中厚板精轧液压AGC系统的研究与应用.pdf

第 3 5卷第 3 期 2 0 0 7年 5月 金属 材 料与冶 金工 程 ME TAL MATE RI AL S AND ME TALL URGY E NGI NE ERI NG VO 1 ． 3 5 NO ． 3 Ma v 20 07 中厚板精轧液压 A GC系统的研究与应用 张树海 ，戚翠芬 ，侯 日斌 ，陈五升 1 ． 河北工业职业技术学院，河北 石家庄0 5 0 0 9 1 ； 2 ． 济南钢铁集团规划设计院，山东 济南2 5 0 1 0 1 摘 要济钢中厚板厂与D E MA G公司联合研制的液压A G C系统，能够实现液压A P C 、绝对值A G C、 相对 AG C及其它各种补偿 功能以及操作侧 、传动侧同步控 制功能 、自动保 护等功能 ，并且 能够完成较高 的动态响应 。生产运行以来 ，液压 AG C系统稳定 、可靠 ，实现 了 AG C系统全过程 自动控制 ，产品质量 明显提高 。 关 键词 中厚板；精轧机；液压 ； A G C 中图分 类号 T G 3 3 3 ． 7 1 文 献标 识码 A 文 章编 号 1 0 0 5 6 0 8 4 2 0 0 7 0 3 0 0 2 3 0 4 THE RES EARCH AND US I NG OF THE HYDRAULI C AGC S YS TEM I N THE M EDI UM PLATE FI NI S HI NG ROLL Z HA NG S h u- h a i ，Q I C u i - f e n ，HO U R i - b i n g ，C H E N Wu- s h e n g 1 ． De p a r t me n t o f Ma t e r i a l ，He b e i I n s t i t u t e o fV o c a t i o n＆T e c h n o l o g y ， S h ij i a z h u a n g 0 5 0 0 9 1 ，C h i n a ；2 ． P l a n n i n g a n d De s i g n i n g I n s t i t u t e ， J i n a n I r o n＆ S t e e l Gr o u p C o ．L t d ． ，J i n a n 2 5 0 1 0 1 ，C h i n a ABS TRACTTo r o l l t h e h i g h a c c u r a c y p r o d u c t ，t h e me d i u m p l a t e r o l l i n g mi l l J i Na n I r o n a n d S t e e l Co mp a n y h a s d e v e l o p e d t h e h y d r a u l i c AGC s y s t e m b y t h e mu l t i - wh e e l s t e c h n o l o g i c a l e x c h a n g e a n d t h e n e g o t i a t i o n s wi t h DE MAG Co mp a n y ． Th e n e w d e v e l o p me n t hy dr a ul i c AGC s ys t e m ， c a n r e a l i z e h y d r a ul i c APC， a bs o l u t e va l u e AGC ， r e l a t i v e AGC a n d o t he r e a c h k i nd of c o mp e ns a t o r y f u nc t i o n， a s we l l a s t h e o p e r a t i o n s i de， t r a ns mi s s i o n s i d e f u nc t i o n a n d S O o n s y n c h r o n i z a t i o n c o ntro l f un c tio n， a u t o ma t i c p r o t e c t i o n ．An d C an c o mp l e t e a hig h e r d y n a mi c r e s p o n s e ．S i n c e a c t u a l p r o d u c t i o n， t h e h y d r a u l i c p r e s s u r e AGC s y s t e m s t a b l e ． h a s b e e n r e l i a b l e ． Ha s r e a l i z e d t h e AGC s y s t e m e n t i r e p r o c e s s a u t o ma t i c c o n tro 1 ． Th e p r o d u c t q u ali t y d i s t i n c t e n h a n c e me n t b r i n g s t h e h u g e e c o no mi c e ffi c i e n c y f o r t h e m a i n c o r po r a t i o n．Ha s t h e h i g h e r r e f e r e n c e va l ue t o ot h e r t he me d i u m p l a t e r o l l i n g mi l l h y dra u l i c AGC d e s i g n ． KEY W ORDSme d i u m p l a t e ；fi n i s h i n g r o l l ；h y d r a u l i c ；AGC 收稿 日期 2 o 0 7 一 o 4 1 2 作者简介 张树海 1 9 6 7 一 ，男 ，副教授 ，现于河北 工业 职业技术学 院任教 。 维普资讯 2 4 金 属 材料与 冶 金工 程 VO 1 ． 3 5 No ． 3 济南钢铁集团总公 司中厚板厂一期 工程 于 1 9 9 8年 2月试 车投产 ，设 计生产规模 为 4 0万 t ／ a ，生产线工艺设备包括 推钢式加热炉两 台， 高压水粗 除鳞 一套 ，四辊 可逆式粗轧机 一 台 。 九辊矫直机一台 ，拉钢式冷床两套 ，铡刀式横 剪两台，铡刀式纵剪两台，收集系统等。 济钢 中厚 板厂精 轧机 的建设 ，被誉为 济钢 “ 十五 ”期 间的第一条 生命 线 ，为满足 高精度 产 品 的轧制 ，液压 AG C作为产 品质量 的重要 控 制手段 ，要求具 有较高 的控 制及执行 功能 ， 并且要求稳定 可靠 的运行。济钢与 DE MAG公 司联合研 制开发 的液压 AG C系统 ．能够实 现 液压 A P C、绝对 值 AG C、相对值 A G C及其 它 各种补偿功能 、以及操作侧 、传动侧 同步控制 功 能、 自动保护等功能 ，并且能够完成较高 的 动 态 响应 。 1 系统实现 的主要功 能 精轧机液压 AG C系统要求能够实现 以下主 要功能 1 液压缸的位置 自动控制 H AP C 。每个 液压缸上对称安装两只高精度位移传感器 ，操作 侧 与传动侧均具有相对独立的分别控制 的单侧 H AP C闭环 。定位精度要求达到 0 ． 0 0 5 mn 3 。 2 厚度 自动控制 HAG C 。由安装在下 支撑辊轴承座下部的压头 或 由装在液压缸 内 的压力传 感器 检 测轧制力信 号并进行反馈 ， 构成基本 的厚度计 A GC系统。用 自适应补偿计 算厚度构成厚度反馈。包括 绝对值 AG C 轧 机咬住钢板头部时钢板的厚度值 相对值 AG C 轧制过程 中设定的钢板厚度值 。 3 调偏控制。 4 同步 自动控制。根据位移传感器发 出 的检测信号 ，液压伺服系统接 收计算机发 出的 指令 ，实现同步控制。 5 轧制状态的判断。 6 自动保护功能。自动抬辊恒压、过压、 过压差 、超辊缝差及零位的保护与报警 ，油缸 限位的保护与报警 ；液压站内自动控制与报警 ； 手动及 自动泄油功能。 7 头尾与温度补偿。 8 偏心补偿。 9 板宽补偿。 1 0 系统具备模拟和 自诊 断功能 ，便于维 护和 调整 。 1 1 计算机 自动预压靠清零 ，自动测试系 统的弹性 曲线并存储。 1 2 轧制规程的最优化计算 、在线 自动设 定以及轧制规程优化。 1 3 轧制规程在线 自学习 ，轧制数学模型 自学习、自适应。 1 4 故障状态的记录。 1 5 轧制过程主要数据 的采集 ，包括 辊 缝 、压力 、辊缝设定值 、温度 、轧制速度 、成 品厚 差等工艺参数。采集信号可全部存储或选 择性存储 ，可随时按照需要进行打印或现实。 2功能框 图 液压 AG C系统 的功能框图见 图 1 。过程及 模型框架见图 2 。 H A P C f J 绝对A G C J J 相对A G C I J 故障记录 J J 规程自学习 一 ’ ＼ 、 1． ⋯． ． ． 偏心补偿 I ． 往制t J L ／／ ／ L _ n _ 一 头 尾及温 度补偿J J 预压靠清零I I 模拟与自诊 断 I J 轧制状态判断 图 1 液压 AG C 系统 的功 能框 图 A G C 参数模型 L l变形抗力模型I l宽展模型 I l前滑模型 参数自适应模型 厚度计算模型 辊缝计算模型 油膜厚度补偿 模型 模 型 机 负荷分配模型 l I l 温度补偿模型 轧辊模型 实测数据处理模型 参数回归模型 图 2液压 A G C 系统的过 程及模 型框 架 3 液压 A G C油缸及 其参 数 液 压 A GC油缸 示意见 图 3 。 ～ 一～ 一 一 一 维普资讯 2 0 0 7年 第 3期 张树海等 中厚板精轧液压 AGC系统 的研究与应用 2 5 丽 I ． ． ． ． ． ． ．． ． ． ． ． ． ． ． ． ， ， ． ． ． _ J 图 3液 压 AG C 油缸 示意 油缸主要技术参数 油缸直径 1 4 0 0 ／ 1 3 2 0 ～5 0 r n i n 。 承受最大轧制力 4 5 0 0t 2 。 位移传感器 每只油缸安装两只 。呈 1 8 0 。 对角安装 。其 主要 目的 。一是检测油 缸的倾斜 程度 ，二是两只传感器的平均值用作 位置闭环 的反馈值 。 测量范围0～ 5 0 r n i n 位置分辨率 0 ． o 0 25 m l Tl o 压力传感器 油缸上、下腔各装有一只传感 器。上腔测量范围 0～1 6 MP a ．检测精度最大误 差 ≤ 实测值 的 0 ． 5 ％下 腔测 量范围 0～3 1 ． 5 MP a ，检测精度最大误差 ≤实测值的0 ． 5 ％O 液压缸的技术参数 偏摆 ≤ 0 ． 5 r n i n 滞环 位置滞环 ≤ 0 ． 0 0 1 r n i n 摩擦测试启动压力 ≤ 0 ． 0 2 5 MP a 爬行速度空载下 。当 v0 ． 0 2 5 mm／ s 时 。 无 爬行 现象 耐压 值 1 ． 32 9 MP a3 7 ． 7 1 V I P a 泄漏 无 内泄 、外泄 4 液压 AG C系统 液压 AG C系统示意见图 4 。 ● 图 4液压 A GC 系统 示意 主要技术参数如下 位置精度 △ ≤0 ． 0 0 5 m i l l ； 系统频响 f一3 4 , 1 8 Hz 阀与油缸 间连 接软管长度 ≤ 3 m ； 0 ． 1 r n i n阶跃 时 间 t 2 5 ms 上 升 时间 ； 4 0 0 0 0 k N时 ，打开速度 v2 3 ． 9 mm ／ s ；闭 合速度 v2 3 ． 9 mm／ s 。 5 液压系统的主要参数 系统的工作压力 无杆腔 P2 9 0 MP a 有 杆腔 的压 力P4～6 MP a 系统的最大瞬时流量 Q1 8 0 0L ／ mi n 循环系统工作压力P1 ． 0MP a 循环系统工作流量 Q5 0 0L ／ mi n 最大轧制力 F9 00 0 0k N 6 液压 系统原理 液压系统控制 阀组 主要硬件见图 5 ，液 压站油源部分 主要硬件配置 并非原理 图见 图 6 。 上 J 上 J 图 5液压 系统 控制 阀组 主要硬 件 7 解决 的重点技术 问题 1 系统控制模式 。每侧 由双 阀控 制 ，组 成四种工作模式 分别为 “ 1 2 ” ； “ 2 1 ” ； “ 1 ” ； “ 2 ” ；其 中 “ 1 2 ”模式与 “ 1 ”模式相 比较速 度降低值不影响液压 A GC的调整速度 v≥ 1 3 m_r I l ／ S o 维普资讯 2 6 金属 材 料与 冶 金工 程 V O 1 ． 3 5 N o ． 3 图 6 液 压站 油 源部 分 主要硬 件 配置 并非原理图 2 AG C缸 固有频 率 的设 定 。整个 AG C 系统响应频率主要受 AG C缸 固有频率 的限制 ， 一 般要求 AG C缸的固有频 率至少要达到系统响 应频率的 2 ． 5倍 以上 ，即 AG C缸 的设计 固有频 率，≥4 5 H z 。 3 低惯量 ，高刚性 ，低摩擦油缸密封材 质 、形 式的选择 。为降低 系统的启 动摩 擦力 ， 提高液压缸的响应速度 ，油缸密封采用 P T F E材 质 ，密封型式为“ 格来圈” 。该密封材料为常规 聚安脂密封摩擦力的 1 ％。 4 系统调整速度的确定。为满足系统在进 行 P V P C轧制时对 速度 的要求 ．AG C缸的最大 调整速度设计值不应低于 2 3 ． 9 mm／ s 。因此 ，整 个液压系统流量瞬态值必须 Q≥ 1 8 0 0 L ／ r n i n 。 5 油缸有杆腔控制参数 的确定 。AG C缸 背压腔设计为两种压力 ，一种为 4 MP a ，另一种 为 6 ] V I_ P a ，采用比例减压进行控制 ，确保系统调 整状态 下 AG C缸 的响 应 。 6 系统油源压力 的确定 。为保证 在较 大 轧制力下 AG C缸能够正常调整 如6 0 0 0 0 k N ， 保证系统在较 高效 率下运行 ，油源压力设计值 应约为负载压力的 2 ／ 3 。 7 蓄能器容积的确定 。为保证系统的动 态响应 ，在控制阀组前增加合适 的蓄能器容积。 8 系统调整加速度 的确定 。为保证系统 响应时间，加速度 a 17 5 0 r n l lq ／ s 。 9 为便于随时监 测整个 系统 的油液 污染 度 ，增加了高压侧油液污染度检测 口。 1 0 系统冲击的消除。 1 1 系统控制回路过滤器 的选择。 8 主要参数的计算 8 ． 1 油缸直 径 的确 定 由公式 A 1 ／ 2 P L M a B 。 尸 尸 尸 0 P f 尸 t0 p 求得 A1 5 3 7 0 c m2 因此油缸直径 D1 3 9 ． 9 2 7 c m。 8 -2液压缸初始油柱高度的确定 由公式 L ≤ A 加 0 ． 2～0 ． 3 ／ 2 “r rj ．7 求得 L2 1 ． 5 n l i n 。 8 ． 3 油源压力的确定 油缸直径确定后就 可确定负载的油压 P L F ／ A2 2 ． 7 MP a 。根据系统效率最大化要求 ，正 常轧制压力按 6 00 0 0k N考虑 2 9 ] V I_ P a 。 8 ． 4系统平 均流 量 的确 定 由公 式 Q MA ，求得 单 缸 Q M 2 2 0 6 ． 3 5 L ／ mi n ；系统平均流量 Q 44 1 2 ．7 L ／ mi n 。 8 ． 5 蓄能 器 的选择 1 做低 幅值高频 干扰调节状态 下系统需 释放的流量 V w 9 4 ． 2 L ／ r n i n 。 2 做大幅值低频调节状态下 系统需释放 的流量 V o 4 5 9 1 ． 5 L ／ mi n 。 3 皮囊 蓄能器 的总容积 V o V w ／ [ 尸1 0 ． 7 1 5一 尸 2 0 ． 7 1 5 ]2 9 3 ． 2 6 L 。 9 结 语 济钢中厚板精轧机液压 AG C系统利用 当今 液压 、计算机领 域领先的技术 ，结合功 能齐全 的控制软件 ．较全面的实现了绝对和相对 A G C 的所有 功能 ，技术 可靠 、指标先进 。生产运行 以来 ，由于压下系统设 自动位置控制 A P C及板 厚 自动控制压下 AG C，可实现轧制状态下调整 辊缝 和轧辊 回松 。液压 AG C压下速度 为 2 9 ． 3 m l i l／ S 。保证成品板质量。设备运行安全稳定 ， 产 品质 量 明显 提 高 ，成 材 率 由 9 1 ． 2 ％ 提 高到 9 2 ％，因此可增加成品板产量 1 7 8 3 t ，每吨成 品 板 与废钢差价为 1 1 2 5元 ，可增加纯利润 2 2 2 9 万元 ．取得了良好的经济效益。 维普资讯