鋁板帶箔冷軋機(jī)MFC質(zhì)量流控制系統(tǒng)研究應(yīng)用

王修亮

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

1 鋁板帶箔冷軋機(jī)厚度控制系統(tǒng)背景技術(shù)分析

目前我國(guó)鋁板帶箔冷軋機(jī)厚度控制系統(tǒng)主要引進(jìn)國(guó)外后反饋厚度控制技術(shù)，后反饋?zhàn)詣?dòng)厚度控制系統(tǒng)由液壓輥縫控制系統(tǒng)和自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)組成，液壓輥縫控制系統(tǒng)功能主要包括位置控制、軋制力控制、軋機(jī)靠零控制、軋機(jī)彈性曲線(xiàn)測(cè)量、工作輥彎輥控制。自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)功能主要包括輥縫位置AGC 反饋控制、軋制力AGC 反饋控制、速度/張力AGC反饋控制、速度補(bǔ)償控制、軋輥偏心補(bǔ)償控制。

后反饋?zhàn)詣?dòng)厚度控制系統(tǒng)由安裝在軋機(jī)出口側(cè)的測(cè)厚儀用來(lái)測(cè)量出口厚度偏差，厚度誤差經(jīng)過(guò)濾波后，發(fā)送給獨(dú)立的比例積分控制器進(jìn)行調(diào)整，由于鋁板帶箔冷軋機(jī)出口測(cè)厚儀到輥縫之間存在距離，后反饋?zhàn)詣?dòng)厚度控制系統(tǒng)僅能用來(lái)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間存在的厚度誤差進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整，對(duì)鋁板帶箔厚差瞬間突跳、低頻厚差波動(dòng)、高頻厚差振蕩沒(méi)有任何改善作用。

鋁板帶箔軋制過(guò)程中瞬間厚差突跳、低頻厚差波動(dòng)、高頻厚差振蕩是鋁加工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題之一，主要受軋制工藝控制條件和關(guān)鍵設(shè)備控制精度影響，軋制工藝控制條件的主要影響因素包括軋制壓下率、速度、張力、潤(rùn)滑性能、輥縫預(yù)設(shè)、油膜厚度、軋輥粗糙度、坯料厚差、合金成分等。關(guān)鍵設(shè)備控制精度的主要影響因素包括測(cè)厚儀檢測(cè)精度、壓力傳感器檢測(cè)精度、位置傳感器檢測(cè)精度、伺服閥控制精度、液壓缸控制響應(yīng)速度、厚度控制系統(tǒng)響應(yīng)速度、傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、工作輥系轉(zhuǎn)動(dòng)精度、支撐輥系轉(zhuǎn)動(dòng)精度、傳動(dòng)輥系轉(zhuǎn)動(dòng)精度、軋制線(xiàn)基準(zhǔn)控制、速度檢測(cè)控制、卷徑檢測(cè)精度、偏心補(bǔ)償控制等。而后反饋?zhàn)詣?dòng)厚度控制系統(tǒng)響應(yīng)滯后，不能對(duì)鋁板帶箔厚差進(jìn)行有效補(bǔ)償控制。目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的技術(shù)很難解決鋁箔厚差瞬間突跳、低頻段厚差波動(dòng)與高頻段厚差振蕩的技術(shù)問(wèn)題，需要研發(fā)應(yīng)用新的控制系統(tǒng)去改善鋁板帶箔厚度控制能力和控制精度。

2 鋁板帶箔冷軋機(jī)MFC質(zhì)量流厚度控制系統(tǒng)理論研究

在鋁板帶箔冷軋機(jī)自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)中加入MFC 質(zhì)量流控制系統(tǒng)，提升冷軋機(jī)鋁板帶箔厚差控制精度和控制能力，冷軋機(jī)MFC 質(zhì)量流厚度控制模式采用通過(guò)軋輥輥縫的體積守恒的原理,是基于進(jìn)入軋機(jī)輥縫入口的帶材體積和離開(kāi)輥縫出口的帶材體積相等的原理。公式為：入口厚度×入口寬度×入口長(zhǎng)度=出口厚度×出口寬度×出口長(zhǎng)度。在鋁板帶箔冷軋制過(guò)程中，由于鋁板帶箔寬度通過(guò)軋輥輥縫后的變化是微小的可以忽略的，因此定義入口寬度=出口寬度。公式可以變化為：入口厚度×入口長(zhǎng)度=出口厚度×出口長(zhǎng)度，計(jì)算出口厚度的公式為：出口厚度=（入口厚度×入口長(zhǎng)度）/出口長(zhǎng)度，入口厚度可以用入口X 射線(xiàn)測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)量，入口長(zhǎng)度和出口長(zhǎng)度可以用激光測(cè)速儀進(jìn)行測(cè)量。只要準(zhǔn)確測(cè)量出帶材的入口厚度、入口長(zhǎng)度、出口長(zhǎng)度，就可以計(jì)算帶材出口厚度。然后用出口設(shè)定厚度與出口計(jì)算厚度相減得出厚度差值，就得到了一個(gè)質(zhì)量流控制器差值用于進(jìn)行MFC AGC 控制。MFC 質(zhì)量流控制系統(tǒng)可有效改善鋁板帶箔鋁箔厚差瞬間突跳、低頻段厚差波動(dòng)與高頻段厚差振蕩等技術(shù)難題。

3 鋁板帶箔冷軋機(jī)MFC質(zhì)量流控制系統(tǒng)技術(shù)方案

為提升鋁板帶箔冷軋機(jī)厚差控制精度和控制能力，改善鋁板帶箔軋制過(guò)程中厚差波動(dòng)對(duì)鋁箔成品率的影響，在我國(guó)某高新技術(shù)企業(yè)鋁板帶箔冷軋機(jī)增加了MFC質(zhì)量流控制系統(tǒng)。具體技術(shù)方案為：

（1）在鋁板帶箔冷軋機(jī)入口側(cè)加裝X 射線(xiàn)測(cè)厚儀，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)反饋冷軋機(jī)軋制過(guò)程中鋁板帶箔入口側(cè)厚度。射線(xiàn)測(cè)厚儀關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)包括厚度檢測(cè)采樣時(shí)間1ms、平均響應(yīng)時(shí)間2ms、檢測(cè)精度為測(cè)量厚度的±0.1%、測(cè)量噪聲為測(cè)量厚度的±0.1%、測(cè)量漂移為測(cè)量厚度的±0.1%、數(shù)字分辨率為1 μm、測(cè)量氣隙為100-200mm。

（2）在鋁板帶箔冷軋機(jī)入口側(cè)、出口側(cè)加裝激光測(cè)速儀，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)反饋冷軋機(jī)軋制過(guò)程中鋁板帶箔入口側(cè)、出口側(cè)線(xiàn)速度。激光測(cè)速儀關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)包括速度測(cè)量范圍1m/min-12000m/min、測(cè)量線(xiàn)性精度優(yōu)于0.05%、測(cè)量加速度范圍＞500米/秒平方、測(cè)量刷新速度＞20000/秒、測(cè)量響應(yīng)時(shí)間＜300μs。

（3）對(duì)鋁板帶箔冷軋機(jī)設(shè)備機(jī)前裝置進(jìn)行技術(shù)改造，增加入口測(cè)厚儀安裝軌道和測(cè)速儀安裝機(jī)構(gòu)，使其具備冷軋機(jī)MFC 質(zhì)量流控制系統(tǒng)所需測(cè)速儀、測(cè)厚儀設(shè)備的安裝運(yùn)行條件。

（4）在鋁板帶箔冷軋機(jī)加入MFC 質(zhì)量流控制系統(tǒng)功能,利用激光測(cè)速儀與X射線(xiàn)測(cè)厚儀準(zhǔn)確測(cè)量出帶材的入口厚度、入口長(zhǎng)度、出口長(zhǎng)度，然后用MFC質(zhì)量流控制功能程序進(jìn)行鋁板帶箔自動(dòng)厚度控制。實(shí)現(xiàn)鋁板帶箔成品0.1mm厚度軋制過(guò)程中厚差控制在±1.5%以?xún)?nèi)。冷軋機(jī)質(zhì)量流控制功能程序如圖1所示。

圖1 冷軋機(jī)質(zhì)量流控制功能程序圖

通過(guò)在鋁板帶箔冷軋機(jī)中加入MFC質(zhì)量流控制系統(tǒng)，提升了鋁板帶箔厚差控制精度和控制能力，實(shí)現(xiàn)了鋁板帶箔厚度高質(zhì)量高精度全自動(dòng)控制。

4 鋁板帶箔冷軋機(jī)MFC質(zhì)量流控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用效果

鋁板帶箔厚差高精度自動(dòng)控制鋁加工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展過(guò)程中的技術(shù)難題，通過(guò)在鋁板帶箔冷軋機(jī)加入MFC 質(zhì)量流控制系統(tǒng)，有效改善了鋁板帶箔厚差瞬間突跳、低頻段厚差波動(dòng)與高頻段厚差振蕩的技術(shù)問(wèn)題。實(shí)際應(yīng)用效果對(duì)比如下：

（1）鋁板帶箔冷軋機(jī)未投入MFC 質(zhì)量流控制系統(tǒng)前，在軋制鋁卷870411在第5道次的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)1 個(gè)道次軋制，鋁板帶箔厚差波動(dòng)由±0.8%（3Sigma）放大至±1.2%（3Sigma），厚差波動(dòng)放大了50%。

圖2 投入MFC質(zhì)量流控制的鋁卷87039811在第5道次軋制PDA數(shù)據(jù)

（2）鋁板帶箔冷軋機(jī)投入MFC 質(zhì)量流控制系統(tǒng)后，在軋制鋁卷870311在第5道次的過(guò)程中，從PDA數(shù)據(jù)（圖2）中可以看出，經(jīng)過(guò)1 個(gè)道次軋制，鋁板帶箔厚差波動(dòng)由入口厚差±0.8%（3Sigma）到出口厚差±0.8%（3Sigma），未出現(xiàn)厚差波動(dòng)放大趨勢(shì)。鋁板帶箔厚差控制和板形控制效果良好。

鋁板帶箔冷軋機(jī)加入MFC質(zhì)量流控制系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)在鋁加工高新技術(shù)企業(yè)的實(shí)踐應(yīng)用，可有效提升了鋁板帶箔厚差控制能力，鋁板帶箔厚差控制精度由±2.5%(2sigma)提升至±1.5%(2sigma)，達(dá)到了同行業(yè)領(lǐng)先水平。