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中厚板热矫直机控制系统功能与模型策略 |
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作者：济钢中厚板厂岳临萍 |
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摘要：本文着重介绍了引进的法国VAI公司的新技术30000kN热矫直机在济钢中厚板厂的开发与应用。着重对矫直工艺的原理、系统构成、系统功能，以及该设备的设备性能指标进行了分析和说明。从设备的组成、工艺参数的设定等方面进行了具体的描述。主要介绍了液压HGC系统、弯辊系统、电机传动控制系统以及二级模型策略分析，对同行业具有较好的借鉴价值。
关键词：热矫直机 液压HGC 弯辊 二级模型
前言
在全国中厚板行业严重供大于求和市场竞争日益激烈的局面下，只有生产高强度的品种板和高附加值的品种钢才能更好的占领市场，取得更大的效益。强力矫直机的开发和应用是适应中厚板厂生产形势，加大品种板生产的有利条件。
矫直工艺原理就是通过辊间的可逆弯曲将产品拉伸，其目的就是将钢板拉伸，使所有纤维达到相同长度。主要功能是：①去除入口钢板的形状缺陷。形状缺陷如边浪、中浪和1/4瓢曲等有可能通过矫直机去除。②使钢板内的残余应力降到最低，以便能保持钢板平直度。
1 矫直机的传动控制
热矫直机由两台主电机（1#、2#）分别对11根工作辊进行分组控制，钢板咬入矫直机后，主电机控制系统MASTER加速到钢板矫直速度，矫直完成后降速控制将钢板送出矫直机。
当钢板的尾部在第一组控制分组的工作辊内时，1#电机的力矩极限根据尾部在第一组辊内的位置进度减小，防止接轴过力矩，矫直速度由1#电机控制。2#电机保持速度控制，力矩被控制在正常的范围内。当钢板尾部到第一组辊的第三根辊子下面时，2#电机的加速度以一定的等变率减小。计算该等变率，在尾部走出第一组工作辊时取消加速度。这时，2#电机的力矩极限被提高到最大电机力矩，这样钢板速度由第二个电机按S-RAMP速度曲线进行控制。
当钢板尾部在第二组控制分组的工作辊内时，尾部走出第一组控制分组的工作辊时，第二个电机传动是速度控制。第二个传动的力矩极限逐渐从最大传动力矩减小到最后接轴的最大力矩。要按照尾部在第二组辊内的进度减小。
当尾部走出矫直机时，力矩极限等于最后接轴的最大力矩。出口处的CMD6检测到钢板尾部时，速度主控器MASTER用S-RAMP降低矫直机辊的速度基准，入口/出口辊道速度降为0。当钢板停止时，道次宣告结束，由矫直机后输送辊道将钢板送出。
1#电机是主传动控制电机，主传动设备扭矩限制值是PLC根据L2模型数据计算值来执行的。此扭矩等于L2计算出的钢板实际接触到的矫直辊所产生的扭矩总和。
2#电机是从动控制电机，对从属传动设备的扭矩极限是通过主传动设备传递过来，然后在PLC中乘以一个系数。此系数是根据钢板在热矫直机中的位置以及L2模型根据矫直辊实际接触钢板后的数据计算出来的。从属传动设备系数的计算：
2 液压HGC辊缝控制
矫直机的辊缝控制是由液压HGC系统来实现的。首先要对液压缸的位置传感器进行进零点校准，自动回零。然后将HGC系统设置到CLOSELOOP（闭环）控制状态，设置辊缝的控制程序运行于一级控制系统的PLCS7-400上。该PLC通过以太网TCP-IP与二级计算机相连接,矫直机一级接收到二级模型发出的预设数据之后，控制相应的伺服阀进行动作，达到设定的辊缝位置。
操作工也可根据实际情况进行手动的辊缝设定，在HMI上人工输入辊缝值，HGC系统可接收指令自动摆到相应位置；也可以使用操作杆进行HGC系统的位置操作，伺服控制器采用响应特性较好的P型(比例)和D型(差分)型。控制图如下图2所示：
图2：HGC回路控制
3 弯辊控制原理
弯辊系统用于补偿矫直过程中矫直辊和箱体的偏差，弯辊系统可在矫直过程中使矫直辊保持平行。示意图如图3所示：
图3：弯辊功能示意图
上矫直辊和支承辊箱体安装在一个对半可开闭的框架上。该框架被分成两部分，由活动接头连接。框架顶部的偏心装置可将这两部分分离，使矫直辊弯曲。内部装有位置传感器的液压缸启动该偏心装置。两个压力传感器给出液压缸压力反馈。用一个伺服比例阀驱动弯辊缸，可控制弯辊缸位置并进行过载保护。
对开框架的偏心运动是不可逆的。弯辊缸只能在矫直机无负载时改变位置，所以在负载条件下不允许弯辊动作。
4 人机操作界面（HMI）
HMI展示了热矫直机上下游的设备及钢板跟踪情况，以矫直机主体区域为主。显示矫直机的所有相关数据和参数，详细描述了工艺路线和物料跟踪情况。
操作人员根据HMI上显示的工艺预设值和设定点进行临控，正常情况下是控制系统自动完成钢板的矫直工作，但当出现异常或与现场实际情况不符合的情况下，允许操作工根据实际情况进行人工干预和修改参数。主要监控内容包括：辊道控制（送电/停电/速度显示/故障信息）、主机传动系统（送电/停电/速度显示/故障信息）、HGC系统、弯辊系统、液压站系统、换辊系统、油汽润滑系统、故障报警系统等多个操作画面，允许操作人员启动/停止设备，并各类设备的显示工作状态。
5 二级模型控制策略
热矫直机的二级模型计算是基于钢板的PDI（基础数据）信息。模型利用在矫直机入口的测温仪测量出的钢板温度来计算钢板的热演化，并在矫直过程中根据钢板的实际钢种、化学成分特性等来进行道次间计算。
根据钢板的几何特性、每个道次不同温度下的钢种属性，计算出上辊箱的工作位置（辊缝值），以及矫直机入口和出口处第一支引导辊的位置，并在设计的限定值的范围内计算出扭矩及矫直力的预设值，得出矫直策略。
控制系统应用这些预设值进行钢板矫直之后，一级控制系统将扭矩和矫直力的测量值发送给二级模型。二级模型根据这些测量反馈值，利用模型自身的自学习功能自动进行调整和优化，以提高下一支钢板的矫直质量。二级模型策略分析如下图所示：
二级模型策略分析
二级模型的主要功能如下：
钢板跟踪：接收精轧机二级的数据，主要包括钢板的信息：钢板的ID号，化学成份，钢种，轧制温度，当前温度，厚度，长宽等。
数据记录和报告：根据接收的数据进行矫直数学模型的计算，并存储实际矫直数据以及设备状态，出具矫直报告。
操作人机接口（HMI）：能过人机接口界面，可以使操作工看到模型计算的数据是否符合实际的应用，并可以进行人工的干预和修改。
模型计算：主要根据精轧机的钢板数据和信息，计算出矫直时的相应数据，如辊缝值、矫直速度，矫直压力等。
6 小结
热矫直机的应用提高了钢板的板形质量，矫直机控制系统主要功能包括了传动控制和液压系统的控制，以及二级模型的完善应用，极大提高了钢板的矫直质量。目前中厚板厂利用该热矫直机可生产JG670DB、X70、SS400等高强度品种板30余种，为生产高端中厚板产品提供可靠的技术保障，为企业赢得了效益，具有一定的推广价值。
作者：岳临萍，女，电气高级工程师，主要从事计算机控制与自动化仪表的现场管理与维护。手机：13864172994
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(12/13/2011) |
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