厚板轧机液压厚度自动控制系统的应用.pdf

使用与维护 第2 9 卷2 0 1 1 年第6 期 总第 1 5 6 期 使用与维护 厚板轧机液压厚度 自动控制系统的应用 乔万有张秀超朱丽娜姜世伟 鞍钢股份鲅鱼圈钢铁分公 司设备保障部营 口 1 1 5 0 0 7 【 摘要】 论述 了厚板轧机液压压下系统的主要结构、 控制难点及其优点， 介绍了其控制参数调整过程， 并 对过程 出现的 问题 以及原 因进行 了综合 分析 。 【 关键词】 厚板轧机液压A G C P I D控制器 Ap p l i c a t i o n o f t h e Hy d r a u l i c AGC S y s t e m o n t h e He a v y Pl a t e M i l l Q I AO Wa n - y o u ， Z H A N G X i u - c h a o ， Z H U L i - n a ， J I AN G S h i w e i E q u ip me n t S u p p o r t D e p a r t m e n t o f A n s t e e l B a y u q u a n S t e e l C o m p a n y , Y i n g k o u 1 1 5 0 0 【 A b s t r a c t 】T h is a r t i c l e d i s c u s s e s t h e m a in s t r u c t u r e ， c o n tr o l d i f f i c u l t i e s a n d a d v a n t a g e o f t h e h y d r a u l i c s r e w d o w n s y s t e m o f t h e h e a v y p l a t e mi l l ， p r e s e n t s t h e p a r a m e t e r a d j u s t me n t ， a n d m a k e s t h e c o mp r e h e n s i v e a n a l y s i s o n t h e p r o b l e ms o c c u r r e d i n t h e p r o c e s s c o n t r o l a n d t h e i r c a u s e s ． 【 K e y w o r d s 】 H e a v y p l a te m il l ； h y d r a u l ic s c r e w d o w n ； a u t o m a t i c g a u g e c o n t r o l ； P I D c o n tr o ll e r 1 前言 中厚板轧机在我国钢铁生产 中起着举足轻重 的作用， 中厚板产品广泛地应用于船舶 、 汽车 、 容 器及锅炉制造等工业领域 。中厚板热轧机液压厚 度 自动控制 简称液压A G C 技术， 替代了传统的 电动压 下辊缝控 制 ， 实现 了辊缝动 态快速调 节 。 它是提高钢板质量， 提高成材率， 增强产品竞争力 的必要手段， 已成为现代化轧机的重要标志。 由德 国西 马克公 司设计 、 中国第一重 型机械 集团公司为鞍钢股份鲅鱼圈钢铁分公司制造的 5 5 0 0 m m厚 板轧机是 当前 国内最高装机水平 的厚 板轧机之一， 采用两级计算机过程自动控制， 轧机 主传动采用全数字调速控制， 厚调系统采用电动 程序 自动压下和大载荷中厚板热轧机液压A G C 技 术 。 其 中 大 载 荷 厚 板 轧 机 液 压 AG C技 术 在 5 5 0 0 mm宽度 、 1 2 0 0 0 t 大载荷厚板轧机上应用为国 内首例。 2 液压AGC系统应用方案 5 5 0 0 m m液压 A G C 系统由液压系统和电气 自 动控制系统两部分组成。 2 ． 1 液压 系统控制方案及特点 1 变量泵一 皮囊蓄势器系统， 节能、 发热少。 2 独立的循环过滤冷却系统， 便于控制油温 及油液清洁度。 3 高精度、 大流量 、 快响应的三级电液伺服 阀。先导级单 独供油 ， 加一套 过滤器 ， 确保不堵 塞； 伺服阀组具有在线标定零点功能。 4 液 压 阀 全 部 采 用 板 式 连 接 ， 便 于 安 装 维护。 5 液位 、 压力超限 自动保护 ， 油温 自动控制。 6 A G C液压缸采用优质高强度合金结构钢制 造， 并作特殊处理。采用特殊结构的组合密封。 7 独特的位移传感器缸内安装结构。 8 液压缸外侧还安装有 l 套位移传感器， 与 缸内位移传感器互为备用。 压下 系统液压原理 见图 1 。 2 ． 2电气 自动控制 系统控制方案 现代液压 A G C系统均采用数字控制系统 。数 字控制系统为离散控制系统 ， 要获得 良好的控制 效果 ， 采样周期要尽量短 ， 一般液压 A G C系统要小 于 1 0 m s ， 同时也要求计算机要有快速的反应能 力 。为此 ， 这套液压 A G C系统的 自动控制采用 主 频很高的双C P U 计算机， 采样控制周期仅为2 m s 。 为了增加系统的可靠性， 提高系统的投用率， 该系统关键检测设备位移传感器、 压力传感 栏目编辑 陈振华 一 1 一 第2 9 卷2 0 1 1 年第6 期 总第 1 5 6 期 个 叵 ． r 1 P E 0 4 B D 1 I P E 0 广一 l BS l PE04 Y VH S 1 个 o s P E 0 1 B S 4 P E 0 4B D 2 l P E 0 I P v E 、 04 ， BS 3 I YVHS 2 0 气 使用与维护 P P PE 0 1 BD 2 一I 誊一 I 量一l 荸一 I P E 0 5 i YVH 2 P YVHS 4 P YVHS 5 P YVHS 6 图1 压下系统液压原理 器都采用了冗余配置 ， 系统中的关键执行设备 电液伺服阀也采用冗余配置。而且这些关键 设备都选用先进可靠的产品。 2 - 3 厚度 自动控制 系统控制模式 5 5 0 0 mm中厚板轧机在对轧辊位 置进行 预调 节时， 以及轧机在咬钢前 、 甩尾后和停车状态时， 为防止上下工作辊之间发生碰撞 ， 压下系统采用 位置 控制模 式 ， 标 定辊缝 时采 用轧 制力控 制模 式 。在轧 制过程可采用 轧制力控 制或位置控 制 视工艺而定 。控制模式选择如 图2 所示 。 控 制模式选 择 图2 控制模式选择 1 中厚板轧机厚度 自动控制系统 见 图3 。 P I D 控制是迄今为止最通用的控制方法， 大多数反 馈回路中用该方法或其较小的变形来控制 ， 至今 仍有9 0 ％ 左右的控制回路具有P I D 结构。 一 2 一 图3 位置控制系统 2 中厚板轧机厚度 自动控制系统位置闭环 数学模型如图4 所示⋯ 3 s I M u L I N K 环境下的仿真数学模型 见图5 。 4 在S I M U L I N K环境下， 当P I 控制器参数设 定值不同时， 系统得出几个不同的阶跃响应见图 6 。图6 中 a 所示 阶跃响应的输出与输入失真 ， 数 据不可取 ； b 所示几个阶跃 响应都是稳定的； c 所示为 同一个 系统 ， 当 P I 控制器参数设定不合理 时 下方平滑线 系统变得不稳定。 w 盹 ， 。 蚕 至 使用与维护 第2 9 卷2 0 1 1 年第6 期 总第 1 5 6 期 图4 位置闭环数学模型 图6 液压A G C系统的阶跃响应 3运行效果和结论 该系统 2 0 0 8 年 9 月在线调试完毕并开始试 运 行 ， 同年 1 2月正式连续运行。经过一年多的实际 运行表明， 这套系统设计合理 、 设备先进稳定可 靠 、 投运率高、 维护方便 、 操作容易、 指标先进满足 了生产及工艺要求， 达到了当代一流轧机的控制 水平 。 3 ． 1 控 制 效果 1 提高了板厚精度 实际测量同板差减少了 约5 0 ％。厚度为 1 0 m m以下各规格板平均厚度偏 差可以控制在 0 ． 1 m m以内， 该指标达到了当代 先进水平 。 2 改善了板形调节能力 由于液压辊缝实时 快速调整， 使板形有所改善。 3 保 证 了多品种轧 制 液压 AG C系统投 人 后， 使各规格产品的轧制都有了可靠的保证。 4 提高 了成材率 液压 AG C系统投入后 ， 在 轧制各规格的钢板时都没有因板厚超差而造成非 计划产品， 非常显著地提高了成材率。 5 加快了轧制节奏 电动压下速度可以大大 提高 ， 从而减少空摆辊缝的时问。 6 实现了同板差 的有效控制 ， 同时也为实现 异板差的控制打下 了基础。 7 提高了设备的可靠性 消除了卡钢及工作 辊压死等事故隐患， 同时又对主传动系统包括接 轴都有保护作用。 3 ． 2控 制指标 液压压下速度2 0 m m ／ s ； 液压A P C定位精度 0 ． 0 0 1 m m； 0 ． 1 mm阶跃响应时间 3 0 ms ； 系统投运率9 9 ％； 成品的平均厚度偏差 0 ． 1 ～ 0 ．4 m m 。 液压AG C 系统的应用 ， 使鞍钢 5 5 0 0 mm厚板轧 机控制水平上 了一个 台阶 ， 跨人 了当代先进中厚 板轧机的行列， 中厚板产品厚度精度有了可靠的 保证 ， 增强了鞍钢股份厚板产品的市场竞争能力 ， 也为中国钢铁产业作出了一份贡献。 参考文献 【 1 】 高英杰， 赵静一 ， 孔祥东等． 板带轧机液压AG c系统 的动态模拟 冲 国机械 工程 1 9 9 8 ．9 2 3 2 5 ． 2 0 1 0 1 2 2 7 收 稿 一 3 一