寓帅分享|连续退火线平整机控制技术

         

平整机是连续退火线(简称连退线)的关键设备,平整机轧制实质上是一种小形变量轧制。经过退火炉退火后的带钢进入平整机进行处理,其主要作用是消除退火后带钢的屈服平台,改善加工性能,调整带钢表面粗糙度,提高带钢表面质量。

控制系统构成

平整机自动控制系统由板形控制模型系统和以西门子S7-416PLC 为核心的基础自动化系统构成。为保证响应速度和控制精度,采用西门子功能模板FM458-1DP实现平整机液压辊缝控制HGC、延伸率控制、弯辊窜辊控制等核心功能。

现场总线采用ProfibusDP 通信协议,其中连接FM458的ProfibusDP网络为6Mb /s 的高速网络,该网络配置了2块DP/DP Coupler( 耦合器)分别与板形控制模型和主线控制PLC进行通信。系统还配置了具有ProfibusDP 接口的ibaPDA过程数据采集系统,用于分析和诊断平整机控制过程。

控制功能和技术

平整机控制主要包括自动延伸率控制、张力控制、液压辊缝控制、弯辊窜辊控制、轧制线调整、湿平整控制、换辊控制、液压润滑控制等。

2. 1 延伸率控制

延伸率是平整机控制非常重要的工艺参数。通过自动延伸率控制可以消除带钢屈服平台,改善带钢产品冲压成型性能。由于平整机压下量很小,带钢厚度变化非常小,很难测量,所以一般通过安装在平整机入出口的脉冲编码器测量入口、出口带钢长度,进而计算带钢延伸率。

平整过程中,延伸率控制可通过轧制力控制、轧制力和带钢张力控制、秒流量控制这3种模式实现。每种控制模式的轧制力和带钢张力给定值能够预先设定,并可依据带钢截面大小进行调整,调整依据为:带钢截面小,张力对延伸率控制的影响大;带钢截面大,轧制力对延伸率控制的影响大。轧制力对消除带钢屈服平台和调整表面粗糙度影响比较大,在调节延伸率中起主要作用,张力调节起辅助作用。对于连续退火线平整机的延伸率控制,可以采用轧制力控制、轧制力和带钢张力控制这2种模式,控制框图如图2所示。

平整机延伸率控制为闭环控制,延伸率设定值和实际延伸率计算值(由式(1) 计算)进行比较后产生延伸率偏差,延伸率调节器对该偏差进行PI运算处理后产生张力修正量,再经适配器通过一些算法转换成张力附加给定和轧制力修正量。在轧制力控制延伸率的模式下,发送轧制力修正量给轧制力调节器,通过调整轧制力实现延伸率闭环控制;在轧制力和带钢张力控制延伸率的模式下,不仅需要调整轧制力,在轧制力调节到一定程度后,还需要将张力修正量发送给张力控制器,以对平整机的入出口张力进行调节,从而实现调整延伸率的目的。

2.2 张力控制

平整机入口和出口的张力稳定是平整机稳定运行的重要条件,直接影响延伸率控制精度和板形控制效果。平整机张力控制采用直接张力闭环控制方式,在平整机的入口和出口分别安装了张力计进行实际张力测量作为张力反馈,通过2个张力调节器分别调整平整机入口和出口张力。

入口张力辊工作在速度模式下,是平整段的主速度辊,即平整段的速度以入口张力辊速度为基准。平整机有不投入运行(辊缝打开)和投入运行2种工作模式:

( 1) 当平整机不投入运行时(非正常生产情况),只需调节平整机出口张力,出口张力调节器参与工作。张力调节器将平整机出口张力设定FT1-ref与反馈FT1相比较进行张力闭环控制,张力偏差经过一系列的算法和处理后转化为一个小的速度偏差,作为出口张力辊的速度补偿,通过补偿出口张力辊组的速度使平整机出口张力达到设定值。

(2) 当平整机投入运行后(正常生产),平整机张力分为机前和机后2个张力段,2个张力段会出现张力差,需要通过平整机张力差调节器使平整机前后张力差达到设定张力差值。出口与入口张力设定值差值为张力差调节器的给定,出口与入口张力实际值差值为张力差调节器的反馈。张力差调节器输出的速度偏差叠加到平整机主传动的速度给定上,通过微调平整机主传动的速度实现张力差控制,最终实现平整机的入口和出口的张力平稳可控。该生产线平整机张力控制中还考虑了带钢延伸率带来的影响,通过预先将带钢延伸率引起的速度偏差引入平整机主传动和出口张力辊组的线速度给定进行补偿,从而消除延伸率造成的张力波动。当平整机工作在通过轧制力和带钢张力控制延伸率模式时,在平整机的入出口张力给定(FT0 -ref、FT1-ref) 上分别叠加一个附加张力给定(ΔFT0、ΔFT1),通过控制平整机入口和出口的带钢张力实现延伸率控制。

2. 3 液压辊缝控制

该生产线采用液压压上控制系统控制平整机的轧制力或辊缝。平整机液压辊缝控制(HGC)由FM458功能模板进行运算和控制,FM458内置64bRISCCPU,具有高速采集信号和运算能力,从硬件上保证了HGC的精度。采用伺服阀对HGC液压缸进行控制,平整机辊缝打开时HGC液压缸工作在位置闭环控制模式,辊缝闭合时工作在轧制力闭环控制模式。平整机HGC系统具有以下控制模式:

(1) 位置控制。在辊缝打开的情况下,平整机HGC液压缸采用位置控制模式,这时实际轧制力小于最小轧制力。位置控制在程序开始或者激活辊缝位置控制时自动运行。平整机操作侧和传动侧2个液压缸上分别安装了位移传感器,其检测信号作为压上缸的位置反馈。

(2) 总轧制力控制。平整机在轧制期间,控制所需要的总轧制力及其变化要考虑弯辊力的补偿影响。通常总轧制力控制输出被限制在伺服输出的80%范围内,保留的部分用于倾斜控制。

(3) 单边轧制力控制。在辊缝标定和测试时需要进行传动侧或操作侧的单边轧制力控制,该模式不能与其他模式同时作用。

(4) 倾斜控制。在平整过程中,为了消除工作辊传动侧与操作侧实际位置的偏差,改善带钢平直度,需要进行倾斜控制。倾斜控制调节器单独控制传动侧和操作侧的伺服阀实现倾斜控制。通常倾斜控制输出被限制在伺服输出的20%范围内。倾斜控制与位置或轧制力控制共同作用,在单边轧制控制时倾斜控制无效。

3 结束语

经实测及通过ibaPDA 过程数据采集系统对延伸率控制数据进行分析,延伸率控制精度达到了恒速±0. 05% 及加减速±0. 1%以内的控制目标,