1.引言

在帶鋼熱連軋生產(chǎn)工藝過(guò)程中, 熱軋帶鋼的寬度控制長(cháng)期以來(lái)一直是提高最終產(chǎn)品質(zhì)量的主要目標之一。熱軋帶鋼的生產(chǎn)工藝希望軋后板寬沿其全長(cháng)方向的寬度精度在允許的公差范圍之內。然而由于各種原因, 板寬會(huì )時(shí)常出現波動(dòng), 為補償板寬的這種波動(dòng), 要求自動(dòng)化控制系統對于各種擾動(dòng)能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)調節, 由此而產(chǎn)生了自動(dòng)寬度控制。本文全面系統的介紹了熱軋粗軋機組自動(dòng)寬度控制的控制系統原理圖, 可實(shí)現的程序框圖及控制策略。應用結果表明, 該方法能有效地控制產(chǎn)品寬度。

2　板寬變動(dòng)的原因

如圖1 所示, 通過(guò)寬度儀紀錄下軋制過(guò)程中板坯寬度方向上的變化曲線(xiàn), 可看出寬度變動(dòng)的形成原因。

   2. 1頭尾端失寬
   隨著(zhù)立輥軋機寬度壓下量的增大, 在幾十m長(cháng)的帶鋼上, 頭尾部產(chǎn)生5 至幾十mm 的失寬, 其原因是頭尾部分和穩定軋制部分金屬在壓下時(shí)的流動(dòng)不同而造成的。為了消除這一偏差在A(yíng)WC系統中采用了“短行程控制(SSC) ”。
   2. 2頭部縮頸現象
   這是由于活套起套過(guò)程對帶鋼沖擊所造成的, 為了消除這一偏差, 應在活套控制中采用“軟接觸”技術(shù)。
   2. 3　水印現象
   在板坯長(cháng)度方向上爐軌黑印處溫度低, 以致造成所謂“水印”, 軋制過(guò)程中將對寬度產(chǎn)生陡變影響,需要用AWC 系統中的前饋控制來(lái)克服。

2. 4　參數波動(dòng)
   在各種工藝條件下, 因控制參數波動(dòng)將造成全長(cháng)方向上的寬度不均勻, 由于這種偏差變化較緩, 可采用AWC 系統中的軋制力反饋控制來(lái)克服。
  3　自動(dòng)寬度控制系統
  自動(dòng)寬度控制在系統設計上可從機械和自動(dòng)化兩方面進(jìn)行考慮。
   3 . 1　機械結構設計
   對于立輥軋機應設計成電動(dòng)+ 液壓的系統,電動(dòng)側調機構采用變頻調速系統驅動(dòng), 在每道次前進(jìn)行立輥開(kāi)口度設定, 而液壓伺服系統用于每道次軋制時(shí)動(dòng)態(tài)寬度控制。在電機的出軸側裝有絕對編碼器用于測量位置反饋, 在每個(gè)伺服液壓
缸內裝有高精度的位移傳感器(例如: Sony 磁尺)用于動(dòng)態(tài)控制時(shí)位置反饋。另外, 在伺服液壓缸和機座之間還設置有壓力傳感器, 用于測量軋制時(shí)的實(shí)測軋制力。圖2 給出了AWC 系統機械設備示意圖。

3. 2　自動(dòng)化系統設計
    要實(shí)現對帶鋼寬度的自動(dòng)控制需由過(guò)程控制機(L 2) 和基礎自動(dòng)化控制器(L 1) 共同完成。圖3給出了有關(guān)寬度控制各項功能及其相互間關(guān)系的示意圖。自動(dòng)寬度控制(AWC) 包括以下幾部分。

1) 頭部和尾部短行程控制(SSC)。其實(shí)質(zhì)是在板坯到達立輥前熱金屬檢測器HMD ON 時(shí), 液壓伺服機構先將開(kāi)口度加大, 待板坯咬入后按PLC 內存儲的事前統計好的曲線(xiàn), 將開(kāi)口度收小, 并在尾部到來(lái)時(shí), 逐步按存儲曲線(xiàn)加大開(kāi)口度。

2) 軋制力控制(RFAWC)。板坯咬入立輥后延遲一短時(shí)間(以獲得正確的頭部信息) 后, 啟動(dòng)RFAWC, 通過(guò)對軋制力的精確測量并控制其恒定來(lái)實(shí)現對板坯寬度的反饋控制。

3) 前饋控制(FFAWC)。對于某些變化較陡的寬度偏差(如水印低溫區) , 反饋控制效果較差,為此采用前饋控制來(lái)補償。為實(shí)現FFAWC, 需在立輥前設置測寬儀, 在某些偶道次軋制完后, 獲得實(shí)際寬度偏差分布, 而奇道次軋制時(shí), 控制立輥開(kāi)口度, 以補償寬度偏差。

4) 縮頸補償(N EC)。用來(lái)補償卷取機切換到張力控制時(shí)對帶鋼的沖擊(拉鋼) 所造成的縮頸(寬度變窄)。

5) 動(dòng)態(tài)設定。是L 2 計算機跟據L 1 傳送的軋制時(shí)的實(shí)測參數, 對AWC 模型進(jìn)行自學(xué)習, 并重新下達設定的方式。

3. 2. 1　頭部和尾部短行程控制(SSC)
  3. 2. 1. 1　控制方法

對帶頭和帶尾, 立輥輥縫根據對帶鋼頭尾的位置以及帶鋼長(cháng)度的跟蹤來(lái)設定立輥的開(kāi)口度,具體的對應關(guān)系如圖4 所示, PLC 控制器根據下列曲線(xiàn)查表可得到對應的開(kāi)口度從而進(jìn)行設定,再結合軋制力進(jìn)行控制。短行程開(kāi)度的計算在L 1基礎自動(dòng)化中進(jìn)行, 并通過(guò)帶頭和帶尾跟蹤信號觸發(fā)來(lái)進(jìn)行。

3. 2. 1. 2　短行程控制實(shí)現
   根據圖5 的控制框圖編寫(xiě)PLC 程序來(lái)實(shí)現立輥軋機的短行程控制。

3. 2. 2　軋制力控制(RFAWC)
    3. 2. 2. 1　控制方法
   RFAWC 本質(zhì)上就是對立輥輥縫開(kāi)度校準值的計算, 是基于軋制力偏差和輥縫開(kāi)度偏差來(lái)求得的。

3. 2. 3　前饋控制(FFAWC)
  3. 2. 3. 1　控制方法
   前饋控制的原理是利用設置在立輥軋機前的測寬儀檢測入口寬度偏差, 求出立輥輥縫的校準值, 再對立輥的開(kāi)口度進(jìn)行前饋調節以提高出口寬度的均勻性。

3. 2. 2　動(dòng)態(tài)設定
    為了提高設定精度, 利用水平可逆軋機后的測寬儀, 對倒數第二個(gè)奇道次軋制的板坯進(jìn)行寬度實(shí)測, 利用此實(shí)測信息, 根據自學(xué)習模型, 重新計算末道次的立輥開(kāi)口度, 以保證粗軋出口寬度的設定精度。
寬度控制中, 各項系數的確定要充分考慮由于立輥壓縮所造成的“狗骨頭”, 在接著(zhù)進(jìn)行的水平輥軋制時(shí), 將產(chǎn)生“再展寬”的現象, 即水平輥的寬度要比一般寬度公式所計算的值要大, 這需要在現場(chǎng)收集大批數據加以統計, 以求得考慮“再展寬”的實(shí)用公式。

3. 2. 3　縮頸補償
縮頸(寬度變窄) 是由于精軋機組活套起套時(shí)對帶鋼沖擊以及卷取機咬入帶鋼后由速度控制切換到張力控制切換不當所造成的?？s頸補償控制的策略是根據精軋后測寬儀的實(shí)測值不斷地傳送到L 2 過(guò)程計算機, 通過(guò)模型的連續自學(xué)習而得到的補償值傳送到PLC 進(jìn)行控制。其PLC 控制程序框圖如圖5所示。

4　結束語(yǔ)
    本文就帶鋼軋制過(guò)程中帶鋼寬度控制策略進(jìn)行探討, 并結合研究和實(shí)踐給出了控制實(shí)現的方法。實(shí)踐表明,AWC 運行穩定可靠, 實(shí)現功能齊全, 寬度控制精度高, 用戶(hù)非常滿(mǎn)意。