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1.引言

在帶鋼熱連軋生產工藝過程中, 熱軋帶鋼的寬度控制長期以來一直是提高最終產品質量的主要目標之一。熱軋帶鋼的生產工藝希望軋后板寬沿其全長方向的寬度精度在允許的公差范圍之內。然而由于各種原因, 板寬會時常出現波動, 為補償板寬的這種波動, 要求自動化控制系統對于各種擾動能夠進行動態調節, 由此而產生了自動寬度控制。本文全面系統的介紹了熱軋粗軋機組自動寬度控制的控制系統原理圖, 可實現的程序框圖及控制策略。應用結果表明, 該方法能有效地控制產品寬度。

2　板寬變動的原因

如圖1 所示, 通過寬度儀紀錄下軋制過程中板坯寬度方向上的變化曲線, 可看出寬度變動的形成原因。

   2. 1頭尾端失寬
   隨著立輥軋機寬度壓下量的增大, 在幾十m長的帶鋼上, 頭尾部產生5 至幾十mm 的失寬, 其原因是頭尾部分和穩定軋制部分金屬在壓下時的流動不同而造成的。為了消除這一偏差在AWC系統中采用了“短行程控制(SSC) ”。
   2. 2頭部縮頸現象
   這是由于活套起套過程對帶鋼沖擊所造成的, 為了消除這一偏差, 應在活套控制中采用“軟接觸”技術。
   2. 3　水印現象
   在板坯長度方向上爐軌黑印處溫度低, 以致造成所謂“水印”, 軋制過程中將對寬度產生陡變影響,需要用AWC 系統中的前饋控制來克服。

2. 4　參數波動
   在各種工藝條件下, 因控制參數波動將造成全長方向上的寬度不均勻, 由于這種偏差變化較緩, 可采用AWC 系統中的軋制力反饋控制來克服。
  3　自動寬度控制系統
  自動寬度控制在系統設計上可從機械和自動化兩方面進行考慮。
   3 . 1　機械結構設計
   對于立輥軋機應設計成電動+ 液壓的系統,電動側調機構采用變頻調速系統驅動, 在每道次前進行立輥開口度設定, 而液壓伺服系統用于每道次軋制時動態寬度控制。在電機的出軸側裝有絕對編碼器用于測量位置反饋, 在每個伺服液壓
缸內裝有高精度的位移傳感器(例如: Sony 磁尺)用于動態控制時位置反饋。另外, 在伺服液壓缸和機座之間還設置有壓力傳感器, 用于測量軋制時的實測軋制力。圖2 給出了AWC 系統機械設備示意圖。

3. 2　自動化系統設計
    要實現對帶鋼寬度的自動控制需由過程控制機(L 2) 和基礎自動化控制器(L 1) 共同完成。圖3給出了有關寬度控制各項功能及其相互間關系的示意圖。自動寬度控制(AWC) 包括以下幾部分。

1) 頭部和尾部短行程控制(SSC)。其實質是在板坯到達立輥前熱金屬檢測器HMD ON 時, 液壓伺服機構先將開口度加大, 待板坯咬入后按PLC 內存儲的事前統計好的曲線, 將開口度收小, 并在尾部到來時, 逐步按存儲曲線加大開口度。

2) 軋制力控制(RFAWC)。板坯咬入立輥后延遲一短時間(以獲得正確的頭部信息) 后, 啟動RFAWC, 通過對軋制力的精確測量并控制其恒定來實現對板坯寬度的反饋控制。

3) 前饋控制(FFAWC)。對于某些變化較陡的寬度偏差(如水印低溫區) , 反饋控制效果較差,為此采用前饋控制來補償。為實現FFAWC, 需在立輥前設置測寬儀, 在某些偶道次軋制完后, 獲得實際寬度偏差分布, 而奇道次軋制時, 控制立輥開口度, 以補償寬度偏差。

4) 縮頸補償(N EC)。用來補償卷取機切換到張力控制時對帶鋼的沖擊(拉鋼) 所造成的縮頸(寬度變窄)。

5) 動態設定。是L 2 計算機跟據L 1 傳送的軋制時的實測參數, 對AWC 模型進行自學習, 并重新下達設定的方式。

3. 2. 1　頭部和尾部短行程控制(SSC)
  3. 2. 1. 1　控制方法

對帶頭和帶尾, 立輥輥縫根據對帶鋼頭尾的位置以及帶鋼長度的跟蹤來設定立輥的開口度,具體的對應關系如圖4 所示, PLC 控制器根據下列曲線查表可得到對應的開口度從而進行設定,再結合軋制力進行控制。短行程開度的計算在L 1基礎自動化中進行, 并通過帶頭和帶尾跟蹤信號觸發來進行。

3. 2. 1. 2　短行程控制實現
   根據圖5 的控制框圖編寫PLC 程序來實現立輥軋機的短行程控制。

3. 2. 2　軋制力控制(RFAWC)
    3. 2. 2. 1　控制方法
   RFAWC 本質上就是對立輥輥縫開度校準值的計算, 是基于軋制力偏差和輥縫開度偏差來求得的。

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置在立輥軋機前的測寬儀檢測入口寬度偏差, 求出立輥輥縫的校準值, 再對立輥的開口度進行前饋調節以提高出口寬度的均勻性。

3. 2. 2　動態設定
    為了提高設定精度, 利用水平可逆軋機后的測寬儀, 對倒數第二個奇道次軋制的板坯進行寬度實測, 利用此實測信息, 根據自學習模型, 重新計算末道次的立輥開口度, 以保證粗軋出口寬度的設定精度。
寬度控制中, 各項系數的確定要充分考慮由于立輥壓縮所造成的“狗骨頭”, 在接著進行的水平輥軋制時, 將產生“再展寬”的現象, 即水平輥的寬度要比一般寬度公式所計算的值要大, 這需要在現場收集大批數據加以統計, 以求得考慮“再展寬”的實用公式。

3. 2. 3　縮頸補償
縮頸(寬度變窄) 是由于精軋機組活套起套時對帶鋼沖擊以及卷取機咬入帶鋼后由速度控制切換到張力控制切換不當所造成的。縮頸補償控制的策略是根據精軋后測寬儀的實測值不斷地傳送到L 2 過程計算機, 通過模型的連續自學習而得到的補償值傳送到PLC 進行控制。其PLC 控制程序框圖如圖5所示。

4　結束語
    本文就帶鋼軋制過程中帶鋼寬度控制策略進行探討, 并結合研究和實踐給出了控制實現的方法。實踐表明,AWC 運行穩定可靠, 實現功能齊全, 寬度控制精度高, 用戶非常滿意。