安钢炉卷轧机液压自动厚度控制.pdf

天滓 管 安钢炉卷轧机液压 自动厚度控制 冯传兵 安阳钢铁股份有限公司第二炼轧厂， 河南安阳 4 5 5 o o [摘要 ] 安钢炉卷轧机液压 自动厚 度控 制系统 ， 采用轧机刚度控制 、 G M A G C、 X射线厚度偏差监控 ， 由油膜 、 冲击 、 轧辊 热膨胀磨损 、 轧辊偏心等补偿功能来控制钢板厚度 。由于环境恶劣 ， 测厚仪不能正常使用 ， 严重降低 了厚度控制精度 ， 同板差较 大。通过对影响厚度精度较 大的轧机刚度控制和 G M A G C进行优化， 提高了钢板 同板差的控制精度。 关键词炉卷轧机 自动厚度控制补偿 同板差精度 1 引言 安钢 3 5 o 0 m i l l 炉卷轧机生产线于 2 0 0 5 年 l 0月 试车投 产 ，年产量 1 1 0万 t ，主轧 机为单 机架 可逆轧 机， 其辊缝控制方式采用电动压下和液压厚度自动控 制 ，变频调速电机驱动 的压 下螺丝位 于轧机上部 窗 口， 伺服控制的液压缸位于轧机的下部窗口， 压下螺 丝用于设定初始辊缝和辊缝的初始调平 ， 液压缸用于 设定轧制线 、 设定辊缝的微调 、 辊缝的调平和轧制过 程中保持钢板纵向厚度一致进行的辊缝调节。 由于轧制钢板厚度范围大 ，在 6 m l T I ～ 1 0 0 m m之 间 ， 轧件长 ， 特别是卷 轧 ， 轧件带头 、 带尾 在卷取炉外 时间长， 与本体的温差有时高达 2 0 0 o C． 导致该部分 厚度公差过大， 这部分带钢约占全长的 5 ％～ 8 ％。 炉卷 轧机这种工艺 条件要求液压 自动厚 度控制 系统具有 非常快的扫描响应速度和良好的控制性能 ， 从而保证 生产带钢的厚度偏差和均匀性 ， 因此该问题的解决对 减小厚度公差 、 提高收得率非常必要。 2 液压自动厚度控制系统主要技术参数 2 ． 1液 压 缸 液压缸尺寸 1 3 4 0 m m x 1 2 0 0 I n n， 液压缸工作 l l ■ 压力 3 1 ． 5 MP a ， 两个液压缸最大力 7 0 0 0 0 k N ， 液压缸 0 最大行程 1 4 0／ T i m，操作侧和传动侧各有两套电液 伺 j 服阀， 一套工作 ， 一套备用。伺服阀型号 M O O G D 7 9 2 三级伺服阀，伺服模式下液压缸的速度是 3 m m ／ s ， 液 爨 压缸位移传感器采用 S O N Y磁尺，定位精度0 ．0 0 4 m m，液压缸响应时间 5 0 m s 。 。 砖 2 ． 2 电器控制 ≯ 炉卷轧机电气控制由T M E I C公司设计完成， 在 j 基础 自动化 系统 中 S 3 M I L L 4站执行辊缝控制 和 自动 。 厚 度控制功能 ， 该站有两块 C P U ， 一块为扫描速率 5 0 m s的 S 3 P U 5 5 A控 制器 ，一 块 为 扫描 速 率 4 m s 的 S 3 S T 4 5 A控制器 ， 它们共 同完成辊缝 、 自动厚度控 制 、 轧辊偏心补偿和弯辊控制 。 辊缝控制主要包括电动压 一 8 一 下螺丝控制、 液压缸控制 、 保护、 自动顺序逻辑和轧机 咬钢信号检测。 3自动厚度控制功能 产生厚度偏差 的因素很多 ，轧件 的温度变化 、 尺 寸变化在轧制过程中引起轧制力、 机架弹跳和塑性系 数的改变 ， 影响钢板的厚度变化 。 轧机方 面 ， 由于轧辊 的热膨胀 、 轧辊磨损 、 轧辊偏心及支撑辊轴承油膜厚 度的变化都会造成轧件厚度的波动【 1] 。在产生厚度偏 差的众多因素中，来料厚度和温度的变化影响最大， 将引起轧件 塑性系数的显著改变 。 安钢炉卷轧机 A G C 自动厚度控制英 文缩 写 系统是 以弹跳方程 为基础 的压力 A G C为主的控制 方式 ，针对性 地采取相应 的 控制策略来消除各种因素对厚度的影响。 A G C功 能简 图见图 1 。 3 ． 1 轧机 刚度控制 MMC1 3 ． 1 ． 1 轧机 弹跳方程为 ； h s 0 M 1 1 式中 f r 一出口板厚； 5 『 广一空载辊缝 ； P 一钢板轧制力 ； 一 轧机的刚度； P ／ 一 轧机的弹跳 。 3 ． 1 ． 2 由弹跳方程可知 ， 轧出的钢板厚度等于空载辊 缝 值加 弹跳值 ， 轧制 力的变化 、 钢 板宽度 的变化造 成 轧机 的弹跳值发生变化 ，使轧 出的钢板厚度跟着 变 化， 要维持轧件出口厚度不变， 必须控制轧机的弹跳 值一定。M MC根据当前板宽和轧制力使用弹跳实验 数据估算出轧机弹跳的变化量即轧件出口厚度的变 化量 ， 调节辊缝 位置 ， 从而维持轧件 出 口厚度不变。 3 ． 1 ． 3 MM C有绝对和头部锁定两种控制模式 ，两种 模式 的区别在于给定如何生成和功能投用的时间。 绝 对模式下 ， 弹跳给定是根据设定模 型中的轧制力给定 计算 得到 的， 头部 锁定模 式下 ， 把 轧件头 部测量的弹 跳作为给定 ， 利用实测 的轧制 力计算 出当前 的轧机弹 跳 ， 由弹跳偏差计算出辊缝调节量 ， 弹跳偏差正向变 研 究 与 应 用 安钢炉卷轧机液压 自动厚度控 制 大时辊缝闭合 。 厚 3 ． 2 厚度计 式 自动厚度控制 G M A G C 图 1 目动 厚 度 控 制 功 能 简 图 3 ． 2 ． 1 G M A G C利用机架作 为 “ 测厚仪 ” ，轧机 咬钢 控制 ， 是一种辅助的调节手段。 5 0 0 ms 后根据轧制力和辊缝利用弹跳方程计算出轧 13 ． 3 x射线厚度偏差监控 件出口厚度， 与设定的目标厚度比较 ， 根据厚度偏差，X射线测厚仪测量出轧件的厚度偏差， 经 X射线 得到辊缝调节量， 消除厚度偏差。 因为油膜补偿 、 轧辊 厚度偏差监控调节液压缸位置， 消除厚度偏差。X射 热膨胀补偿和偏心补偿会对 辊缝有影 响 ， 计算钢板 出 线厚度偏差监控默认 为绝对模 式 ， 当测 量的厚度偏差 口厚度时使用辊缝仪测量的辊缝中要减去上述补偿。 较大时， 自动切换到锁定模式。x射线监控 A G C的稳 G M --A G C的辊缝调节量为 定性随轧件厚度的变化而变化 ， 其增益是使用线性插 △S Ah k, o t _ M 、 1 - KM ⋯ M Q 2 磁姚 舯衔 式中 △ s ～辊缝调节量；A f r 一厚度偏差； 一些已知的能改变辊缝的作用， 不能使用辊缝仪 k to t , 总增益 ； 比例增益； 直接i 贝 0 量出来 ，为了弥补它们对厚度的不良影响， 有 广一 积分增益 ； 一轧机的刚度 ； 必要采取辊缝补偿 。 MMc控制增益 ； 3 ． 4 ， 1 油膜补偿 G M控制增益 ； 支撑辊油膜厚度与轧机速度、 轧制力有关 ， 轧机 p _ 轧件的塑性系数。 由低速到高速， 支撑辊油膜厚度变薄， 辊缝变大， 但随 3 ． 2 ． 2 G M - A G C有绝对和头部锁定两种控制模式 ， 两 着轧制力的增加， 这种作用的影响减小。油膜厚度在 种模式的区别在于给定如何生成和功能投用的时间。 辊缝上的作用分成速度的作用和力的作用 ， 通过试验 在绝对模式下 ， 厚度偏差较大时， 将 自动切换为头部 获得在压靠力下不同速度下的油膜厚度补偿 ， 再测得 躺孛艚 压靠速度下不 同轧制力下油膜厚度 补偿 系数 ， 从而得 3 ． 2 I 3 与 MM c相比， MMC是高速的内环控制 ，能瞬 到油膜补偿调节量。 妻 妻 I ⋯ 一 一 一 ～ 日 2档 蒯 g 搿 搿 j； ⋯ j 鼎 一 一9一 一 天舜 幺 分 轧机 内有 轧件时 ， 工作辊 和支撑辊变 热 ， 无轧 件 时 ， 工作辊 和支撑 辊变冷。 当轧辊温度 升高 ， 辊径 膨 胀 ， 使实际的辊缝变小。 利用轧辊的材料特性 ， 轧件温 度 ， 轧制时间和长度 ， 轧辊冷却水的流量等 ， 可估算 出 对辊缝的影响 。 轧辊热膨胀作用分 为长期作 用和短期 作用， 模型计算出长期作用补偿值作为辊缝位置给定 的补偿 ， 轧制过程中模型循环计算辊缝改变的最终值 和时间常数 ， 进而计算 出短期轧辊热膨胀 补偿 。 3 ． 4 _ 3 支撑辊偏心补偿 支撑辊与工作辊相比， 直径较大， 偏心量大 ， 并且 影 响 MM C的控 制性能 ，轧制力的变化包括很多不 同 的频率分量，把基波分量看成是由轧辊偏心引起的， 由支撑辊旋转角度和轧制力按模型进行偏心滤波， 进 而完成补偿工作 ， 由于 MMC会放大偏心作用 ， 偏 心补 偿要减去 MM C控制量后才能输出。 3 ．4 ． 4 冲击补偿 咬钢的瞬间 ， 由于轧制力的冲击作用 ， 辊缝增大 ， 板头厚度变厚 ， 因此， 在咬钢前把预测的冲击补偿值 加到辊缝设定值里， 预先把辊缝闭合一点， 咬钢后 ， 再 从辊缝设定值中去除冲击补偿值。 4 存在 问题和优化 炉卷轧机投产后 ， 由于现场环境恶劣 ， 作为生产 过程中关键 大型仪表 的测厚仪的故障率很高 ， x射线 厚度偏差监控不能正常使用 ， 严重降低了产品的厚度 控制精度 。通过对产品抽查统计 ， 卷轧产品的纵 向同 板差达 到 0 ． 6 m n l 左右 ，平轧产品的纵 向同板差也有 0 ． 4 mm左右。 不投用 x射线厚度偏差监控， 分析炉卷轧线产品 同板差较大 的原因 ， 主要 是 M MC和 G M A G C的控制 参数设定不适当 ， 导致 M MC和 G M A G C的补偿输 出 未 能满足现场生产需要 。为此做了以下优化 。 4 ， 1 提 高液压缸响应速度 _ 通过对历史数据的分析， 发现头尾厚度超差很大 原 因是 因为液压缸的响应速度不够快 ， 分析程序发 现 l 控 制系统对液压缸位置改变的 限制为 0 ． 1 m m ／ s ， 导致 需要较长的时间液压缸才能补偿到位。 根据具体情况 一将 其 改 为 MMC控 制 平 轧 时 为 0 ． 2 m m ／ s ，卷 轧 时 耍 0 ．6 m m ／ s ， G a g e m e te r A G C控制平轧时为 0 ． 1 m rr d s ， 卷 j ll 轧时 0 ． 1 2 m m ／ s ， 提 高液压缸响应速度 。 4 ． 2强化 MMC控制 西 一 i 通过分析 MM C控制程序，发现当实测轧制力和 l l l≯预估轧制力偏差较大时 ， MMC就会自动从绝对控制 模式切换为相对控制模式 ，这样就不利于 A G C系统 跟随模型的设定值 ，因此将 MMC控制的绝对和相对 模式切换的阈值放宽， 使 MM C的控制作用更强， 能够 快速准确跟随模型的设定值 。 4 ． 3 GM AGC控制的优 化 通过对 G M A G C控制程序的分析 ，发现厚度计 的厚度算法存在错误， 轧件的轧出厚度从理论上讲应 该 由实测轧制力和轧机模数决定 ， 但是在控制系统中 厚度计的厚度计算参考是平轧时 1 0 0 ％依靠模型预估 轧制力 ， 卷轧时实测轧制力和预估轧制力分别占2 0 ％ 和 8 0 ％的权重，这样就造成 G M A G C的控制严重依 赖于模型的预估精度， 当轧制力预估出现较大偏差时 不能起到正确 的调节作用。修改程序 ， 将厚度计的厚 度计算 改为平 轧时参考 5 0 ％的实测轧 制力 和 5 0 ％的 预估轧制力 ， 卷轧时参考 8 0 ％的实测轧制力和 2 0 ％的 预估轧制力。对纵向厚度精度起了较好的微调作用。 5 液压 自动厚度控制系统优化效果 液压 自动厚度控制系统经过优化后 ，运行稳定 ， 控制效果良好， 同板差命中率见表 1 。 表 1同板差命 中率 6 结论 6 ． 1 生产组织合理安排坯料 ，依据工作辊的磨损热 膨胀和辊形 ， 轧制不同厚度规格的钢板 ， 降低了辊形 对厚度的不利影 响。 6 ． 2 提高加热质量 ， 避免手动增加精除鳞， 减小对钢 板表面温度反馈和模 型预估轧制力 的错误影响。 6 _ 3 提高设备位置标定精度， 做好间隙管理 ， 降低轧 制 过程 中辊缝手 动调平 时间 、 操作 次数 ， 否则会 造成 MMC控制输 出处 于保持状 态 ， 不 能及时调整辊缝。 收稿2 0 1 1 0 3 一 O 1 责编 崔建华 参考文献 1 1金兹伯格． 高精度板带材轧制理论与实践 M 1 ．北京 冶金工业出 版社 ， 2 0 0 0 9 7 1 0 0 作者简介 冯传兵 ， 工程师 ， 安 阳钢铁股份有 限公司第二炼 轧厂电气车间 ， 主要从事轧钢电气 自动化相关方面的工作 。 靴 倒 螂 粥 蹴 蛸 ≈ | ， 则 聃 铆 ， t 槭 ≈ H ； ● 辫 们 船 蝴 铆 端 犹 梆 一 1 0 一 研 究 与 应 用