馬德平，陳利東（天津鞍鋼天鐵冷軋薄板有限公司，天津300400）

0 引言

隨著我國鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，鋼鐵市場的競爭越來越激烈，提高帶鋼質(zhì)量、檔次及自動化水平、降低成本，成為各個鋼鐵企業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)。彎輥竄輥系統(tǒng)對帶鋼板型調(diào)整修復(fù)起到關(guān)鍵性作用，能夠避免帶鋼表面出現(xiàn)板型波動，在軋制過程中起到微調(diào)節(jié)作用。我公司對彎輥和竄輥系統(tǒng)主要通過TDC（TDC工業(yè)控制系統(tǒng)是西門子公司SIMADYN D的升級換代產(chǎn)品，也是一種多處理器并行遠(yuǎn)行的控制系統(tǒng)）進(jìn)行控制。TDC在整個自動化系統(tǒng)中起到承上啟下的作用，實現(xiàn)彎輥竄輥系統(tǒng)模擬量信號的閉環(huán)控制。彎輥竄輥系統(tǒng)的應(yīng)用應(yīng)充分考慮到冷軋薄板軋制過程的完整性和配套的合理性，滿足生產(chǎn)工藝的要求，降低成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量及自動化水平，同時保持系統(tǒng)的先進(jìn)性。

1 概述

技術(shù)設(shè)備包括：楔形調(diào)整系統(tǒng)、上支撐輥平衡系統(tǒng)、中間輥和工作輥平衡，以及彎輥和中間輥竄輥。

以上設(shè)備既可以通過第1～第5機(jī)架的控制面板操作，又可以通過軋機(jī)主操作臺控制，且可以在手動或維護(hù)模式下發(fā)揮HMI功能。在維護(hù)模式下，通過第1～第5機(jī)架的控制面板來進(jìn)行CVC竄輥。在自動模式下，設(shè)備根據(jù)軋制計劃順序執(zhí)行。該順序可以被軋機(jī)機(jī)架操作面板或主操作面板觸發(fā)。

2 楔形調(diào)整系統(tǒng)

楔形調(diào)整系統(tǒng)見圖1。

圖1 楔形調(diào)整系統(tǒng)圖

楔形調(diào)整設(shè)備位于機(jī)架的底部，主要具有以下功能：

（1）移動底輥到各自的換輥位置，換輥時將底輥降到最低位置。

（2）換輥完成后，根據(jù)底輥直徑的函數(shù)調(diào)節(jié)以得到恒定的軋制線。

調(diào)整可通過液壓驅(qū)動可水平移動的楔形實現(xiàn)。在楔形基座上移動，該基座在安裝在可移動楔形的下部。楔形的水平位置通過安裝在液壓缸上的位置傳感器測量。根據(jù)楔形的斜坡、已知輥?zhàn)拥闹睆郊暗撞?個輥（bottom roll stack），可在垂直方向上保持一條恒定的軋制線。由于使用了絕對值傳感器，無需其他額外的校驗。每個液壓缸都有夾頭，用于保持楔形的位置。在楔形移動之前，夾持裝置自動釋放；楔形停止后，應(yīng)用夾持裝置，保持液壓缸（楔形）的位置。位置控制器用來控制從最低位置（換輥位置）到軋制線的提升，控制從軋制線到最低位置的下降。根據(jù)不同情況下輥?zhàn)又睆降暮瘮?shù)，計算出所需要的軋制線的調(diào)整距離。當(dāng)楔形到達(dá)了極限位置或水平原始位置，在停止時鎖緊夾持裝置。調(diào)整的全部距離（沖程），定義以底部工作輥、中間輥和支撐輥都為最大直徑時的軋制線位置為0位置。指示器的值是底部工作輥（最大直徑-實際直徑）、底部中間輥（最大直徑-實際直徑），以及1/2底部支撐輥（最大直徑-實際直徑）的總和，因此操作人員可以較容易地控制軋制線的位置。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)值時，則表示處于換輥位置。通過預(yù)先選擇維護(hù)模式，可確保楔形調(diào)整在手動模式下進(jìn)行。對于底部工作輥、中間輥和支撐輥直徑輸入值的檢測，可通過兩個限位開關(guān)來監(jiān)測底部輥組（3個輥?zhàn)釉谝黄穑┑奈恢?。隨著楔形塊將底部輥組（bottom roll stack）提升，一旦底部工作輥從軌道梁上提升，會立刻觸發(fā)限位開關(guān)，指示楔形塊調(diào)整系統(tǒng)已經(jīng)移動了足夠長的距離，需使HGC液壓缸下降。當(dāng)限位開關(guān)被觸發(fā)時，限位開關(guān)通過比較實際楔形位置和預(yù)設(shè)定的楔形位置來執(zhí)行直徑監(jiān)測。

輥?zhàn)又睆捷斎胝_與否也是由HGC調(diào)整系統(tǒng)監(jiān)測的。通過比較預(yù)期的行程長度，如果監(jiān)測功能作出反應(yīng)，發(fā)出“通過線錯誤”并顯示，無法作出相應(yīng)的調(diào)整。

3 支撐輥平衡

支撐輥平衡的作用是配平和提升/下降頂部支撐輥。

3.1 校驗?zāi)Ｊ?/h3>

在軋制過程中，通過壓力控制平衡輥?zhàn)拥闹亓?，以確保頂部支撐輥和HGC液壓缸之間的有效接觸。配平通過活塞側(cè)配平液壓缸的壓力控制來實現(xiàn)。伺服閥壓力控制器配有壓力傳感器，用來測量由平衡液壓缸產(chǎn)生的實際向上的壓力。該壓力值用來補(bǔ)償計算出的輥?zhàn)拥姆至蚜Α?/p>

3.2 控制模式

在換輥操作中，提升和降低底部支撐輥，操作側(cè)與傳動側(cè)之間的同步，是通過每側(cè)單獨(dú)的液壓閥設(shè)定流量來控制的。用于下降的較高桿側(cè)壓力與用于軋制的較低壓力，是通過配平液壓缸來進(jìn)行壓力轉(zhuǎn)換的。通過預(yù)先選擇“軋制操作啟動”來進(jìn)行校驗?zāi)Ｊ降那袚Q。通過選擇“工作輥或支撐輥換輥啟動”來進(jìn)行控制模式的切換。

對于換輥，通過預(yù)先選擇“工作輥/支撐輥換輥開啟”來讓支撐輥上升/下降系統(tǒng)提升。上支撐輥保持與HGC液壓缸的接觸，與液壓調(diào)整系統(tǒng)一起移動到最頂部位置。當(dāng)頂部支撐輥完全提升之后，在支撐輥和工作輥中建立起輥縫。支撐輥?zhàn)铐敹说奈恢帽唤咏_關(guān)監(jiān)測。如果更換支撐輥，配平系統(tǒng)會完全降低，在工作輥移出后，將支撐輥的楔形墊放到支撐輥換輥裝置上。配平系統(tǒng)繼續(xù)下降，使配平液壓缸處在收縮狀態(tài)，并且保證配平液壓缸和支撐輥楔形墊的潔凈。

4 中間輥和工作輥彎輥系統(tǒng)

彎輥的控制原理見圖2。

中間輥和工作輥的正/負(fù)彎輥的平衡：

圖2 彎輥的控制原理

4.1 在校驗?zāi)Ｊ较?/h3>

在軋制過程中，通過壓力控制來平衡輥的重量，確保各個輥?zhàn)又g的接觸。（WR->IR->BUR）在軋制過程中通過正負(fù)彎輥力的調(diào)整來設(shè)定輥縫的屬性。彎輥力的調(diào)整通過控制壓力來實現(xiàn)。

傳動和操作側(cè)的正負(fù)彎輥是以總壓力（壓下力）控制的形式體現(xiàn)的，如壓力在傳動和操作側(cè)的彎輥缸的齒輪和桿側(cè)的值。在齒輪和桿側(cè)的壓力監(jiān)測對傳動和操作側(cè)彎輥系統(tǒng)的動作都有影響。傳動和操作側(cè)的平均值被看作是實際的彎輥力。

在軋制過程中，根據(jù)產(chǎn)品的要求來控制正負(fù)彎輥。該正負(fù)參考值有一個最小值的限制，以保證軋制過程中輥?zhàn)涌偸怯行Ы佑|的。輥?zhàn)訌澼伭Φ南拗埔揽颗c輥?zhàn)臃至蚜Α顟B(tài)、軋輥的條件（輥縫的開啟/關(guān)閉）和相應(yīng)的操作模式（加減速、快停、緊急停車）。工作輥和中間輥對彎輥量值的限制，需符合平衡頂部工作輥和中間輥的重量，以及頂輥加速所產(chǎn)生的摩擦力的要求。

彎輥力的進(jìn)一步限制是在0kN附近區(qū)域（起始值的+/-5%)，強(qiáng)烈建議在穿帶或者設(shè)定輥?zhàn)訅合铝Φ膮⒖贾禃r不要使用這一區(qū)域的值，只能線形通過。這是由于在以上描述區(qū)域，彎輥的壓力改變方向不是十分穩(wěn)定，“0”區(qū)域?qū)⒔档凸ぷ鬏亸澼伒氖褂脡勖Ｔ谳伩p打開的情況下旋轉(zhuǎn)輥?zhàn)?，彎輥系統(tǒng)被設(shè)定為一個固定的平衡值。與CVC竄輥設(shè)備、多區(qū)冷卻系統(tǒng)以及液壓輥縫控制系統(tǒng)傾斜移動的連接，在板形儀控制范圍內(nèi)可以達(dá)到技術(shù)要求的最優(yōu)輥縫適應(yīng)。

4.2 在控制模式下

在換輥期間移動輥?zhàn)踊蛘邚澼亯K的分離或夾緊。彎輥塊：在垂直軌道上（牌坊）卡緊軸承座的設(shè)備，只有中間輥和工作輥有彎輥塊，而支撐輥沒有。通過預(yù)先選擇“軋輥操作啟動”來切換到校驗?zāi)Ｊ?。通過預(yù)先選擇“換輥開啟”來切換到控制模式。

對于換輥，通過預(yù)先選擇“換輥開啟”，中間輥和工作輥平衡系統(tǒng)切換到抬升位置（減少壓力設(shè)定值）。中間輥和工作輥一直保持與支撐輥的接觸，直到到達(dá)他們的換輥位置。底部中間輥和工作輥彎輥塊的換輥位置為限位開關(guān)所監(jiān)測（換輥的前提）。

5 CVC竄輥系統(tǒng)

中間輥具有拋物線形的凸度，可以通過軸向移動來改變連續(xù)變化的凸度（CVC）。與中間輥和工作輥彎輥系統(tǒng)、多區(qū)冷卻系統(tǒng)、液壓輥縫控制系統(tǒng)傾斜移動的連接，在板形儀控制范圍內(nèi)可以達(dá)到技術(shù)要求的最優(yōu)輥縫適應(yīng)，見圖3。

CVC竄輥被安裝在每個機(jī)架的操作側(cè)。對于中間輥的換輥，松開竄輥設(shè)備和中間輥之間的連接元件非常必要。當(dāng)中間輥換輥完畢后，竄輥設(shè)備要重新連接到中間輥上。有兩個位置的控制器被應(yīng)用到底部、頂部輥的軸向竄輥上。另外，應(yīng)用同步控制系統(tǒng)來保證相等或相反的頂部和底部竄輥。這個控制系統(tǒng)在移動過程中比較和校正實際值（通過位置傳感器測量每個移動缸）與當(dāng)前設(shè)定值。位置參考值被指定為軋制程序的預(yù)設(shè)值或者作為板形儀控制系統(tǒng)的校驗值。

通過預(yù)先選擇相應(yīng)機(jī)架的軋制操作、工作輥、中間輥、支撐輥換輥的操作模式和CVC系統(tǒng)的操作/維護(hù)模式，以及軸向移動設(shè)備的相應(yīng)的操作模式。

5.1“軋制操作”模式

通過啟動“原始位置值接近”，系統(tǒng)運(yùn)行到給定的參考值。接近參考值的位置依賴于軋機(jī)的速度、輥?zhàn)拥目偡至蚜σ约败垯C(jī)條件（輥縫的打開和關(guān)閉）。

圖3 CVC竄輥系統(tǒng)

為了能夠適應(yīng)參考值的改變，軋機(jī)的速度在輥縫閉合時必須高于最低值，或者在輥縫打開時，輥?zhàn)拥尿?qū)動必須加速（以delta斜坡）。此外，HGC液壓缸以一個固定值打開（初始值設(shè)定為0.3mm），以防止?jié)撛诘母Z輥力過大。只允許對運(yùn)行的機(jī)架進(jìn)行CVC控制器接管、接近新的參考值，并且加速機(jī)架的驅(qū)動到更高值。每個機(jī)架都單獨(dú)地處理和接近新的參考值。

在軋制過程中，當(dāng)預(yù)設(shè)的新參考值被下到下一卷時，過程計算機(jī)跟蹤焊縫位置，在合適的位置觸發(fā)竄輥運(yùn)動。輥縫打開并且工作輥、中間輥和支撐輥不相互接觸，在關(guān)閉軋機(jī)機(jī)架之前，接近到參考值。HGC系統(tǒng)或者軋制的校驗，在預(yù)先選擇的液壓缸速度下執(zhí)行。

頂部和底部的竄輥在位置控制下向相反的方向移動。在新輥被安裝后，接近校驗位置和/或“老”的原始值同樣是通過位置控制的。但不可使用同步控制。只有當(dāng)輥?zhàn)娱L距離沖程后，相對于其他輥?zhàn)拥竭_(dá)校驗或相反位置，同步控制和窗口檢測將會被激活。

除了事故停車和事故完畢命令，止回閥前后的伺服閥總是打開的。即使相應(yīng)的位置已經(jīng)到達(dá)，位置閉環(huán)回路仍然有效。

5.2“工作/支撐輥更換”模式

在換輥過程中，在換輥位置的所有輥被移動到操作側(cè)頂部。在機(jī)架停止時，單向位置控制下，以及最大缸速度下執(zhí)行移動。當(dāng)達(dá)到最終位置時，止回閥前后的伺服閥被關(guān)閉。當(dāng)換輥完畢后，輥?zhàn)颖灰苿拥叫?zhǔn)位置（機(jī)架上沒有帶鋼），或者參考位置（機(jī)架上有帶鋼），校驗和/或關(guān)閉液壓調(diào)整系統(tǒng)的前提條件是要在單向位置控制下。

5.3“運(yùn)行”模式

軋輥的運(yùn)行包括位置控制，同前文，此處不再贅述。

5.4“維護(hù)”模式

在“維護(hù)”位置，每個輥可在機(jī)架停止時進(jìn)行單獨(dú)手動操作（慢行模式）。每個輥的精確“0位置”可以通過機(jī)械測量和單獨(dú)的點(diǎn)動（jogging）達(dá)到。當(dāng)輥?zhàn)尤糠稚⒑螅╰he roll totally separated），竄輥速度是最大的缸速度（大約30 mm/s）。當(dāng)輥縫關(guān)閉或者輥?zhàn)硬辉趽Q輥位置，竄輥的速度在各自輥速的1/2 000～1/4 000。

相對于軋制速度，CVC速度的因數(shù)（輥?zhàn)拥姆至蚜ψ鳛閰?shù)）在調(diào)試階段被優(yōu)化。當(dāng)最小的軋制速度低于15 m/min時，竄輥被關(guān)閉。為了保證竄輥系統(tǒng)能夠校正潛在的偏移，仍然要保證位置控制有效。

6 結(jié)束語

竄輥彎輥系統(tǒng)可以通過工作輥和中間輥的竄輥，以及彎輥動作有效提高帶鋼表面板型質(zhì)量。利用板型儀反饋信號，對軋機(jī)軋制過程實現(xiàn)閉環(huán)控制，提高冷軋生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量。