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(zhǎng)期以來(lái)一直是提高最終產(chǎn)品質(zhì)量的主要目標(biāo)之一。熱軋帶鋼的生產(chǎn)工藝希望軋后板寬沿其全長(zhǎng)方向的寬度精度在允許的公差范圍之內(nèi)。然而由于各種原因, 板寬會(huì)時(shí)常出現(xiàn)波動(dòng), 為補(bǔ)償板寬的這種波動(dòng), 要求自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)于各種擾動(dòng)能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié), 由此而產(chǎn)生了自動(dòng)寬度控制。本文全面系統(tǒng)的介紹了熱軋粗軋機(jī)組自動(dòng)寬度控制的控制系統(tǒng)原理圖, 可實(shí)現(xiàn)的程序框圖及控制策略。應(yīng)用結(jié)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(jì)錄下軋制過(guò)程中板坯寬度方向上的變化曲線, 可看出寬度變動(dòng)的形成原因。

   2. 1頭尾端失寬
   隨著立輥軋機(jī)寬度壓下量的增大, 在幾十m長(zhǎng)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(wěn)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AWC系統(tǒng)中采用了“短行程控制(SSC) ”。
   2. 2頭部縮頸現(xiàn)象
   這是由于活套起套過(guò)程對(duì)帶鋼沖擊所造成的, 為了消除這一偏差, 應(yīng)在活套控制中采用“軟接觸”技術(shù)。
   2. 3　水印現(xiàn)象
   在板坯長(zhǎng)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(duì)寬度產(chǎn)生陡變影響,需要用AWC 系統(tǒng)中的前饋控制來(lái)克服。

2. 4　參數(shù)波動(dòng)
   在各種工藝條件下, 因控制參數(shù)波動(dòng)將造成全長(zhǎng)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(tǒng)中的軋制力反饋控制來(lái)克服。
  3　自動(dòng)寬度控制系統(tǒng)
  自動(dòng)寬度控制在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上可從機(jī)械和自動(dòng)化兩方面進(jìn)行考慮。
   3 . 1　機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
   對(duì)于立輥軋機(jī)應(yīng)設(shè)計(jì)成電動(dòng)+ 液壓的系統(tǒng),電動(dòng)側(cè)調(diào)機(jī)構(gòu)采用變頻調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng), 在每道次前進(jìn)行立輥開(kāi)口度設(shè)定, 而液壓伺服系統(tǒng)用于每道次軋制時(shí)動(dòng)態(tài)寬度控制。在電機(jī)的出軸側(cè)裝有絕對(duì)編碼器用于測(cè)量位置反饋, 在每個(gè)伺服液壓
缸內(nèi)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(jī)座之間還設(shè)置有壓力傳感器, 用于測(cè)量軋制時(shí)的實(shí)測(cè)軋制力。圖2 給出了AWC 系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備示意圖。

3. 2　自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    要實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼寬度的自動(dòng)控制需由過(guò)程控制機(jī)(L 2) 和基礎(chǔ)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(xiàng)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(dá)立輥前熱金屬檢測(cè)器HMD ON 時(shí), 液壓伺服機(jī)構(gòu)先將開(kāi)口度加大, 待板坯咬入后按PLC 內(nèi)存儲(chǔ)的事前統(tǒng)計(jì)好的曲線, 將開(kāi)口度收小, 并在尾部到來(lái)時(shí), 逐步按存儲(chǔ)曲線加大開(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(duì)軋制力的精確測(cè)量并控制其恒定來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)板坯寬度的反饋控制。

3) 前饋控制(FFAWC)。對(duì)于某些變化較陡的寬度偏差(如水印低溫區(qū)) , 反饋控制效果較差,為此采用前饋控制來(lái)補(bǔ)償。為實(shí)現(xiàn)FFAWC, 需在立輥前設(shè)置測(cè)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(bǔ)償寬度偏差。

4) 縮頸補(bǔ)償(N EC)。用來(lái)補(bǔ)償卷取機(jī)切換到張力控制時(shí)對(duì)帶鋼的沖擊(拉鋼) 所造成的縮頸(寬度變窄)。

5) 動(dòng)態(tài)設(shè)定。是L 2 計(jì)算機(jī)跟據(jù)L 1 傳送的軋制時(shí)的實(shí)測(cè)參數(shù), 對(duì)AWC 模型進(jìn)行自學(xué)習(xí), 并重新下達(dá)設(shè)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(duì)帶頭和帶尾, 立輥輥縫根據(jù)對(duì)帶鋼頭尾的位置以及帶鋼長(zhǎng)度的跟蹤來(lái)設(shè)定立輥的開(kāi)口度,具體的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4 所示, PLC 控制器根據(jù)下列曲線查表可得到對(duì)應(yīng)的開(kāi)口度從而進(jìn)行設(shè)定,再結(jié)合軋制力進(jìn)行控制。短行程開(kāi)度的計(jì)算在L 1基礎(chǔ)自動(dòng)化中進(jìn)行, 并通過(guò)帶頭和帶尾跟蹤信號(hào)觸發(fā)來(lái)進(jìn)行。

3. 2. 1. 2　短行程控制實(shí)現(xiàn)
   根據(jù)圖5 的控制框圖編寫PLC 程序來(lái)實(shí)現(xiàn)立輥軋機(jī)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(duì)立輥輥縫開(kāi)度校準(zhǔn)值的計(jì)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(shè)置在立輥軋機(jī)前的測(cè)寬儀檢測(cè)入口寬度偏差, 求出立輥輥縫的校準(zhǔn)值, 再對(duì)立輥的開(kāi)口度進(jìn)行前饋調(diào)節(jié)以提高出口寬度的均勻性。

3. 2. 2　動(dòng)態(tài)設(shè)定
    為了提高設(shè)定精度, 利用水平可逆軋機(jī)后的測(cè)寬儀, 對(duì)倒數(shù)第二個(gè)奇道次軋制的板坯進(jìn)行寬度實(shí)測(cè), 利用此實(shí)測(cè)信息, 根據(jù)自學(xué)習(xí)模型, 重新計(jì)算末道次的立輥開(kāi)口度, 以保證粗軋出口寬度的設(shè)定精度。
寬度控制中, 各項(xiàng)系數(shù)的確定要充分考慮由于立輥壓縮所造成的“狗骨頭”, 在接著進(jìn)行的水平輥軋制時(shí), 將產(chǎn)生“再展寬”的現(xiàn)象, 即水平輥的寬度要比一般寬度公式所計(jì)算的值要大, 這需要在現(xiàn)場(chǎng)收集大批數(shù)據(jù)加以統(tǒng)計(jì), 以求得考慮“再展寬”的實(shí)用公式。

3. 2. 3　縮頸補(bǔ)償
縮頸(寬度變窄) 是由于精軋機(jī)組活套起套時(shí)對(duì)帶鋼沖擊以及卷取機(jī)咬入帶鋼后由速度控制切換到張力控制切換不當(dāng)所造成的。縮頸補(bǔ)償控制的策略是根據(jù)精軋后測(cè)寬儀的實(shí)測(cè)值不斷地傳送到L 2 過(guò)程計(jì)算機(jī), 通過(guò)模型的連續(xù)自學(xué)習(xí)而得到的補(bǔ)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(jié)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(jié)合研究和實(shí)踐給出了控制實(shí)現(xiàn)的方法。實(shí)踐表明,AWC 運(yùn)行穩(wěn)定可靠, 實(shí)現(xiàn)功能齊全, 寬度控制精度高, 用戶非常滿意。