糾偏技術(shù)在冷軋板材生產(chǎn)中的應(yīng)用

劉志剛， 高 峰， 韓驗(yàn)龍

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063200）

在冷軋連續(xù)帶鋼生產(chǎn)線中，原料邊浪和鐮刀彎、機(jī)組速度、帶鋼張力、輥?zhàn)影惭b精度和磨損、夾送輥兩側(cè)壓力不均等都會(huì)引起帶鋼偏離生產(chǎn)中心線運(yùn)行，對(duì)生產(chǎn)速度和產(chǎn)品質(zhì)量都會(huì)造成很大的影響。在高速機(jī)組中，對(duì)帶鋼連續(xù)生產(chǎn)中的跑偏控制提出了更高的要求。在高速連續(xù)生產(chǎn)中，顯然需要對(duì)帶鋼進(jìn)行實(shí)時(shí)、自動(dòng)和快速的糾偏。

1 糾偏裝置工作原理

1.1 CPC 糾偏系統(tǒng)

糾偏有中心位置控制（CPC）和邊部位置控制（EPC）兩種控制方式，前者使帶鋼沿生產(chǎn)線中心運(yùn)行，后者使帶鋼在卷曲時(shí)保持邊部對(duì)齊。某酸軋機(jī)組采用了德國EMG 公司8 套BMI2-CP 系列電感式CPC 設(shè)備。

電感式CPC 特點(diǎn)：帶鋼通過檢測(cè)框架時(shí)與框架不接觸；傳感器無移動(dòng)部件，其是無損耗和免維護(hù)的；基于檢測(cè)原理，光線、潮氣、油霧和邊浪及帶鋼高度變化等對(duì)檢測(cè)框架幾乎沒有任何影響。

1.2 CPC 系統(tǒng)組成及原理

電感式CPC 主要組成部分包括：電感式測(cè)量框架、控制器、線性位移傳感器KLW、伺服閥、液壓缸、液壓站等幾部分。

帶鋼位置傳感器包含兩對(duì)線圈，它們被固定在一個(gè)矩形框架內(nèi)，對(duì)稱安裝在機(jī)組中心線上。每對(duì)傳感器分別用于檢測(cè)帶鋼的一個(gè)邊，其中一個(gè)傳感器用作發(fā)射線圈，相對(duì)應(yīng)的另一個(gè)用作接收線圈。發(fā)射線圈施加激勵(lì)信號(hào)，帶鋼在框架內(nèi)位置發(fā)生偏移，兩個(gè)接收線圈的磁通量差值轉(zhuǎn)換成0～9 V 直流電壓，正比于偏移量，控制系統(tǒng)根據(jù)偏移量運(yùn)算，輸出電流信號(hào)控制伺服閥驅(qū)動(dòng)液壓缸動(dòng)作，這時(shí)糾偏輥?zhàn)鱿鄳?yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，輥?zhàn)优c帶鋼之間的摩擦力使帶鋼反向運(yùn)動(dòng)，直到帶鋼回到中心位置[1]。

2 幾種糾偏機(jī)架的工作原理

2.1 比例調(diào)節(jié)糾偏機(jī)架

設(shè)備密集的部位進(jìn)出帶距離較短，可以安裝比例型糾偏系統(tǒng)，如圖1。其工作原理：糾偏輥在進(jìn)帶平面上圍繞一個(gè)固定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，靠摩擦力將出帶部分做橫移運(yùn)動(dòng)，使帶鋼回到中心位置上來。比例型糾偏輥能糾正出帶的位置，但不能糾正進(jìn)帶的偏差[2]。糾偏機(jī)架的調(diào)節(jié)距離與帶鋼運(yùn)行時(shí)的偏移量與成比例，進(jìn)帶和出帶與轉(zhuǎn)動(dòng)平面成90°。

圖1 比例調(diào)節(jié)糾偏機(jī)架

2.2 積分調(diào)節(jié)糾偏機(jī)架

在自由進(jìn)帶距離較長的情形下，可運(yùn)用積分調(diào)節(jié)糾偏機(jī)架，利用的原理是帶鋼運(yùn)行的趨勢(shì)總是與糾偏輥中心線保持垂直，如下頁圖2。當(dāng)帶鋼出現(xiàn)偏差時(shí)糾偏輥會(huì)擺動(dòng)一個(gè)角度，當(dāng)輥軸與進(jìn)帶板中心線垂直時(shí)，板帶停止移動(dòng)。積分調(diào)節(jié)糾偏機(jī)架一般用于酸洗槽和水平活套。積分式糾偏優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)精度高，但是響應(yīng)時(shí)間慢。

2.3 比例積分調(diào)節(jié)糾偏機(jī)架

通過兩根傾斜的連桿來轉(zhuǎn)動(dòng)裝有糾偏輥的機(jī)架，使帶鋼與輥軸之間形成一定的角度（積分調(diào)節(jié)部分），同時(shí)又能使帶鋼橫向移動(dòng)（比例調(diào)節(jié)部分），連桿在進(jìn)帶端形成一個(gè)虛交點(diǎn)；兩者組合構(gòu)成了比例積分調(diào)節(jié)，如圖3。這種類型除了對(duì)出帶位置進(jìn)行精確的糾正之外，對(duì)進(jìn)帶也有一定糾正效果。

圖2 積分調(diào)節(jié)糾偏機(jī)架

圖3 比例積分調(diào)節(jié)糾偏機(jī)架

3 生產(chǎn)應(yīng)用

3.1 設(shè)備布置

首鋼京唐某酸軋機(jī)組采用EMG 糾偏系統(tǒng)。其生產(chǎn)線由開卷、焊接、酸洗、切邊剪、六輥連軋機(jī)等主要過程組成[3]。整條生產(chǎn)線共投入8 套糾偏系統(tǒng)，如表1 所示。其中6 號(hào)CPC 和8 號(hào)CPC 為高精度糾偏，6 號(hào)CPC 保證帶鋼進(jìn)入切邊剪時(shí)保持對(duì)中，防止兩側(cè)切邊不一致引起跑邊和斷裂，8 號(hào)CPC 安裝在軋機(jī)入口，目的是保證帶鋼在軋機(jī)內(nèi)沿中心線軋制防止斷帶。

表1 糾偏輥布置

3.2 糾偏系統(tǒng)控制圖

控制框圖如圖4 所示。當(dāng)帶鋼經(jīng)過測(cè)量框架BMI2-CP 時(shí)，兩側(cè)的接收線圈信號(hào)接入框架內(nèi)的信號(hào)處理板BMI2.11.1，經(jīng)過處理后通過CANBUS總線傳遞給本地控制柜CPU MCU24.1，CPU 根據(jù)位置偏差信號(hào)實(shí)時(shí)運(yùn)算，從伺服放大板DAU16 輸出0±300 mA 電流信號(hào)到液壓伺服閥SV1-10，伺服閥驅(qū)動(dòng)液壓缸動(dòng)作，直到帶鋼的位置回到中心。液壓缸的位置由KLW 行程傳感器檢測(cè)，行程傳感器實(shí)際是一個(gè)滑線變阻器，該反饋值輸入到控制柜用于顯示和計(jì)算[4]。PLC 與控制柜通過硬線接口通訊，系統(tǒng)READY OK、系統(tǒng)報(bào)警等用于生產(chǎn)線連鎖，HMI 畫面有帶鋼位置、液壓缸位置、遠(yuǎn)程/本地模式、手動(dòng)/自動(dòng)/對(duì)中模式、兩側(cè)移動(dòng)等顯示和操作按鈕。本地控制柜有操作面板ECU01，經(jīng)RS232 與MCU24.1 通訊，面板可以更改模式、移動(dòng)液壓缸，液晶屏可以顯示測(cè)量參數(shù)、修改設(shè)置參數(shù)。

圖4 糾偏系統(tǒng)控制框圖

控制柜內(nèi)模塊，MCU24.1 為CPU，是整個(gè)糾偏控制系統(tǒng)的核心，內(nèi)置控制程序，根據(jù)測(cè)量位置偏差，實(shí)時(shí)計(jì)算所需的伺服輸出電流值。X1 為程序和參數(shù)下載接口，X2 為MCU24.1 與測(cè)量框架內(nèi)信號(hào)處理板BMI2.11.1 接口，CANBUS 總線方式，X3 接口是控制柜與現(xiàn)場(chǎng)操作面板ECU01 的RS232 接口。DAU16是模擬輸出模塊，輸出到伺服閥的電流信號(hào)和到PLC 的帶鋼位置及液壓缸位置信號(hào)。選擇±300 mA電流輸出到伺服閥時(shí)，R1 可以調(diào)節(jié)零點(diǎn)。ADP01.1主要是KLW 信號(hào)輸入、PLC 帶速及精調(diào)系統(tǒng)KLW信號(hào)輸入（雙重糾偏）等，系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)字量輸入和輸出等。DEA01 是數(shù)字輸入輸出模塊，輸入PLC 系統(tǒng)發(fā)出的模式選擇、液壓缸移動(dòng)信號(hào)，輸出當(dāng)前模式、系統(tǒng)報(bào)警、ready 等信號(hào)到PLC。

在切邊剪和軋機(jī)入口處的糾偏精度要求很高，使用雙重糾偏系統(tǒng)。具體是5 號(hào)CPC 與6 號(hào)CPC，7號(hào)CPC 與8 號(hào)CPC 構(gòu)成雙重糾偏系統(tǒng)。例如5 號(hào)CPC 為對(duì)中粗調(diào)，盡可能大范圍糾正進(jìn)帶偏差，6 號(hào)CPC 為對(duì)中精調(diào)，小范圍糾正后面的偏差。6 號(hào)CPC連續(xù)監(jiān)測(cè)帶鋼偏差，并考慮了兩套系統(tǒng)間的帶速和間距，計(jì)算出時(shí)間差；將6 號(hào)CPC 測(cè)量的KLW 變化偏差值自動(dòng)迭加到5 號(hào)CPC 修正帶鋼位置，使兩套系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。由于精調(diào)系統(tǒng)糾正偏差量極小，從而能保證精確地將帶鋼直線送入切邊剪。其中，帶速由PLC 經(jīng)模擬量輸出模塊實(shí)時(shí)發(fā)送至ADP01.1，間距在P034 參數(shù)中設(shè)置1 638 cm。

3.3 CPC 案例及處理

1）倒車模式優(yōu)化。酸洗工藝段在長時(shí)間停機(jī)后，漂洗槽內(nèi)的帶鋼長時(shí)間被脫鹽水浸泡，表面會(huì)產(chǎn)生大量銹斑即停車斑，此時(shí)需要將漂洗槽內(nèi)的帶鋼倒回到酸洗槽重新酸洗去斑。本機(jī)組設(shè)計(jì)有自動(dòng)倒車功能，漂洗槽長度共18 m，倒車時(shí)先以20 m/min 速度倒帶18 m，然后以20 m/min 速度正向前進(jìn)18 m，此時(shí)倒車順控執(zhí)行完畢。倒帶時(shí)相當(dāng)于糾偏輥在檢測(cè)框架出口側(cè)，這樣輥?zhàn)右苿?dòng)可能會(huì)讓帶鋼偏移越來越大[5]。因此程序設(shè)計(jì)是，倒車順控開始時(shí)，PLC向3 號(hào)CPC、4 號(hào)CPC 發(fā)送對(duì)中模式指令倒車18 m，此時(shí)糾偏輥處于機(jī)械中心不起糾偏作用，正向前進(jìn)時(shí)PLC 向3 號(hào)CPC、4 號(hào)CPC 發(fā)送自動(dòng)模式指令前進(jìn)18 m，此時(shí)糾偏系統(tǒng)正常糾偏。

2）切邊剪兩側(cè)切邊寬度不一致。帶鋼經(jīng)過切邊剪時(shí)，兩側(cè)切出的廢邊寬度不一致，當(dāng)切邊量較小時(shí)，一側(cè)容易切不到或者出現(xiàn)斷邊、堵邊等。首先測(cè)量框架中心是否與產(chǎn)線中心重合，如果不重合，調(diào)整P010 參數(shù)使系統(tǒng)自動(dòng)將安裝偏差計(jì)算在內(nèi)。其次，在檢測(cè)框架內(nèi)無帶鋼時(shí)，查看操作面板上的兩側(cè)帶鋼位置電壓M002 和M003，標(biāo)準(zhǔn)均為9 V。如果不是或偏差較大，調(diào)整框架內(nèi)的信號(hào)處理板BMI2.11.1上的電位計(jì)R1 和R2，R1 調(diào)整放大倍數(shù)，R2 調(diào)整偏差，直到M002 和M003 的值均為9 V。通過機(jī)械位置補(bǔ)償和無帶鋼標(biāo)定，帶鋼經(jīng)過切邊剪時(shí)兩側(cè)切邊量變?yōu)橐恢隆?/p>

3）通過CPC 檢測(cè)偏差優(yōu)化產(chǎn)線控制程序。5 號(hào)CPC 和6 號(hào)CPC 為切邊剪前的聯(lián)合精調(diào)糾偏，當(dāng)來料鐮刀彎過大時(shí)，糾偏輥反復(fù)動(dòng)作，進(jìn)入切邊剪的帶鋼會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)偏移量大的情況，經(jīng)常會(huì)造成切邊不良。PLC 實(shí)時(shí)檢測(cè)5 號(hào)CPC 檢測(cè)框架的帶鋼偏移量，經(jīng)過一定算法分析，判斷來料鐮刀彎較大時(shí)，自動(dòng)給出限速指令，本機(jī)組設(shè)計(jì)為60 m/min，鐮刀彎低速經(jīng)過切邊剪，過檢查臺(tái)后限速解除。一方面低速時(shí)帶鋼與輥面摩擦力加大，減少了跑偏的幾率，另一方面，帶鋼低速運(yùn)行可以讓CPC 來得及調(diào)整，避免反復(fù)動(dòng)作形成震蕩[6]。

5 結(jié)語

酸軋機(jī)組使用的電感式CPC 對(duì)中精度高、便于控制、固定式、非接觸、耐污染、自調(diào)節(jié)、事故率低，基本可以做到免維護(hù)。板材自動(dòng)糾偏裝置在冷軋酸軋中的廣泛應(yīng)用，使帶鋼在生產(chǎn)中對(duì)中精度大大提高，保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和控制精度，提高了整個(gè)機(jī)組的生產(chǎn)速度和成品率，減少了故障停機(jī)時(shí)間，使生產(chǎn)線能夠連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。