連軋機彎輥控制策略的研究[J].中國科技信息，2008（6）：68-69.

[3] 王國棟.板形與板凸度控制[M].北京：化學工業(yè)出版社，2016.

[4] 張巖，王軍生，劉寶權.帶鋼冷連軋工藝與自動控制[M].北京：科學出版社，2016.

[5] 何安瑞，邵健，孫文權. 板形控制理論與實踐[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2016.

[6] 陽玉平，王東紅，譚愛國，等.寶鋼五冷軋連退CVC中間輥竄動控制系統(tǒng)[J].自動化儀表，2011，32（3）：42-46.

[7] 王東紅，張曉明，王利華.梅鋼自主集成1420酸軋機組三電控制系統(tǒng)[J].鋼鐵研究，2010，22（12）：58-62.

[8] 陽玉平，王東紅，王利華.基于日立系統(tǒng)的五機架冷連軋軋機電氣控制系統(tǒng)[C].中國計量協(xié)會冶金分會2012年會暨全國第十七屆自動化應用技術學術交流會：貴陽，2012：234-237.

[9] 趙家駿，魏立群.冷軋帶鋼生產問題[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[10] 李曉燕，張杰，陳先霖，等.冷軋平整機板形問題的特點及對策[J].鋼鐵，2003，38（12）：26-33.

[11] 華建新，王貞祥.全連續(xù)式冷軋機過程控制[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000.

（責任編輯：杜能鋼）