冷连轧机辊缝自动标定原理及应用

　摘要：冷连轧机辊缝自动标定是液压辊缝控制中精度要求最高的环节之一，2007年鞍钢股份有限公司新建1 450 mm冷轧机采用德国Siemens公司TDC控制系统，实现了辊缝自动标定功能。作者从应用角度分析了轧机辊缝自动标定的分类与过程，阐述了轧机辊缝自动标定时，如何实现相对轧制力、辊缝位置、辊缝倾斜的零点标准，同时，对现场标定过程出现的典型故障进行分析并提出解决方法。实践证明通过辊缝自动标定，可以提高轧机HGC精度，保证成品带钢的厚度要求。

　　关键词：冷连轧;TDC自动控制;辊缝标定;轧制力控制

　　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。可以说机架液压辊缝标定是轧机进行液压HGC不可或缺的前提，是实现冷连轧生产高精度成品的必要条件。本文立足于2007年鞍钢股份有限公司新建1 450 mm冷连轧机调试实践经验，针对其它生产线冷轧机辊缝自动标定过程进行完善与精简，从辊缝自动标定的技术原理出发，介绍1 450 mm冷连轧机标定过程，为生产顺行提供依据和保证。

　　1 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-P )/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。

　　

 

　　如图1所示，轧件塑性线斜率为，轧机弹性线斜率为K。当某种因素影响轧件塑性线由B变化到时，为保证轧机出口带钢厚度h不变，需调整轧机辊缝△S，使轧机弹性线由A变化到A’。厚度控制的基本原理是：无论轧制过程如何变化，总使轧机弹性线A与塑性线B相交于等厚轧制线C0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)

　　式中，s 为轧制力对辊缝的影响值;C 为轧制力对辊缝影响的补偿系数，当P>P。时，进入线性段后则C 为0[3]。

　　通常在轧制前启动辊缝标定功能，将轧辊按初始压力P。压靠到一定程度，并将此时的辊缝.s。确定为轧机调整的零辊缝。通过辊缝标定将图1中曲线的非线性部分进行处理，把s 前面非线性段去除，实现在正常轧制时轧制力和辊缝之间的线性化。

　　2 辊缝标定测量系统与轧制线标定

　　2.1 辊缝标定测量系统

　　鞍钢1 450 mm冷连轧机辊缝标定测量系统主要包括：液压缸位置检测和轧制力检测系统。其中，液压缸位置检测元件主要采用日本Sony公司位置传感器，该位置传感器精度达到0.001 mm，可以精确检测辊缝标定时液压缸杆的具体位置。轧制力测量系统采用德国HYDAC公司的压力传感器，它利用液压缸油腔将液压油压力传递给压力传感器，测量到的压强与相应活塞面积相乘，得到实际轧制力，这种压力传感器工作稳定，其精度完全满足现场要求，被广泛应用在辊缝标定轧制力测量系统中[3]。

　　2.2 轧制线标定

　　轧制线标定是辊缝标定的前提。轧机正常生产时，应保持一个稳定不变的轧制线，使带钢始终处于同一水平高度进行轧制，但是更换机架轧辊以后则会影响轧制线的位置，因此需要重新调整轧制线到原定位置[5]。鞍钢1 450 mm冷连轧机轧制线标定时，按照轧机各个部件数据计算轧制线的调整高度，其计算和调整过程通过Siemens公司的PCS7系统中S7实现，轧制线标定原理如图2所示。

　　

 

　　为了准确控制轧制线调整精度，轧制线调整装置采用梯形台和精调斜楔组合来调整轧制线高度。其中梯形台共有6级台阶，通常首阶高度为40 mm，其余台阶高度为30 mm;精调斜楔的移行距离与高度调整量之比为20：1。

　　轧制线高度

　　Hpassline=H一(DBR/2+DIR+DWR)+△H (3)

　　式中，H为支撑辊轴承中心线到轧制线距离;DBR为支撑辊直径;DIR为中间辊直径;DWR为工作辊直径;△H为辊径偏差。

　　梯形台水平调节量(粗调)

　　Swedge =(Hpassline-H1)H0× 130 (4)

　　式中，H1为首阶高度;H2为其余台阶高度;130 mm为台阶长度。

　　斜楔水平调节量(精调)

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

　　式中，Hplate为梯形台调整高度;tanθ’= 1/20为斜楔斜率。

　　轧制线调整的计算精度是辊缝标定能否成功的关键，通过轧制线的计算可以为轧机辊缝标定提供标尺和参照，从而保证轧机辊缝相对零点在同一水平线上。

　3 辊缝标定分析

　　3.1 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[3]。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。

　　3.2 无带标定过程

　　鞍钢1 450 mm冷连轧机无带标定执行顺序见图3，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。启动标定功能之前，需要满足如下基本条件：轧机没有快停信号和维护方式信号、位置计数器无报错、HGC系统状态OK、乳液系统和传动系统状态OK。在无带标定过程中，需要对HGC、弯辊控制、窜辊控制、乳液喷射控制、传动控制等多方面因素进行检查校准，完成相对轧制力、辊缝位置、辊缝倾斜的零点标定，最终找到正常轧制时HGC的零点标准。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。前一步完成后，下一步包括它的连锁条件就立即执行，只有步骤之间的转换条件全部满足后，才能完成自动标定的全部过程。当完成全部标定过程后，说明轧机状态正常，可以开始轧制，并将辊缝位置合到15 mm，为穿带生产准备条件。