在带钢热连轧生产工艺过程中, 热轧带钢的宽度控制长期以来一直是提高最终产品质量的主要目标之一。热轧带钢的生产工艺希望轧后板宽沿其全长方向的宽度精度在允许的公差范围之内。然而由于各种原因, 板宽会时常出现波动, 为补偿板宽的这种波动, 要求自动化控制系统对于各种扰动能够进行动态调节, 由此而产生了自动宽度控制。本文全面系统的介绍了热轧粗轧机组自动宽度控制的控制系统原理图, 可实现的程序框图及控制策略。应用结果表明, 该方法能有效地控制产品宽度。

2　板宽变动的原因

如图1 所示, 通过宽度仪纪录下轧制过程中板坯宽度方向上的变化曲线, 可看出宽度变动的形成原因。

   2. 1头尾端失宽
   随着立辊轧机宽度压下量的增大, 在几十m长的带钢上, 头尾部产生5 至几十mm 的失宽, 其原因是头尾部分和稳定轧制部分金属在压下时的流动不同而造成的。为了消除这一偏差在AWC系统中采用了“短行程控制(SSC) ”。
   2. 2头部缩颈现象
   这是由于活套起套过程对带钢冲击所造成的, 为了消除这一偏差, 应在活套控制中采用“软接触”技术。
   2. 3　水印现象
   在板坯长度方向上炉轨黑印处温度低, 以致造成所谓“水印”, 轧制过程中将对宽度产生陡变影响,需要用AWC 系统中的前馈控制来克服。

2. 4　参数波动
   在各种工艺条件下, 因控制参数波动将造成全长方向上的宽度不均匀, 由于这种偏差变化较缓, 可采用AWC 系统中的轧制力反馈控制来克服。
  3　自动宽度控制系统
  自动宽度控制在系统设计上可从机械和自动化两方面进行考虑。
   3 . 1　机械结构设计
   对于立辊轧机应设计成电动+ 液压的系统,电动侧调机构采用伺服驱动系统驱动, 在每道次前进行立辊开口度设定, 而液压伺服系统用于每道次轧制时动态宽度控制。在电机的出轴侧装有绝对编码器用于测量位置反馈, 在每个伺服液压
缸内装有高精度的位移传感器(例如: Sony 磁尺)用于动态控制时位置反馈。另外, 在伺服液压缸和机座之间还设置有压力传感器, 用于测量轧制时的实测轧制力。图2 给出了AWC 系统机械设备示意图。

3. 2　自动化系统设计
    要实现对带钢宽度的自动控制需由过程控制机(L 2) 和基础自动化控制器(L 1) 共同完成。图3给出了有关宽度控制各项功能及其相互间关系的示意图。自动宽度控制(AWC) 包括以下几部分。

1) 头部和尾部短行程控制(SSC)。其实质是在板坯到达立辊前热金属检测器HMD ON 时, 液压伺服机构先将开口度加大, 待板坯咬入后按PLC 内存储的事前统计好的曲线, 将开口度收小, 并在尾部到来时, 逐步按存储曲线加大开口度。

2) 轧制力控制(RFAWC)。板坯咬入立辊后延迟一短时间(以获得正确的头部信息) 后, 启动RFAWC, 通过对轧制力的精确测量并控制其恒定来实现对板坯宽度的反馈控制。

3) 前馈控制(FFAWC)。对于某些变化较陡的宽度偏差(如水印低温区) , 反馈控制效果较差,为此采用前馈控制来补偿。为实现FFAWC, 需在立辊前设置测宽仪, 在某些偶道次轧制完后, 获得实际宽度偏差分布, 而奇道次轧制时, 控制立辊开口度, 以补偿宽度偏差。

4) 缩颈补偿(N EC)。用来补偿卷取机切换到张力控制时对带钢的冲击(拉钢) 所造成的缩颈(宽度变窄)。

5) 动态设定。是L 2 计算机跟据L 1 传送的轧制时的实测参数, 对AWC 模型进行自学习, 并重新下达设定的方式。

3. 2. 1　头部和尾部短行程控制(SSC)
  3. 2. 1. 1　控制方法

对带头和带尾, 立辊辊缝根据对带钢头尾的位置以及带钢长度的跟踪来设定立辊的开口度,具体的对应关系如图4 所示, PLC 控制器根据下列曲线查表可得到对应的开口度从而进行设定,再结合轧制力进行控制。短行程开度的计算在L 1基础自动化中进行, 并通过带头和带尾跟踪信号触发来进行。

3. 2. 1. 2　短行程控制实现
   根据图5 的控制框图编写PLC 程序来实现立辊轧机的短行程控制。

3. 2. 2　轧制力控制(RFAWC)
    3. 2. 2. 1　控制方法
   RFAWC 本质上就是对立辊辊缝开度校准值的计算, 是基于轧制力偏差和辊缝开度偏差来求得的。

3. 2. 3　前馈控制(FFAWC)
  3. 2. 3. 1　控制方法
   前馈控制的原理是利用设置在立辊轧机前的测宽仪检测入口宽度偏差, 求出立辊辊缝的校准值, 再对立辊的开口度进行前馈调节以提高出口宽度的均匀性。

3. 2. 2　动态设定
    为了提高设定精度, 利用水平可逆轧机后的测宽仪, 对倒数第二个奇道次轧制的板坯进行宽度实测, 利用此实测信息, 根据自学习模型, 重新计算末道次的立辊开口度, 以保证粗轧出口宽度的设定精度。
宽度控制中, 各项系数的确定要充分考虑由于立辊压缩所造成的“狗骨头”, 在接着进行的水平辊轧制时, 将产生“再展宽”的现象, 即水平辊的宽度要比一般宽度公式所计算的值要大, 这需要在现场收集大批数据加以统计, 以求得考虑“再展宽”的实用公式。

3. 2. 3　缩颈补偿
缩颈(宽度变窄) 是由于精轧机组活套起套时对带钢冲击以及卷取机咬入带钢后由速度控制切换到张力控制切换不当所造成的。缩颈补偿控制的策略是根据精轧后测宽仪的实测值不断地传送到L 2 过程计算机, 通过模型的连续自学习而得到的补偿值传送到PLC 进行控制。其PLC 控制程序框图如图5所示。

4　结束语
    本文就带钢轧制过程中带钢宽度控制策略进行探讨, 并结合研究和实践给出了控制实现的方法。实践表明,AWC 运行稳定可靠, 实现功能齐全, 宽度控制精度高, 用户非常满意。