厚板主轧机液压AGC控制系统浅析.pdf

使用与维护 第3 2 卷2 0 1 4 年第3 期 总第 1 7 1 期 厚板主轧机液压A GC控制系统浅析 田兆海耿紊荣 鞍钢建设集团有限公司机电分公司 鞍钢附企供电安装公司 鞍山 1 4 0 1 0 【 摘要】 介绍了鞍钢厚板厂主轧机液压A G Cq V2 制系统的组成、 控制原理及 系统调试， 经实际生产考验， 控制 性能稳定 ， 达到 了预 期效果。 【 关键词】 液压A G C压力传感器C P C 定位控制 An a l y s i s o f Hy d r a u l i c AGC Co n t r o l S y s t e m f o r He a v y P l a t e M a i n Ro l l i n g M i l l T I AN Z h a o - h a i ， G ENG S u - r o n g Me c h a n i c a l a n dE l e t r i c al C o m p a n y o f A n s t e e l C o n s t r u c H o n G r o u p C o ． ， L t d ． ， A n g a n g S u b s i d i a r y E n t e r p r i s e P o w e r S u p p l y I n s t a l l a t i o n Co． A n s h a n 1 4 0 1 0 【 A b s t r a c t 】P r e s e n t t h e c o m p o s i t i o n ， c o n tr o l p r i n c ip l e a n d c o m m i s s i o n i n g o f h y d r a u l i c A G C c o n t r o l s y s t e m i n t h e ma i n r o l l i n g mi l l o f An s t e e l h e a v y p l a t e p l a n t ，a n d d e s c r i b e t h e d a t a u s e d f o r s e t t i n g p a r a me t e r s ．T h e p r a c t i c a l p r o d u c t i o n t e s t s h o ws t h a t t h e c o n t r o l p e r f o r ma n c e i s s t a b l e ，a n d d e s i r e d e f f e e t i s a c hi e v e d ． 【 K e y w o r d s ] H y d r a u l i c A G C ， p r e s s u r e s e n s o r ， C P C p o s i t i o n i n g c o n t r o l 1 前 言 鞍钢厚板厂主轧机压下系统由两部分组成 一 部分是轧前辊缝预制系统， 即位置控制系统， 由 压下 电动机驱动调节 ， 称之为电动 A P C； 另一部分 为轧制过程的板厚控制系统， 完成在板坯咬入轧 辊后 ， 轧制过程中的板厚 自动控制 ， 是一个 液压伺 服系统， 称之为液压A G C 。 轧 机在轧制过程 中， 由于轧辊热胀 、 偏心 、 机 架弹性变形、 轧件温度不均等原因将导致板厚偏 差 。为了消除板厚偏 差 ， 板厚 自动控制采用 了液 压A G C系统， 其具有调节精度高， 响应速度快等优 点， 可以使成品板厚偏差控制在0 ．2 m m以内。 2 液压A GC控制系统的构成 厚板厂的液压 A G C控制系统主要 由压下控制 装置 P U C 、 伺服阀 、 油缸 、 磁尺 、 及压力传感器等 部分组成 见图 1 ； 其中P U C 是该系统的核心部 分， 主要由以下单元组成 1 A 3 A P L C 控制系统 具有逻辑控制、 安全 保护 、 参数设定及各种数据采集 、 传送、 运算存储 等功能。 2 C P C 定位控制系统 可完成油压压下缸油 图1 液压AG C控制系统 1 一伺服 阀； 2 一 高压油泵 ； 3 一循环 油泵； 4 一急速开 关安全 阀； 5 一 油压压下缸 ； 6 一 荷重传 感器 柱 的位置控 制。整个系统为双环控制系统 内环 为流量环， 外环为油柱位置环。 3 压力 A G C单元 配有 M5 微处理 机进行数 据传送处理。根据检测轧制力的变化量 A p， 计算 出辊缝的变化量 ,A S， 对设定值进行补偿， 实现压 力A G C 补偿控制。 4 H ／ U 硬件控制单元 主要功能是进行荷重 比较及计算、 信号极性变换 、 单位变换、 信号放大 及各种控制手段的实现等。 一 5 一 第3 2 卷2 0 1 4 年第3 期 总第1 7 1 期 使用与维护 5 S A F 安全 回路单元 用于检查油缸油柱 的 极限及轧制荷重极限， 处理磁尺报警， 并且当系统 发生重大故障时， 能快速打开单项安全阀。 6 监控单元 进行各种故障报警显示及复 位 ， 显示油缸油柱 位置 、 伺服 阀位 置 、 轧制荷重 。 调试 时 ， 还可 以通过此单元测试点进行各种信号 的检测 。 3 液压A GC控制系统原理分析 液压A G C 控制系统主要是由C P C 定位控制 和压力 A G C补偿控制组成的一个 比较复杂 的控 制系统 见图 2 。 L - _ _ 厂] I 磐 j蠹 呈 轧 荷 i 一 j 图2 液压A GC控制系统原理 3 ． 1 CP C定位 控制 当前馈A G C 、 压力A G C 不介入控制时， 板厚控 制只是一个简单的定位控制系统 ， 即只有 C P C 进 行油缸油柱的位置控制 。 当C P C单元输入 由磁尺检测出的油缸油柱位 置脉冲信号后 ， 计算出实际值， 并将其值与油缸油 柱设定值进行比较， 求出偏差， 然后进行环路增益 修正， 再进行流量增益修正。修正后的值即为开 度 指令 ， 送至 伺 服放 大部 分作 为流 量环 的给 定 值。由差动变压器检测到的实际开度值后进行比 较求 出偏 差 ， 再进行修正 ， 最后输 至驱动伺服 阀。 此时油缸油柱发生变化， 直到达到设定值， 即辊缝 的设定值 。 3 ． 2压 力 A GC 根据轧制理论， 轧制过程中存在轧件塑性变 形及轧机弹性辊跳， 因此， 轧制力的变化将引起轧 机辊缝的变化， 从而使出口板厚发生变化。将轧 一 6 一 机弹性辊跳变化进行线性处理后， 轧机弹性变形 的方程式 hS0 尸R M 式中 h 出口板厚／ mm； s 。 无载时轧辊间隙／ m m； P 轧制压力／ k N； 轧机常数。 根据上式 ， 可以通过轧制力变化间接地检测 到出 口板厚的变化 A h A p ； 液压伺服系统 根据厚度变化量来调整辊缝 ， 这就是压力 A G C的 基本原理 见图3 。 顺 件 I 单元 l荷 重 锁定中 l 控制指令 锁定指令 保持中I l 顺序控制器A 3 A I 图3 压力A G C 控制系统 当轧制中因温度变化 、 钢板变形及抗力增大 时， 则板厚可能增加 ， 这时由压力传感器检测的压 力信号增大， 与锁定的压力基准值 比较产生偏差 A P ， 此偏差乘以 l ／ 即为辊缝变化量 △ ．s 。将 此变化量送人C P C 位置控制系统作为压下系统的 补偿控制量， 来改变液压缸油柱的位置， 使压下量 加大 ， 以纠正出口厚度偏差 A h， 从而实现了板厚 的 自动控制。 4 液压 A GC控制系统调试 4 ． 1 伺服装置的单体调整 本项调试的主要 目的是对用于伺服阀开度位 置检测的差动变压器 L V D T 的励磁电压和频率进 行调整 ， 以及进行调制回路输出电压值的调整和 极性确认。其 中， 励磁电压为 1 6 V； 励磁频率为 2 k H z ； 调制回路输出电压2 V 。 4 ． 2 磁尺调整 磁尺的调整精度将直接影响辊缝及油柱检测 值的准确性， 进而影响液压A G C 控制系统的控制 使用与维护 第3 2 卷2 0 1 4 年第3 期 总第1 7 1 期 精 度 。利用示波器对磁 尺信号 P 波形进行平衡 调整、 增益调整及相位调整， 然后对其计数方向进 行确定 。 4 ． 3 安 全 回路 的调试 安全回路是确保A G C 控制系统安全可靠运行 的有效措施 ， 主要进行表 l 所示内容的调试。首先 要对荷重极限、 油柱极限的电压值进行设定； 最后 对表1 的各保护内容逐一进行实际动作试验。 表 1 安全回路调试内容 故障原因 轻故障 重故障 急速上 伺服阀 A G C 荷重盘 显示 显示升阀开全开 中止 电源 显示 注 1 荷 重 极 限 因最 大荷 重 为 3 0 0 0 t ／ 1 0 V ， 故 荷 重 第一 极 限为2 2 5 0 t ／ 7 ． 5 V； 荷重第二极限为 2 5 0 0 t ／ 8 ．3 V。 2 油 柱极 限 因 油缸 行 程 为 2 0 mm／ 8 V。 故 油 柱 第一 极 限 为 2 0 mm／ 8 V； 油柱 第二极 限为2 1 mm／ 8 ．4 V。 4 ． 4 伺服 阀响应调整 首先设定传动侧和工作侧油柱位置， 同时输 入0 ． 1 m m阶跃信号 ， 利用笔录仪观察记录伺服阀 的响应波形 ， 并且通过调整先导阀电流增益 小环 路增益 直至获得最佳响应波形。其 中 工作侧 ws 电流增益为9 ．8 ； 传动侧 D S 电流增益为8 。 4 ． 5油压压 下缸 响 应调 整 在定 位控制 时 ， WS ， D S两侧 同时输入 0 ． 1 mm 油柱阶跃指令 伺服阀开度达到饱和程度 ， 利用 笔录仪观察记录油缸油柱响应曲线波形， 并且通 过调整 C P C 单元的环路增益， 使其波形参数在允 许范围之内， 即响应时间为 5 0 ～ 7 0 m s ； 死区时间为 1 5 ～ 2 0 m s ； 超调量小于5 m； 工作侧 WS 环路增 益为3 ．0 ； 传动侧 D S 环路增益为4 ．5 。 ’ 4 ． 6 轧机 常数 的测定 从2 0 0 t 开始， 以2 0 0 d s 的速度连续升至3 5 0 0 t ， 然后再降回2 0 0 t ， 利用笔录仪记录出辊缝随荷重变 化的关系曲线 见图4 ， 通过此曲线便可算出轧机 常数 。通 过计 算 ， 本轧 机 的轧 机常 数为 K M S ／ S P 5 7 0 ff m m。此轧机常数即为固有轧机 常数。最后将算出的轧机常数存入A 3 A P L C 的数 据寄存器 D 6 3 8 中。 图4 辊缝随荷重变化关系曲线 4 ． 7压 力 AG C投 入调 试 各单元调试工作结束后 ， 进行轧机过钢负载 运行， 投入压力A G C 。轧机在咬钢之后， 系统投入 板厚 自动控制 ， 利用笔录仪记录出系统调节过程 曲线 见图5 。 和荷重 6 8 0 0 t ／ l O V WS 油柱 2 5 mm／ 1 0 V B I S RA AGC 2．0 4 7 ram／ 1 0 V ws 偏差 1 m m ／ 1 0 V D S 偏 差 l mm／ 1 0 V ws 伺服 阀开度 1 0 0 ％， 1 0 V D S 伺服阀开度 1 0 0 ％， 1 0V ／ 八 一 ] 一⋯一 H ⋯ 一 。＼ 一～ l 、 、 ～、 一一一 ～ 、 。 ～ 一 ⋯ 、 V 图5 系统调节过程曲线 [ 下转第1 0 页] 一 7一 第3 2 卷2 o 1 4 3 期 总第 1 7 1 期 使用与维护 正 常水位 图4 改进后溢流槽结构示意 壁旋转上升的烟气气流的直接冲击。 3 ． 2 引风机叶轮的改进 根据国外有关资料和国内排尘专用风机的特 点 ， 将引风机叶轮改成新型缝隙吹风式结构 ， 如图 5 所示。 矧 ＼ ＼ ／ 、 ＼ 图5 新型缝隙吹风式叶轮结构示意 ； ； [ 上接第7 页] 5 结束语 液压A G C控制系统是板厚 自动控制方法之 一 ，它具有调节精度高、 响应速度快等优点， 现已 被广泛采用。该系统是一个 比较复杂的控制系 统， 为此 ， 在调试前进行了精心的准备工作 ， 认真 一 1 O一 在叶轮的长短叶片之间， 保留一较小缝隙， 紧 靠长叶片工作面上的一层强气流， 沿着缝隙吹向 短叶片的非工作面， 由于这股强气流的冲刷作用， 破坏 了短叶片背 面的积灰条件 ， 这样微小粉尘细 末不再粘附在 叶片的非工作面上 ， 保证 了叶轮 的 正常平稳运转。同时， 由于这股气流的作用 ， 改变 了靠近叶片非工作面部分的气体流动状态 ， 避免 了在此区域产生二次气流， 使整个流道内的流场 分布趋于均匀 ， 这样对吸风机的气动特性有所改 善。 根据资料介绍长短叶片之间的缝隙宽度为 0 ． 0 1 6 0 ． 0 2 D、 叶片的重合度为 0 ． 0 2 5 0 ． 0 3 D、 长叶片的外径为 0 ． 7 ～ 0 ． 7 2 D时 D为叶轮直径 ， 气流冲刷效果较好 ， 试验证明 ， 在风机其他参数不 变的情况下 ， 采用缝隙吹风式 叶轮结构 ， 可 比原单 板叶片提高效率1 ．5 ％ ～ 2 ％。 4结语 1 通过 叶轮内气流流场的分析 ， 指 出了粉尘 为何只粘附在叶轮叶片的非工作面上， 特别是粘 附在叶轮非工作面的前缘和后缘区域。 2 指出了烟气粉尘的沉降机理惯性碰 撞。 3 造成引风机积灰的主要影响因素是烟气 的含尘浓度和烟气的含湿量。 4 通过对除尘器的改进， 有效地降低了烟气 的含尘浓度和烟气的湿度。除尘后 的烟气 的含尘 量小于0 ． 6 g ／ m 。 5 采用新型缝隙吹风式叶轮结构， 破坏和减 弱了尘粒在引风机叶轮叶片上的聚积作用 ， 提高 了风机使用效率， 延长了风机使用寿命。 2 0 1 3 0 7 0 3 收稿 才 石 蛉 ； 研究工艺和控制原理。在调试中也遇到了诸多问 题 ， 经过反复调整修改， 使问题都得以圆满解决。 该系统经生产实际运行考核， 控制性能稳定， 能够 满足生产工艺要求， 达到了预期的效果。 2 0 1 3 0 5 -1 3 收稿