冷連軋機輥縫自動標定原理及應用

　摘要：冷連軋機輥縫自動標定是液壓輥縫控制中精度要求最高的環(huán)節(jié)之一，2007年鞍鋼股份有限公司新建1 450 mm冷軋機采用德國Siemens公司TDC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了輥縫自動標定功能。作者從應用角度分析了軋機輥縫自動標定的分類與過程，闡述了軋機輥縫自動標定時，如何實現(xiàn)相對軋制力、輥縫位置、輥縫傾斜的零點標準，同時，對現(xiàn)場標定過程出現(xiàn)的典型故障進行分析并提出解決方法。實踐證明通過輥縫自動標定，可以提高軋機HGC精度，保證成品帶鋼的厚度要求。

　　關鍵詞：冷連軋;TDC自動控制;輥縫標定;軋制力控制

　　在軋機正常軋制帶鋼前，更換工作輥或支撐輥后使整個軋機的軋制線發(fā)生了改變，所以必須對軋機液壓輥縫控制系統(tǒng)進行機架液壓輥縫零點標定，通過標定可以獲得軋制力、輥縫位置、輥縫傾斜的零點標準，只有獲得以上3種變量的零點標準，軋機才能實現(xiàn)正常軋制時HGC系統(tǒng)的自動控制功能。可以說機架液壓輥縫標定是軋機進行液壓HGC不可或缺的前提，是實現(xiàn)冷連軋生產(chǎn)高精度成品的必要條件。本文立足于2007年鞍鋼股份有限公司新建1 450 mm冷連軋機調(diào)試實踐經(jīng)驗，針對其它生產(chǎn)線冷軋機輥縫自動標定過程進行完善與精簡，從輥縫自動標定的技術(shù)原理出發(fā)，介紹1 450 mm冷連軋機標定過程，為生產(chǎn)順行提供依據(jù)和保證。

　　1 輥縫標定理論基礎

　　軋機機架液壓輥縫標定是建立在軋機彈跳方程的基礎上。

　　彈跳方程：h=S0+(P-P )/K (1)

　　式中，h為軋件出口厚度;S0為空載輥縫;P為軋制力;P0為影響輥縫的軋制力極限值;K為軋機剛度。

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　　如圖1所示，軋件塑性線斜率為，軋機彈性線斜率為K。當某種因素影響軋件塑性線由B變化到時，為保證軋機出口帶鋼厚度h不變，需調(diào)整軋機輥縫△S，使軋機彈性線由A變化到A’。厚度控制的基本原理是：無論軋制過程如何變化，總使軋機彈性線A與塑性線B相交于等厚軋制線C0軋制力在作用的過程中有一個從小到大的過程，對輥縫的影響會從大到小變化，在軋制力相對較小時，輥縫變化呈非線性，當軋制力達到P0時，輥縫變化開始呈線性趨勢。而這種影響是通過軋制力作用在軋輥兩端產(chǎn)生的，輥縫的非線性段計算方法如下：

　　SP=CP×(P—P0) (2)

　　式中，s 為軋制力對輥縫的影響值;C 為軋制力對輥縫影響的補償系數(shù)，當P>P。時，進入線性段后則C 為0[3]。

　　通常在軋制前啟動輥縫標定功能，將軋輥按初始壓力P。壓靠到一定程度，并將此時的輥縫.s。確定為軋機調(diào)整的零輥縫。通過輥縫標定將圖1中曲線的非線性部分進行處理，把s 前面非線性段去除，實現(xiàn)在正常軋制時軋制力和輥縫之間的線性化。

　　2 輥縫標定測量系統(tǒng)與軋制線標定

　　2.1 輥縫標定測量系統(tǒng)

　　鞍鋼1 450 mm冷連軋機輥縫標定測量系統(tǒng)主要包括：液壓缸位置檢測和軋制力檢測系統(tǒng)。其中，液壓缸位置檢測元件主要采用日本Sony公司位置傳感器，該位置傳感器精度達到0.001 mm，可以精確檢測輥縫標定時液壓缸桿的具體位置。軋制力測量系統(tǒng)采用德國HYDAC公司的壓力傳感器，它利用液壓缸油腔將液壓油壓力傳遞給壓力傳感器，測量到的壓強與相應活塞面積相乘，得到實際軋制力，這種壓力傳感器工作穩(wěn)定，其精度完全滿足現(xiàn)場要求，被廣泛應用在輥縫標定軋制力測量系統(tǒng)中[3]。

　　2.2 軋制線標定

　　軋制線標定是輥縫標定的前提。軋機正常生產(chǎn)時，應保持一個穩(wěn)定不變的軋制線，使帶鋼始終處于同一水平高度進行軋制，但是更換機架軋輥以后則會影響軋制線的位置，因此需要重新調(diào)整軋制線到原定位置[5]。鞍鋼1 450 mm冷連軋機軋制線標定時，按照軋機各個部件數(shù)據(jù)計算軋制線的調(diào)整高度，其計算和調(diào)整過程通過Siemens公司的PCS7系統(tǒng)中S7實現(xiàn)，軋制線標定原理如圖2所示。

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　　為了準確控制軋制線調(diào)整精度，軋制線調(diào)整裝置采用梯形臺和精調(diào)斜楔組合來調(diào)整軋制線高度。其中梯形臺共有6級臺階，通常首階高度為40 mm，其余臺階高度為30 mm;精調(diào)斜楔的移行距離與高度調(diào)整量之比為20：1。

　　軋制線高度

　　Hpassline=H一(DBR/2+DIR+DWR)+△H (3)

　　式中，H為支撐輥軸承中心線到軋制線距離;DBR為支撐輥直徑;DIR為中間輥直徑;DWR為工作輥直徑;△H為輥徑偏差。

　　梯形臺水平調(diào)節(jié)量(粗調(diào))

　　Swedge =(Hpassline-H1)H0× 130 (4)

　　式中，H1為首階高度;H2為其余臺階高度;130 mm為臺階長度。

　　斜楔水平調(diào)節(jié)量(精調(diào))

　　Swedge =(Hpassline-Hplate )/tanθ’ (5)

　　式中，Hplate為梯形臺調(diào)整高度;tanθ’= 1/20為斜楔斜率。

　　軋制線調(diào)整的計算精度是輥縫標定能否成功的關鍵，通過軋制線的計算可以為軋機輥縫標定提供標尺和參照，從而保證軋機輥縫相對零點在同一水平線上。

　3 輥縫標定分析

　　3.1 輥縫標定分類

　　輥縫標定可分為無帶標定和有帶標定，無(有)帶標定是在機架內(nèi)沒有(有)帶鋼的情況下進行的標定。這兩種標定過程存在很大差別，無帶標定是對“零點”的校正，即輥縫標定必須達到設定的基準位置;而有帶標定繼承了無帶標定的軋制力和輥縫基準值，標定的最終目標是達到原來的輥縫位置[3]。通常在液壓缸實際位置和位置計數(shù)器數(shù)值之間出現(xiàn)偏差時，必須進行無帶標定;另外，如果更換支撐輥或位置計數(shù)器數(shù)據(jù)突然丟失(控制器復位、電源掉電或位置計數(shù)器失效導致)，也應該進行無帶標定。在軋機有帶鋼存在并且更換工作輥或中間輥重新調(diào)整水平軋制線后，應該進行有帶標定。由于有帶標定相對比較簡單且原理與無帶標定相同，因此本文僅介紹無帶標定。

　　3.2 無帶標定過程

　　鞍鋼1 450 mm冷連軋機無帶標定執(zhí)行順序見圖3，其中控制方式包括位置控制方式、軋制力控制方式、單軋制力控制方式和傾斜控制方式。啟動標定功能之前，需要滿足如下基本條件：軋機沒有快停信號和維護方式信號、位置計數(shù)器無報錯、HGC系統(tǒng)狀態(tài)OK、乳液系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)狀態(tài)OK。在無帶標定過程中，需要對HGC、彎輥控制、竄輥控制、乳液噴射控制、傳動控制等多方面因素進行檢查校準，完成相對軋制力、輥縫位置、輥縫傾斜的零點標定，最終找到正常軋制時HGC的零點標準。自動標定過程是通過Siemens公司的TDC系統(tǒng)實現(xiàn)順序控制，當標定條件滿足時，可以在操作面板或HMI中啟動自動標定過程，然后通過SFC軟件實現(xiàn)基本順序控制功能，步驟之間轉(zhuǎn)換條件收集和中斷報警功能由CFC軟件實現(xiàn)。系統(tǒng)對每一步執(zhí)行過程都設有超時監(jiān)控功能，一旦超時順控過程會立即終止且系統(tǒng)恢復到自動標定之前的狀態(tài)。前一步完成后，下一步包括它的連鎖條件就立即執(zhí)行，只有步驟之間的轉(zhuǎn)換條件全部滿足后，才能完成自動標定的全部過程。當完成全部標定過程后，說明軋機狀態(tài)正常，可以開始軋制，并將輥縫位置合到15 mm，為穿帶生產(chǎn)準備條件。

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