热轧板厂E2R2自动化系统存在的问题及解决措施

42 2009 年第 32 卷第 3 期 热轧板厂 动化系统 存在的问题及解决措施 李晓鹤 （新钢钒热轧板厂） 摘 要： 针对热轧板厂 造中，自动化系统为适应 新增液压压下及液压侧导板对控制器快速响应的要求，提出了在原 070 控制系统基础上，新增 能控制器，实现根据被控制设备对实时性不同要求，分配不同控制器，达到控制资源的科学合理分配，同时减少 造中自动化系统的调试时间，为 造提前完成工期提供可靠保证。 关键词： 轧机； 制器；压靠清零；倾斜调整 0 引言 攀钢热轧板厂 轧机是主轧线的关键设备之一，是 20 世纪 70 年代初我国自行设计、制造的设备，工艺装备水平低。从 1997 年至 2003 年，热轧板厂先后进行一、二、三期技术改造，产量由最初设计的 100 万 t 达到目前的 t，板坯的长度由初期的 5.5 m 变为现在的 11 m，板坯单重由原设计的 9 t 提高到 23 t。在三次技改中， 机配合轧线作了适应性改造，但轧机本体及其主传动系统均未作彻底改造，致使 机本体能力严重不足，轧机超负荷运行，安全系数远低于允许值，轧机精度大幅度降低，设备磨损加快，故障率增加，隐患 日趋严重，不能适应生产的要求。为了新产品开发和解决轧机能力不足问题，全新设计制造一套 力轧机设备，同时增加了液压压下及电动侧导板改为液压侧导板。现场设备的变化对控制系统提出了响应更快、处理数据能力更强、控制精度更高等苛刻要求，为适应这一变化，自动化系统升级方案结合原设备实际，提出了增加 司推出的 i 高速控制器的解决方案 1 统特点 i 是 司推出的集先前产品先进性于一身的高性能控制器，内置于 块的10/100M 以太网，可以实现利用以太网进行上下装程 序，提高系统编程时间，支持梯形图编程语言，并兼容于 程语言，有利于维护人员熟悉新系统。同时其编程界面为视窗界面，更加人性化；支持 9070系列 I/用 三方的 为接收过程机的轧制规程数据以及与其他 统连锁， 司的 板作为现场 讯接口，即完成现场数据采集任务；利用 司的 板和 板作为液压压下位置信号的接口，实现位置闭环控制。 2 粗轧工艺 流程 粗轧 主要作用是对 的来料经过 3 个道次的轧制，将其轧制成 28 35 间坯送往热卷箱。其关键设备是 下系统、侧导板系统及 传动系统。 下系统 下系统主要作用是通过调节压下辊缝，达到改变进料厚度的目的。 下系统采用电动压下调整工作辊的辊缝 ,为保证压下微调调整辊缝达到设定要求，增加了液压压下， 制器通过检测液压位置传感器反馈值，对伺服系统调节油缸有杆腔及无杆腔高压液压油的流量进行闭环控制，实现稳定、快速、精确的轧辊调平功能。 下系统结构 如图 1 所示。 攀 钢 技 术 43 图 1 下系统结构简图 轧机侧导板 用是将中间坯对中轧制中心，防止其跑偏，保证轧出的中间坯两边缘平直。侧导板的对中和回程由两个驱动油缸带动齿轮齿条，通过同步轴，实现左右推杆的同步开合。 侧导板开口度由 液压缸上的位移传感器检测 ，并将其开口度在主台上显示。当轧机机前侧导板的开口度为板宽 +100 400 , 轧机方可进行奇道次轧制；当轧机机后侧导板的开口度为板宽 +100 机前侧导板的开口 度为板宽 +400 , 轧机方可进行偶道次轧制。侧导板结构如图 2 所示。 图 2 侧导板结构简图 3 自动化系统存在的问题 改造前 础自动化控制系统为 070系列 1997 年北京科技大学设计，主要实现 主令控制、逻辑控制、压下及侧导板 控制任务量较大，对于改造后要实现液压伺服控制任务存在以下问题。 控制系统响应慢 理器执行控制程序扫描时间为 50 系统最快响应时间为 50 液压侧导及新 增液压压下需要实现 10 统扫描时间，才能满足液压系统的性能要求。若在 统中实现该控制任务是不现实的，主要是改造后 设备不仅没有减少，反而增加了伺服系统以及大量的辅传动设备，增加的设备需要初始化程序以及逻辑程序，这都增加了系统扫描时间，即降低系统响应能力。 压靠清零的压力偏低 原压靠清零功能是通过压下电机以电动方式利用电机转矩进行的，其最大压下合力为 200 t，这样的压力量级仅仅可以保证轧机传动侧及操作侧辊缝一致，对于轧机的弹跳及机械间隙没有完全消除，即未实现真正的压靠清零 任务。 倾斜调整精度低响应慢 热轧带钢的整体板形的主要控制设备为粗轧机，而粗轧机的关键为 机，但是原系统为电动压下，其转动惯量大，不能通过位置闭环实现辊缝倾斜调整。自动化系统仅能通过调节压下电机速度来实现辊缝倾斜调整，但是其过程为开环控制，需要操作工观察调整后的辊缝决定是否继续进行调整。其调整精度低，调整过程较慢，影响了轧线的轧制节奏，而且板形不理想。 电动侧导板定位慢精度低 对于电动侧导板存在转动惯量大的缺陷，在控制过程实现精确定位时，系统响应慢，常常出现超调及定位超时现象，影 响轧制节奏。 4 解决措施 升级高性能控制器 为了减轻原 070 造中采用 司推出的i 高性能控制器，其系统扫描实际可以达到 1 可以完成 1 响应时间，其性能完全满轧制方向 中间坯 a b c d e f g h i j k l a 电动压下位置传感器； b 压下螺丝； c 压下螺母； d 液压缸活塞； e 液压缸有杆腔； f 液压缸无杆腔； g 液压缸位置传感器； h 上支撑辊； i 上工作辊； j 压下辊缝； k 下工作辊； l 下支撑辊 液压缸 液压缸 同步轴 轧制方向 44 2009 年第 32 卷第 3 期 足液压液压压下及液压侧导板为伺服系统 10 应时间要求。 提高控制系统液压压靠清零合压力 改造后执行机构由电动系统升级至电动压下加液压压下，控制系统可以根据其特点，在压靠清零过程中，利用电动压下的大行程特点完成辊缝预压靠，即通过计算控制电动压下定位至接近 “零”辊缝位置，再通过伺服系统以合理的压下合压力为目标值实现压力闭环控制液压压下，达到清除轧机的弹跳及机械间隙的目的，其控制原理如图 3 所示。图 3 压力闭环控制原理 定量辊缝倾斜调整 伺服系统的特点是可以实现位置闭环控制功能。根据这一特点，自动化系统采用操作台增加倾斜调整按钮，并定义按钮被触发一次的辊缝调整值，改造后的液压压下伺服系统最小辊缝调整精度可以到达 且调整时间为“ 级”，较原电动系统调整精度大大提 高，且调整快捷。 液压 现侧导板定位 改造后 增加的液压侧导板其精确位置定位主要由伺服阀完成。 制器接收到设定数据后，根据计算确定液压缸位置，模拟量输出模板输出电压信号，经由伺服阀放大板转换为电流信号驱动伺服阀，通过调节伺服阀的阀芯位置控制液压缸动作速度，其调整非常快捷，且超调量小。液压制框图如图 4 所示。 图 4 液压 制框图 5 应用效果 在热轧板厂 造中，自动化系统升级采用 统后取得了良好效果，粗轧区轧机本 体能力和轧机控制精度得到大幅提高，设备故障率降低，满足安全生产的需要。 提高轧辊倾斜微调精度 液压压下具有系统惯性小、定位精度高的特点，通过 电动压下微调精度的 0.2 0倍，有效地保证中间坯的侧边平直，提高了产品的板形质量。 提高辊缝定位精度 通过液压压下的 1 500 效地消除了轧机的机械间隙及轧机弹跳值对中间坯厚度的影响，同时通过调整液压压下参数，线性增加“零”辊缝时压下压力，采集轧机的刚度参 数，并将参数传送自过程机，可以有效修正不同轧制负荷轧机弹跳对板坯厚度的影响，提高辊缝定位精度。 减少系统响应时间 液压伺服系统在轧辊倾斜及液压 0 s。由于电动压下及电动侧导板在具有惯性大的缺陷，实际压力 压力传感器 伺服系统 压力基准 + 斜坡函数 输出限幅 液压缸 置基准值 位置反馈手动附加基准值攀 钢 技 术 45 在实现系统精度调整中需要反复动作才可以实现规定精度，浪费了轧制时间。而液压伺服系统接收到设定值可以在 1 2 少了系统响应时间，增加了轧制产量，减小了操作工劳动强度。 减少系统调试时间 在自动化系统升级方案中主要思想是 性能控制器作为执行器，即实现了改