中厚板轧机电动及液压组合压下厚度控制系统.pdf

第3 5卷第 2期 2 0 1 3年 4月 甘肃冶金 GANS U METALL URGY Vo 1 ． 3 5 No ． 2 Ap r ．， 2 01 3 文章编号 1 6 7 2 - 4 4 6 1 2 0 1 3 0 2 0 1 0 8 -0 3 中厚板轧机 电动及 液压 组合压下厚度控制 系统 孙晓 东， 何成善 酒泉钢铁 集团 有限责任公司， 甘肃嘉峪关7 3 5 1 0 0 摘要 文章针对中厚板轧机电动及液压组合压下系统 ， 简述了轧制厚度控制技术概况； 分析了液压 H A G C系统； 描述了组合厚度控制实现的关键技术； 提出了辊缝测量常见问题及解决思路 ； 以产品质量检测数据为依据 ， 得出了 组合厚度控制系统能有效保障中厚板产品质量的结论。 关键词轧机 ； H A G C系统； 电动压下； 位置测量 中图分类号 T G 3 3 4 ． 9 3 文献标识码 B El e c t r i c a n d Hy d r a u l i c Co m b i n e d Thi c k n e s s Co n t r o l S y s t e m o f M e d i u m Th i c k n e s s Pl a t e M i U S UN Xi a o d o n g， HE Ch e n g s h a n J i u q u a n I r o n＆ S t e e l G r o u p C o ． L t d ． ， J i a y u g u a n 7 3 5 1 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t F o c u s i n g o n e l e c t r o me c h a n i c a l a n d h y d r a u l i c c o mb i n e d t h i c k n e s s c o n t r o l s y s t e m o f me d i u m p l a t e m i ll ， t h e p a p e r d e - s c ri b e s t h e g e n e r a l s i t u a t i o n o f t h i c k n e s s c o n t r o l t e c h n o l o g y ， an d an a l y s e s t h e h y dra u l i c H AG C s y s t e m，d e s c ri b e s t h e k e y t e c h n o l o gy of c o mb i n e d t h i c k n e s s c o n t r o l s y s t e m，a n d fi n a l l y p u t s f o r w a r d c o mmo n p r o b l e ms and s o l u t i o n s o f r o l l g a p me a s u r e me n t ． B a s e d o n p r o d u c t q u ali t y d a t a ，i t c o n c l u d e d t h a t c o mb i n e d t h i c k n e s s c o n t r o l s y s t e m C an e f f e c t i v e l y e n s u r e p r o d u c t qu a l i t y ． Ke y W o rd smi l l； HAGC s y s t e m ； e l e c t r o me c ha ni c a l s c r e wd o wn； po s i t i o n me a s u r e me n t 1 引言 中厚板轧制厚度控制技术的发展经历 了由粗到 精的过程 ， 从 电动机实现厚 度控制 的电动 A P C ， 发 展到液压压下厚度控制 A G C 。但是 ， 中厚板轧制厚 度变化较大 ， 成品轧件厚度变化范围不同， 单机架包 括双机架中厚板轧机的粗 轧机压下行程范围， 以某 中厚板轧机为例 为 4 ． 0～ 4 5 0 m m， 这么大的行程完 全依赖液压缸 ， 造成 油缸体积庞大、 压下效率低 、 受 机架窗 口高度限制等缺点。因此随着技术应用的成 熟 ， 中厚板轧机厚度控制逐步采用了电动 A P C与液 压 A G C组合 的控制方式。其 中， 电动 A P C完成压 下开度设定 ， 液压 A G C完成厚度精度控制。组合控 制系统实现了厚度控制系统在大行程压下工况下 ， 高效 、 高精度控制的特点。其中， 电动压下位置控制 精度 优 于 土 1 0 u m， 液 压 位 置 控 制 精 度 优 于 土 5 a m 内。 2 HAGC 系统 液压 H AG C系统是以液压油缸为执行机构 ， 对 有载辊缝进行 自动调节的 自动控制系统 ， 主要功能 是实现板厚 自动控制。轧机液压 H A G C系统可 以 完成多种控制功能 ， 系统包含一个进行厚度控制、 电 动压下控制 、 顺序逻辑和通讯 的标准处理器 A G C 处理器 ， 以及一个用 于液压缸 闭环位置控制 的高 速处理器 H G C处理 器 ， 通过高速 T C N e t 网络进 行不同处理器之间以及不同序列问数据的交换 。厚 度实时控制包括电动及液压位置控制 ， 电动压下位 置控制器位于 A G C处理器中， 运行周期优于2 0 ms ， 液压压下 控 制 器位 于 H G C处理 器 中， 控 制 周 期 2 ． 5 m s 。 以某公司液压压下为例 ， 液压位置闭环控制 系统如图 1所示。 3 电动 与液压组合厚度控制的实现 轧机辊缝是 由电动压下位置和液压压下位置共 同决定的。电动压下可大范 围调整轧机辊缝 ， 但 电 动压下存在压下速度慢 、 不能高精确定位 、 不能在 冲 击载荷下运行的缺点 ， 因此通 常用液压压下来提供 理想 的速度和精度校正。 第 2期 孙晓东， 等 中厚板轧机电动及液压组合压下厚度控制系统 1 0 9 图 1 液压位置 闭环控 制系统 3 ． 1 电动压下位置控制 电动压下位置控制通过发送速度信号到每个 电 机来实现 。由于操纵侧和驱动侧 电动压下系统通过 机械连接来实现 同步， 因此 作为一个单 体来控制 。 电动压下不能负载操作 ， 因此要通过精密 的顺序逻 辑控制来避免 ， 特别是在 轧机调零 和弹跳测试 中。 在检测电动压下位置时， 为避免机械间隙的干扰 ， 目 标位置通常按上端通过逐渐逼近的方式计算 。 电动压下 以最大加速度上升 和回零 ， 以缩短上 升和回零时间。准确的减速速率可通过速度与定位 误差平方根成正 比来计算。为将 电动压下下压时 ， 因负载而抱死 的概率最小化 ， 当检测 到轧制力高于 设定值时， 下压会立刻停止 。 3 ． 2 液压 控制 液压压下控制器包括一个标准 比例微分反馈控 制器 ， 提供实时命令信号给伺服阀来控制液压缸 ， 每 个液压缸使用两个伺服阀控制 ， 伺服阀采用溢 出控 制技术 ， 保障最大的位置准确性和最快的速度响应。 控制系统包括如下补偿及修正控制环节 ， 保 障位置 控 制精 度 。 1 支撑辊油膜补偿 支撑辊负载面油膜厚度进 行动态估算 ， 并用于补偿油缸 目标位置 。其 中， 油膜 厚度是作为轧制力和轧制速度的函数来估算的。 2 测厚仪修正 测厚仪用来估算和修正 与温度 变化相关的材料硬度引起 的钢板厚度误差 。如果钢 板硬度增大 ， 轧制力与轧机弹跳也随之增大 ， 导致产 品出口厚度增加 。厚度误差通过总轧制力与平均压 下位置与参照值 的偏差来计算。参照值是轧机控制 系统的设定值 ， 或钢板前端选定点上 的测量值。前 者被称为“ 绝对测厚仪 ” ， 后者称为“ 跟踪测 厚仪” 。 由于后者避免了在轧制参数设定不准确时的潜在头 尾诱发载荷变化 ， 因此常常选择后者。 3 电动压下位置修正 当轧机进行道次设定时 ， 首先设定 电动压下 位置 ， 必 要时设定 液压缸位 置。 由于电动压下定位精度没有液压缸定位精度高 ， 因 此通过调整液压缸参数来 修正 电动压下 的位 置误 差 。这些调整是动态 的， 以便 自动修正 电动压下位 置因滑动引起的误差。 4 自动调整 在道次轧制中任何的钢板横 向不 对称 ， 都会导致钢板产生弯 曲或 凹凸。因此每一个 液压缸都采用 了基于检测轧制力变化的微分校正功 能 ， 该功能带有严重 的死 区， 调整速度相对较慢 ， 实 际操作 中通过手动来实现。 4 位置检测常见问题及处理 位置检测是组合 压下控制技术 的关键技术 ， 而 传感器则是辊缝位置测量的关键。通常磁尺位置传 感器安装在一个特殊 设计 的壳体里 ， 用 螺栓 固定在 缸筒壁 ， 通过与钢制塔盘 的接触来 测定油缸活塞 的 位置 ， 塔盘用螺栓 固定 在油缸活塞顶 面。弹簧安装 在传感器壳体里， 用来保持测量杆和塔盘圆周外缘 的接触。传感器产生高速脉冲跟踪信号响应位置的 变化。位置变化越快 ， 需要被计数的跟踪脉冲频率 越 高。通 常 ， 液 压 系 统 提 供 的 最 大 移 动 速 度 2 0 m m ／ s 。 那么磁尺传感器跟 踪速度就要 超过该 速 度 ， 否则传感器将丧失对真实位置 的跟踪 。根据 文 献 ， 传感器位置检测 的误差会达到 2 m m， 远远高 于 钢板凸度误差小于 5 u m的要求 。 4 ． 1 传感器位置测量常见问题 传感器测量误差发生在辊缝位置高频率变化工 况 ， 这种工况是 由于咬钢或抛钢时轧制力及相应 轧 机弹跳的变化产生的， 可用 d F ／ d t 值 单位时间 内轧 制力的变化 来 描述 ， 根据文献 在轧机 咬钢 和抛 钢 时 d F ／ d t 值达到 5 0 0 t ／ ms ， 更高的 d F ／ d t 值导致更高 的传感器测量误差概率。 此外 ， 传感器测量杆 的惯量 以及与塔盘接触 的 末端装配质量对测量误差影响巨大。这是由于传感 器组成 的弹簧系统有其 固有频率 ， 这个频率接近或 低于塔盘的固有频率将导致传感器测量杆与塔盘失 去接触 ， 导致在辊缝位置读取时 的暂时误 差。末端 装配质量会增加传感器测量杆与塔盘未接触的测量 误 差 。 ● 越髀避瑶 E 呲 G s 脚 2 6 ．c o m l 1 0 甘肃冶金 第 3 5卷 4 ． 2 传感器跟踪频率及塔盘设计要求 为适应更高的轧制速度 ， 传感器跟踪频率需显 著提高 ， 在设计选型时要保障传感器 足够 的跟踪脉 冲频率以适应轧制速度的提高。 轧机咬钢时由于塔盘惯性作用 ， 将对塔盘产生 一 个冲击力 ， 此时塔 盘刚度和有效质量决定位置监 测点上塔盘的初始变形 ， 有效质量与刚度也决定 了 塔盘振动的固有频率。随着轧制 力的增大 ， 通过轧 机组件传递的负载引起 的弹性变形增大 ， 加速 了支 撑辊及 HG C组件垂直方 向的加速度 ， 传递至相连的 塔盘， 惯性作用引起塔盘偏转。在钢板完全穿入辊 缝后 ， 活塞到达新的平衡位置后停止移动 ， 塔盘就像 一 个承受轻 微阻尼振动并 具有初始偏转 的弹簧系 统 ， 因此 ， 塔盘的设计必须尽量减小振动质量， 同时 采取措施提高刚度 ， 能使塔盘偏转相应变小。 4 ． 3 传感器弹簧设计要求 传感器壳体是为了确保 内置弹簧具有足够弹簧 力来维持测量杆与底 座的接触 ， 即使在高的加速度 工况下。杆组件惯性力必须通过弹簧力来克服 ， 惯 性力与杆组件质量和塔盘相对于触点上液压缸壁最 大加速度之积成正比。 通常 ， 塔盘相对于油缸缸壁 的最大加速度产生 在振动瞬时变化时 ， 而不是在钢板进入辊缝造成 冲 击时 ， 其 中塔盘最大加速度估算值可 以用峰值振幅 乘 以振动角频率 的平方来计算 。根据理论计算 ， 弹 簧力需要一个安全临界值来维持传感器与底座的接 触 。在设计时应尽量提高弹簧力 ， 用于降低在更高 轧制速度 、 更大测量杆组件惯性力及塔盘加速度下 塔盘与传感器分离的风险。例如某钢厂使用的传感 器测量杆组件质量约为 0 ． 4 5 k g ， 设计 的完全压缩弹 簧所需的最大力为 2 8 2 N， 最小预紧力为 1 0 2 N 。在 消除塔盘与传感器分离风险的同时 ， 提供了缓 冲弹 簧长期蠕变、 弹簧刚度下降带来 的风险。 5 结语 尽管 H A G C系统具有 自动修正功能， 但其对如 板材加热 、 操作者技术水平及 轧机工况等因素 的依 赖性仍很强， 这些都超出了设计者的控制范畴。但 电动与液压组合厚度控制系统 由于其产品质量的可 靠性被广泛应用 ， 也成为中厚板轧机厚度控制系统 改造的重点。根据数据分析 ， 电动与液压组合厚度 控制系统能有效保障中厚板凸度及厚度偏差等产品 质量验收标准 ， 表 1 、 2是某钢 厂产品厚度偏差及凸 度数据。 表 1 板 材厚度偏 差性 能表 参考文献 [ 1 ] 宋晓波， 杨明， 李频． 鞍钢中板厂 2 3 5 0 mm四辊轧 机压下 自动控制系统[ J ] ． 一重技术， 2 0 0 0 3 ． [ 2 ] 怀猛． 四辊轧机辊缝控制系统液压变参数问题的研 究[ D ] ． 武汉科技大学， 2 0 0 7 ． [ 3 ] 范玉涛． 基于 P I D神经 网络 的液压 A G C辊缝 控制 [ D] ． 哈尔滨理工大学， 2 0 1 0 ． [ 4 ] 张景进． 中厚板生产[ M] ． 北京 冶金工业 出版社， 2 0 0 5 ． 收稿 日期 2 0 1 2 1 2 - 2 7 作者简 介 孙晓东 1 9 7 1 一 ， 男 ， 陕西渭 南人 ， 工程 师。主要从事 冶金 自动化 、 计算机控制方面的研究工作 。 上接 第 1 0 2页 放去 向、 立标情况 、 污染治理设施运行情况等。项 目 所有排气筒均需设置采样孔及采样平台 ， 满足 日常 监测的需要 ， 采样孔及采样平 台的设 置要符 合 固 定污染源排气 中颗粒物测定气态污染物采样方法 G B ／ T I 6 1 5 7 1 9 9 6 要求 ； 有组织排放的废气的排气 筒符合 大气污染物综合排放标准 G B 1 4 7 6 8 1 9 9 6 的要求 ， 锅炉房烟囱高度符合 锅炉大气污染 物排放标准的要求 。通 过严 格的管理和监测 ， 可 有效控制污染物的排放 ， 防止污染。 5 结语 随着大气污染标准的 日趋严格 以及电线电缆行 业的发展 ， 其工艺废气的治理将引起更加广泛的关 注 ， 增加技术储备 ， 推进清洁生产工艺 ， 严格环境管 理与监测 ， 从而控制工艺废气的排放 ， 不仅能减轻大 气污染 ， 提高产品质量 ， 而且对电线 电缆行业发展具 有长远 的意义。 参考文献 [ 1 ] 徐志毅． 环境保护技术和设备[ M] ． 上海． 上海交通大 学出版社． 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 4 2 0 厶 鲤 E L m 悯aitG S L Y JL 12 6 ；一c o rn