冷连轧机辊缝自动标定原理及应用
摘要：现代冷连轧机基础自动化控制中,液压辊缝控制(HGC)系统是最为复杂、技术含量最高、测量设备最为精密的系统之一。在轧机正常轧制带钢前,更换工作辊或支撑辊后使整个轧机的轧制线发生了改变,所以必须对轧机液压辊缝控制系统进行机架液压辊缝零点标定,通过标定可以获得轧制力、辊缝位置、辊缝倾斜的零点标准,只有获得以上3种变量的零点标准,轧机才能实现正常轧制时HGC系统的自动控制功能。
关键词：冷连轧；机辊缝自动标定；原理；分析
1导言
冷连轧机在目前的轧钢生产线中越来越多地得到了使用。鉴于冷连轧生产线的复杂性，在正常轧制之前一般都要进行模拟轧制。而模拟轧制过程中所需要的实际值很多，其中最主要的就是辊缝位置和轧制力实际值。这两个值在由现场传感器传送过来之前，需要由基础自动化系统模拟得出。一旦将这两个值确定下来，可以说已经解决了绝大部分的问题，基本上就可以在实际生产设备没有投入的情况下进行模拟轧制。下面就对辊缝位置和轧制力实际值的模拟方法分别进行介绍。
2辊缝位置实际值模拟
正常轧制时液压缸位置(辊缝位置)由位置传感器检测，但在实际的液压设备和位置传感器投入使用之前，为了检验位置控制器的控制性能，需要首先对位置实际值进行模拟，得到位置实际值与设定值的偏差，从而进行辊缝位置控制。控制器的伺服电流输出值经过漏电流积分补偿、阀蝶形特性补偿和油压补偿等环节后得到最后的伺服阀电流值，对该电流值进行积分限幅等环节后得到位置实际值。
3辊缝标定理论基础
轧机机架液压辊缝标定是建立在轧机弹跳方程的基础上。弹跳方程:h=S0+(P-P0)/K(1)式中,h为轧件出口厚度；S0为空载辊缝；P为轧制力；P0为影响辊缝的轧制力极限值；K为轧机刚度。轧件塑性线斜率为M,轧机弹性线斜率为K。轧制力在作用的过程中有一个从小到大的过程,对辊缝的影响会从大到小变化,在轧制力相对较小时,辊缝变化呈非线性,当轧制力达到P0时,辊缝变化开始呈线性趋势。而这种影响是通过轧制力作用在轧辊两端产生的,辊缝的非线性段计算方法如下:SP=CP×(P-P0)2(2)式中,SP为轧制力对辊缝的影响值；CP为轧制力对辊缝影响的补偿系数,当P>P0时,进入线性段后则CP为0。
4辊缝标定分析
4.1辊缝标定分类
辊缝标定可分为无带标定和有带标定,无(有)带标定是在机架内没有(有)带钢的情况下进行的标定。这两种标定过程存在很大差别,无带标定是对“零点”的校正,即辊缝标定必须达到设定的基准位置;而有带标定继承了无带标定的轧制力和辊缝基准值,标定的最终目标是达到原来的辊缝位置。通常在液压缸实际位置和位置计数器数值之间出现偏差时,必须进行无带标定;另外,如果更换支撑辊或位置计数器数据突然丢失(控制器复位、电源掉电或位置计数器失效导致),也应该进行无带标定。在轧机有带钢存在并且更换工作辊或中间辊重新调整水平轧制线后,应该进行有带标定。由于有带标定相对比较简单且原理与无带标定相同,因此本文仅介绍无带标定。
4.2无带标定过程
其中控制方式包括位置控制方式、轧制力控制方式、单轧制力控制方式和倾斜控制方式。自动标定过程是通过Siemens公司的TDC系统实现顺序控制,当标定条件满足时,可以在操作面
板或HMI中启动自动标定过程,然后通过SFC软件实现基本顺序控制功能,步骤之间转换条件收集和中断报警功能由CFC软件实现。系统对每一步执行过程都设有超时监控功能,一旦超时顺控过程会立即终止且系统恢复到自动标定之前的状态。
4.2.1轧制力标定过程
初始化自动标定参数过程中,将上次标定形成的相对轧制力修改为绝对轧制力,那就意味着已经考虑了辊重、轴承重和弯辊力等对轧制力的影响因素,完全依靠压力传感器检测轧制力数据。在轧制力和倾斜控制方式下,合辊缝到轧制力最小(1MN),保证此时上下工作辊恰好接触但却没有相互作用。
4.2.2辊缝位置标定过程
首先,将液压缸全部缩回,完全打开辊缝,同步位置计数器完成从相对位置到绝对位置的转换过程,将液压缸绝对位置置为150mm。液压缸的绝对位置SAbs是以液压缸上限位置为零点,液压缸释放到底位置为下限位置。根据工艺要求,零辊缝的选择采用两侧轧制力均达到5MN时的辊缝位置,所以作为轧机液压缸的相对位置SRel=0是在标定轧制力FR=10MN时产生的。因为机
架处于静止状态时合辊缝到较大的标定轧制力FR=10MN会损伤辊系,且机架处于动态过程会更接近轧机正常生产状态,所以实现标定轧制力FR=10MN应该在辊系正常喷射乳液润滑、轧机处于动态过程中完成。同时,考虑到在正常轧制带钢过程中会产生轧机弹性变形和轧件塑形变形,也只有在标定轧制力FR=10MN时产生的辊缝位置零点才会有效补偿以上两种变形带来的误差影响
4.2.3倾斜标定过程
在释放方式下将液压缸释放到底并同步位置计数器,由于传动侧和操作侧液压缸实际位置存在偏差,造成此时的倾斜值不为零,在同步位置计数器后会造成倾斜值清零,所以在同步之前必须记录此时实际倾斜值。当执行第4步时,选择位置和倾斜控制方式并将辊缝合到释放位置150mm之上5mm时,给调整倾斜值提供条件,同时对记录的实际倾斜值进行补偿,保证实际合辊缝时轧辊两侧完全处于水平状态。选择单轧制力控制方式且机架两侧同时合辊缝到接触轧制力时,将实际产生的倾斜值作为此时倾斜的设定值,同时打开辊缝5mm,开始标定轧制力零点。最后,在进行到喷射乳液轧机动态过程时,选择单轧制力控制方式,合辊缝使两侧轧制力达到标定轧制力FR=10MN(单侧为5MN),将实际绝对倾斜值作为倾斜设定值并存储数据,当两侧位置
计数器同时清零后,导致倾斜数值清零,此时将绝对倾斜值转化为相对倾斜值,完成倾斜零点标定。
5结论
总之，建立在轧机弹跳方程基础上的液压辊缝无带标定是冷连轧机能否正常工作的前提,只有机架通过无带标定所有步骤,才能真正到相对轧制力、辊缝位置和辊缝倾斜的零点标准。从而保证轧机的厚度控制精确执行。在无带标定时,除了以上分析的几项功能以外,还需对液压弯辊、窜辊、轧机主传动系统、乳液系统进行检验,保证轧制时轧机控制功能正常执行。轧机无带标定和有带标定都是建立在轧制线位置正确的基础上,只有计算出不同轧辊数据所对应的轧制线位置,才能计算出上下工作辊的正确接触位置。
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