热连轧机液压弯辊控制.pdf

总第 1 4 5 期 2 0 0 5 年第 1 期 河北冶全 T o tal 14 5 2 0 0 5 ， Nu mb e r1 热连轧机液压弯辊控制 郭月娜 渤海铝业有限公司铝箔厂 ，河北秦皇岛0 6 6 0 0 3 摘要 介绍 了川威 9 5 0 r 舯 热连轧机精轧机液压弯辊力控制系统的结构特点及系统功能，该 弯辊控制 系统可大大提高板形质量。 关键词热连轧机 ；液压弯辊；自动控制系统 中图分类号 T G 3 3 3 ． 7 文献标识码B 文章编号 1 0 0 6 5 0 0 8 2 0 0 5 0 1 0 0 4 6 0 2 R0匝 L BEND H DRAI Ⅱ C C0 0匝 ， F 0R H0T CQN rnNUOUS R0I II 鹏砌L GUO Yu em A l u m t m u m F o i l P l a n t ， B o h a i A l m n im u m C o ． ， L i d ． ， Q i n h u a n g d a o ， H e b e i ， 0 6 6 0 O 3 Ab {如[a c t Th e s t r u c t u r a l f e a t u r e s a n d s y s t e m f u n c ti o n s o f h y d r a u l i c r o l l b e n d i n g e o n l l s y s t e m o f fi n i s h i n g mi l l o f Oa u a n we i 9 5 0 mm h o t c o n n u o u s r o l l i n g mi l l a r e i n u o d u c e d．Wi th t h a t t h e p r o fi l e s h a p e q u a n t y g o t g r e a t l y i m- p r o v e d． 1 W o r d s ．h o t C O l l t i n L l o L I s r o l l i n g mi l l ；h y d r a u l i c r o l l b e n d i n g；a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m 1 前 言 随着工业产品需求层次的提高，对钢铁企业提 供板带钢的尺寸精度和板形精度提出了更高的要 求，板形控制已成为轧钢企业的重点课题。目前， 液压弯辊力板形控制系统以其高效和高精度在钢铁 企业得到广泛应用。 板形控制主要通过控制轧制过程中的轧辊挠度 和热凸度实现。液压弯辊力控制系统由弯辊液压缸 产生弯辊力 ，在轧制过程中向工作辊或支撑辊辊颈 施加液压弯辊力，瞬时改变轧辊的有效挠度，从而 改变承载辊缝形状，使轧制后带钢的延伸沿横向均 匀分布 ，进而达到板形控制的目的。根据具体的工 艺条件适当地改变弯辊力，就可实现改善板形的目 的。液压弯辊力板形控制系统属于电液伺服力控制 系统，它具有精度高、响应速度快、功率大、结构 紧凑和使用方便等优点。笔者针对川威 9 5 0 1T ll n热 连轧项 目的弯辊控制系统进行分析。 2 弯辊系统结构 川威 9 5 0 IT ll n 热连轧机精轧机组由 7 架 四辊轧 机 依次为F l ，F 2 ，⋯，F 7 组成，其液压弯辊力 收稿 日期 2 0 0 4 1 2 1 6 4 6 控制系统包括上、下工作辊 各 l 套彼此独立的 电液伺服弯辊力控制系统。单工作辊弯辊力基本控 制系统机构如图l 所示。上、下工作辊各有一套控 制器、调节伺服阀控制各自液压缸油压，从而达到 控制弯辊力的目的。弯辊力控制系统通过压力传感 器测出油缸油压表征弯辊力 ，即油压是被控量，同 时又作为反馈量进入弯辊力闭环控制系统。 图 1 液压弯辊力控制系统结构 弯辊力在轧机咬钢和抛钢时会出现一个冲击尖 峰 ，这个尖峰会引起轧辊辊形的畸变，同时抛钢时 的尖峰峰值易造成弯辊压力传感器损坏。当咬钢的 一 瞬间，钢坯进轧机，突然施加的轧制力，使轧辊 发生形变，这个形变的方向与弯辊力使工作辊产生 变形的方向相同，相当于施加了一个弯辊力的同向 力，此时弯辊液压缸油压下降，相应的弯辊力会突 维普资讯 河北冶金 2 0 0 5 年第 1 期 然减小，传感器检测到这一变化并反馈回系统，伺 服阀向弯辊液压缸无杆腔进油，使弯辊力回复。在 抛钢瞬间，轧制力突然消失，轧辊恢复变形，迫使 弯辊液压缸内油压上升，弯辊力突然增大，传感器 检测到变化后向系统反馈，伺服阀放油，弯辊力回 复。可见 ，弯辊力突变尖峰的产生是由轧制力的干 扰造成的。 该弯辊控制系统采用 MO O G伺服阀，其接线方 式为并联方式，阻值为4 0 Q，输入信号为土 4 0 m A； 基础 自动化部分采用西门子公司最新型 P L C s 7 4 O 0系列产 品，由四套独立的 P L C系统分别控制 F 1 一F 2 、F 3 一F 4 、F 5 一F 6 和 F 7的弯辊力系统。人 机接口 ma与过 程机 L 2 均通过 以太 网与 P L C系统进行数据交换。 该系统 中图形 软件采 用 Wi n C C Wi n d o w s C o n tr o l C e I l 瞬一视窗控制中心软件，具有实时 监控、历史趋势图、报表、故障信息、良好的人机 界面、丰富的图形库以及过程控制功能块等功能。 Wi n C C系统软件包是 H MI 服务器的核心软件，它 具有数据采集、监视和控制 自动化过程 的强大功 能，是基于个人计算机的操作监视系统；其显著特 点就是全面开放 ，在 Win d o w s 2 0 0 0 标准环境中，它 很容易结合标准的和用户的程序建立人机界面，精 确地满足生产要求，确保安全可靠地控制生产过 程。Win C C还可提供成熟可靠的操作和高效的组 态性能 ，同时具有灵活的伸缩能力。 3 弯辊系统功能 3 ． 1 弯辊逻辑 弯辊控制系统的程序框图如图 2 所示 ，该控制 系统的控制元件 MO O G伺服阀对每个 阀均有独立 的力闭环控制回路。力的测量采用压力传感器检测 弯辊液压缸无杆腔侧和有杆腔侧的压强。 3 ． 2 弯辊力计算 弯辊力的计算为弯辊缸无杆腔压力与有杆腔压 力之差，即 PPl P 2 P d 1 。 S l e o 2 S 2 式中P为弯辊力； P d ， 、S 分别为弯辊缸无杆腔的压强和面积 ； P d ， 、S 分别为弯辊缸有杆腔的压强和面积。 3 ． 3 弯辊控制 弯辊控制有手动弯辊控制和 自动弯辊控制。手 动弯辊控制是操作工根据经验随时修改弯辊力闭环 目 标值，并不进行实时的平衡弯辊状态切换，而弯 辊自动控制要稍微复杂些，下面就对其进行分析。 为了保证穿带的良好性，在板坯进入精轧区各 机架前，弯辊力需保持在平衡力设定值上；为保证 板形良好，正常轧制时，弯辊力需保持在特定的设 定值上。因此，轧制过程中电控系统应具有自动判 断和自动控制弯辊力切换的功能。 图 2 弯辊力控制系统程序框图 川威 9 5 0 r n n l 弯辊控制系统中，弯辊力切换是 根据轧机的咬钢信号和抛钢信号进行变换的，也就 是依据各机架轧制力变化进行弯辊力切换。 板坯进入精轧区各机架的明显标志是各机架轧 制力的变化 ，实时测量各机架轧制力的变化 ，并以 此为依据可进行弯辊与平衡两种状态的切换。切换 状态的获得可通过图3的滞环比较器实现。 ～ P、P ’ P 弯辊状态 平衡状态 圈 3 轧制力滞环比较器实现的切换信号 当轧制力实际值大于 P 2 时，滞环比较器认为咬 钢 钢坯进入轧机瞬间 信号到来 ，工作辊将由平衡 状态切换到弯辊状态；轧制力实际值小于 P 时，滞 环比较器认为抛钢 钢坯离开轧机瞬间 信号到来， 工作辊将由弯辊状态切换到平衡状态。这种状态切 换的优点是，不必考虑穿带过程，只要有穿带入轧 机的某一机架，必然进行从平衡到弯辊状态的切换； 反之，进行从弯辊到平衡状态的切换。 下转第6 1 页 4 7 维普资讯 河北冶金 2 0 O 5 年第 1 期 Win d o w s 监控和操作界面 ，同时可以实现远程监控 和网络化控制。控制器还包括一台内置的P L C，用 于柜体内开关信号的逻辑处理以及与现场各种操作 信号和状态信号 包括 D C S ／ R S 4 8 5 ／ P r o fi b u s ／ Mo d b u S ／ ， 以太网等的协调，可以根据用户的需要扩展 控制开关量 ，增强了系统的灵活性。 3 ． 3 保护功能 变频装置有过电压 ，过 电流，欠电压 ，缺相 ， 变频器过载，变频器过热，电机过载等保护功能。 1 过载保护。电机过载保护电流为额定电流 的 1 2 0％，每 1 0 rain 允许 1 m i n 反时限特性 ，超 过则起保护作用。 2 过流保护。电机过载保护电流为额定电流 的1 5 0％，且允许3 S ，超过则立即起保护作用。变 频器输出电流超过电机额定电流的2 0 0％，在 1 0／a n 内起保护作用。 3 过压保护。检测每个功率模块的直流母线 电压 ，如果超过额定电压的 1 1 5％，则变频器起保 护作用 。此保护实际上包括了对电网电压正向波动 的保护。 4 欠压保护。检测每个功率模块的直流母线 电压，如果低于设定的数值，则变频器先降压再保 护。此保护实际上包括了对 电网电压负向波动的保 护 。 5 过热保护。过热保护包括两重保护在变 频调速系统柜体内设置温度检测 ，当环境温度超过 预先设置的值时，发报警信号。另外，在主要的发 热元件，即整流变压器和电力电子功率器件上放置 温度检测，一旦超过极限温度 变压器 1 3 0℃、功 率器件 8 0℃ ，则起保护作用。 6 缺相保护。缺相保护设置在每个功率模块 上，当变频器输入侧掉相或功率模块的保险熔芯融 化时，会发出报警信号并起保护作用。 7 光纤故障保护。当控制器与功率模块之间 的连接光纤出现故障时，会发出报警信号并起保护 作用。 总之，电机和除尘风机的所有故障，均能在中 文用户界面上显示，便于用户采取应对措施。 4 设备运行情况 1 改善了工艺。投入变频器后除尘风机可以 非常平滑稳定的调整风量、调控方便，除尘风机运 行参数得到了改善、提高了效率。 2 延长了电机和风机的使用寿命。一般除尘 风机均为离心式风机 ，启动时间长 ，启动 电流大 约为 6 8 倍额定电流 ，对 电机和风机 的机械 冲 击力很大，严重影响其使用寿命。而采用变频调速 后，可以实现软启动和软制动，几乎不产生冲击， 大大延长了电机和风机的使用寿命。 3 减少阀门和风机叶轮的磨损。安装变频器 调速后 ，风机经常在 比原来额定转速低 1 5 0 r ／ m in 的转速以下运行，减少了风机叶轮和轴承的磨损， 延长了风机的大修周期，节省了检修费用和时间。 4 节能效果。根据统计报表，2 0 0 4年 3月 1 6日到 5 月 1 2日5 8 天时间内，该风机实际耗电量 为 4 9 6 8 0 0度 ，如 果 不 安 装 变 频 器 则 耗 电 量 为 1 1 1 3 6 0 0 度 ，故安装变频器后节电率为 5 5 ． 4％。 5 结束语 高压变频器在邯钢一炼钢厂是首次使用，从设 备安装后的运行情况看，没有因为变频器的故障而 导致停产，这充分证明其可靠性是很高的。混铁炉 除尘系统运行良好，取得了良好的社会效益，其可 观的节电性 预计一年内就可收回变频器投资创 造了直接的经济效益。另外，对减少机械设备的磨 损和设备检修造成的损失更是不可估量的 从运行 的实际效果看 H A R S V E R TA 0 6 ／ 1 0 5高压变频器在 邯钢混铁炉除尘风机系统的应用是成功的。 蛉 墒纷纷 纷 纷 墒 ； 、 ；＼ g g ； 、 S s e 、 【 上接第 4 7 页 为了系统的安全和可靠运行，对弯辊力目标值 进行了最大及最小值限制，如依据工艺要求最大值 确定为 3 0 0 k N；依据轧机启车所要满足的条件确定 最小值为 9 0 k N 。 4 结语 川威 9 5 0 I I L r n热连轧机是一条 由完全 国内设 计、组装及调试的高水平现代化中宽带钢生产线， 精轧机组采用了弯辊系统。该系统具有较高的控制 精度和响应速度，自动弯辊系统的正常投运，大大 地提高了板带钢的尺寸精度和板形。 参考文献 [ 1 ]贾春玉 ． 赵炳利 ， 等 ． 模糊逻辑控制器应用于四辊冷轧机液压弯 辊系统的研究[ J ] ． 中国机械工程 。 2 0 O 2 ， 1 3 1 4 1 1 8 3 1 1 8 5 ． [ 2 ]候安全．1 5 4 9 r r a n热连轧机板形控制系统 [ J ] ．山西冶金， 2 0 0 3， 4 3 6 3 7 ． [ 3 ]李洪仁，陈举庆，等．1 7 0 0 m m热连轧机平衡 、弯辊 、横移液 压控制系统的研究 [ J ] ．一重技术，2 0 0 1， 2 4 4 4 6 ． [ 4 ]徐悦，柴天佑，等．四辊可逆冷轧机板形控制系统的研究 [ J ] ．冶金自动化，1 9 9 5， 1 ；8 1 2 ． 6 1 维普资讯