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中厚板熱矯直機(jī)控制系統(tǒng)功能與模型策略

時(shí)間:2011-12-13 15:32:37來源:caijuan

導(dǎo)語:?本文著重介紹了引進(jìn)的法國(guó)VAI公司的新技術(shù)30000kN熱矯直機(jī)在濟(jì)鋼中厚板廠的開發(fā)與應(yīng)用。著重對(duì)矯直工藝的原理、系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)功能,以及該設(shè)備的設(shè)備性能指標(biāo)進(jìn)行了分析和說明。

  [摘要]本文著重介紹了引進(jìn)的法國(guó)VAI公司的新技術(shù)30000kN熱矯直機(jī)在濟(jì)鋼中厚板廠的開發(fā)與應(yīng)用。著重對(duì)矯直工藝的原理、系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)功能,以及該設(shè)備的設(shè)備性能指標(biāo)進(jìn)行了分析和說明。從設(shè)備的組成、工藝參數(shù)的設(shè)定等方面進(jìn)行了具體的描述。主要介紹了液壓HGC系統(tǒng)、彎輥系統(tǒng)、電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)以及二級(jí)模型策略分析,對(duì)同行業(yè)具有較好的借鑒價(jià)值。

  [關(guān)鍵詞]熱矯直機(jī) 液壓HGC 彎輥 二級(jí)模型

  前言

  在全國(guó)中厚板行業(yè)嚴(yán)重供大于求和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的局面下,只有生產(chǎn)高強(qiáng)度的品種板和高附加值的品種鋼才能更好的占領(lǐng)市場(chǎng),取得更大的效益。強(qiáng)力矯直機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用是適應(yīng)中厚板廠生產(chǎn)形勢(shì),加大品種板生產(chǎn)的有利條件。

  矯直工藝原理就是通過輥間的可逆彎曲將產(chǎn)品拉伸,其目的就是將鋼板拉伸,使所有纖維達(dá)到相同長(zhǎng)度。主要功能是:①去除入口鋼板的形狀缺陷。形狀缺陷如邊浪、中浪和1/4瓢曲等有可能通過矯直機(jī)去除。②使鋼板內(nèi)的殘余應(yīng)力降到最低,以便能保持鋼板平直度。

  1 矯直機(jī)的傳動(dòng)控制

  熱矯直機(jī)由兩臺(tái)主電機(jī)(1#、2#)分別對(duì)11根工作輥進(jìn)行分組控制,鋼板咬入矯直機(jī)后,主電機(jī)控制系統(tǒng)MASTER加速到鋼板矯直速度,矯直完成后降速控制將鋼板送出矯直機(jī)。

  當(dāng)鋼板的尾部在第一組控制分組的工作輥內(nèi)時(shí),1#電機(jī)的力矩極限根據(jù)尾部在第一組輥內(nèi)的位置進(jìn)度減小,防止接軸過力矩,矯直速度由1#電機(jī)控制。2#電機(jī)保持速度控制,力矩被控制在正常的范圍內(nèi)。當(dāng)鋼板尾部到第一組輥的第三根輥?zhàn)酉旅鏁r(shí),2#電機(jī)的加速度以一定的等變率減小。計(jì)算該等變率,在尾部走出第一組工作輥時(shí)取消加速度。這時(shí),2#電機(jī)的力矩極限被提高到最大電機(jī)力矩,這樣鋼板速度由第二個(gè)電機(jī)按S-RAMP速度曲線進(jìn)行控制。

  當(dāng)鋼板尾部在第二組控制分組的工作輥內(nèi)時(shí),尾部走出第一組控制分組的工作輥時(shí),第二個(gè)電機(jī)傳動(dòng)是速度控制。第二個(gè)傳動(dòng)的力矩極限逐漸從最大傳動(dòng)力矩減小到最后接軸的最大力矩。要按照尾部在第二組輥內(nèi)的進(jìn)度減小。

  當(dāng)尾部走出矯直機(jī)時(shí),力矩極限等于最后接軸的最大力矩。出口處的CMD6檢測(cè)到鋼板尾部時(shí),速度主控器MASTER用S-RAMP降低矯直機(jī)輥的速度基準(zhǔn),入口/出口輥道速度降為0。當(dāng)鋼板停止時(shí),道次宣告結(jié)束,由矯直機(jī)后輸送輥道將鋼板送出。

  1#電機(jī)是主傳動(dòng)控制電機(jī),主傳動(dòng)設(shè)備扭矩限制值是PLC根據(jù)L2模型數(shù)據(jù)計(jì)算值來執(zhí)行的。此扭矩等于L2計(jì)算出的鋼板實(shí)際接觸到的矯直輥所產(chǎn)生的扭矩總和。

  2#電機(jī)是從動(dòng)控制電機(jī),對(duì)從屬傳動(dòng)設(shè)備的扭矩極限是通過主傳動(dòng)設(shè)備傳遞過來,然后在PLC中乘以一個(gè)系數(shù)。此系數(shù)是根據(jù)鋼板在熱矯直機(jī)中的位置以及L2模型根據(jù)矯直輥實(shí)際接觸鋼板后的數(shù)據(jù)計(jì)算出來的。從屬傳動(dòng)設(shè)備系數(shù)的計(jì)算:

  2 液壓HGC輥縫控制

  矯直機(jī)的輥縫控制是由液壓HGC系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。首先要對(duì)液壓缸的位置傳感器進(jìn)行進(jìn)零點(diǎn)校準(zhǔn),自動(dòng)回零。然后將HGC系統(tǒng)設(shè)置到CLOSELOOP(閉環(huán))控制狀態(tài),設(shè)置輥縫的控制程序運(yùn)行于一級(jí)控制系統(tǒng)的PLCS7-400上。該P(yáng)LC通過以太網(wǎng)TCP-IP與二級(jí)計(jì)算機(jī)相連接,矯直機(jī)一級(jí)接收到二級(jí)模型發(fā)出的預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)之后,控制相應(yīng)的伺服閥進(jìn)行動(dòng)作,達(dá)到設(shè)定的輥縫位置。

  操作工也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行手動(dòng)的輥縫設(shè)定,在HMI上人工輸入輥縫值,HGC系統(tǒng)可接收指令自動(dòng)擺到相應(yīng)位置;也可以使用操作桿進(jìn)行HGC系統(tǒng)的位置操作,伺服控制器采用響應(yīng)特性較好的P型(比例)和D型(差分)型??刂茍D如下圖2所示:

HGC回路控制

 ?。▓D2:HGC回路控制)

  3 彎輥控制原理

  彎輥系統(tǒng)用于補(bǔ)償矯直過程中矯直輥和箱體的偏差,彎輥系統(tǒng)可在矯直過程中使矯直輥保持平行。示意圖如圖3所示:

彎輥功能示意圖

  (圖3:彎輥功能示意圖)

  上矯直輥和支承輥箱體安裝在一個(gè)對(duì)半可開閉的框架上。該框架被分成兩部分,由活動(dòng)接頭連接??蚣茼敳康钠难b置可將這兩部分分離,使矯直輥彎曲。內(nèi)部裝有位置傳感器的液壓缸啟動(dòng)該偏心裝置。兩個(gè)壓力傳感器給出液壓缸壓力反饋。用一個(gè)伺服比例閥驅(qū)動(dòng)彎輥缸,可控制彎輥缸位置并進(jìn)行過載保護(hù)。

  對(duì)開框架的偏心運(yùn)動(dòng)是不可逆的。彎輥缸只能在矯直機(jī)無負(fù)載時(shí)改變位置,所以在負(fù)載條件下不允許彎輥動(dòng)作。

  4 人機(jī)操作界面(HMI)

  HMI展示了熱矯直機(jī)上下游的設(shè)備及鋼板跟蹤情況,以矯直機(jī)主體區(qū)域?yàn)橹?。顯示矯直機(jī)的所有相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù),詳細(xì)描述了工藝路線和物料跟蹤情況。

  操作人員根據(jù)HMI上顯示的工藝預(yù)設(shè)值和設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行臨控,正常情況下是控制系統(tǒng)自動(dòng)完成鋼板的矯直工作,但當(dāng)出現(xiàn)異?;蚺c現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不符合的情況下,允許操作工根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行人工干預(yù)和修改參數(shù)。主要監(jiān)控內(nèi)容包括:輥道控制(送電/停電/速度顯示/故障信息)、主機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)(送電/停電/速度顯示/故障信息)、HGC系統(tǒng)、彎輥系統(tǒng)、液壓站系統(tǒng)、換輥系統(tǒng)、油汽潤(rùn)滑系統(tǒng)、故障報(bào)警系統(tǒng)等多個(gè)操作畫面,允許操作人員啟動(dòng)/停止設(shè)備,并各類設(shè)備的顯示工作狀態(tài)。如下圖4所示:

人工操作界面

 ?。▓D4:人工操作界面)

  5 二級(jí)模型控制策略

  熱矯直機(jī)的二級(jí)模型計(jì)算是基于鋼板的PDI(基礎(chǔ)數(shù)據(jù))信息。模型利用在矯直機(jī)入口的測(cè)溫儀測(cè)量出的鋼板溫度來計(jì)算鋼板的熱演化,并在矯直過程中根據(jù)鋼板的實(shí)際鋼種、化學(xué)成分特性等來進(jìn)行道次間計(jì)算。

  根據(jù)鋼板的幾何特性、每個(gè)道次不同溫度下的鋼種屬性,計(jì)算出上輥箱的工作位置(輥縫值),以及矯直機(jī)入口和出口處第一支引導(dǎo)輥的位置,并在設(shè)計(jì)的限定值的范圍內(nèi)計(jì)算出扭矩及矯直力的預(yù)設(shè)值,得出矯直策略。

  控制系統(tǒng)應(yīng)用這些預(yù)設(shè)值進(jìn)行鋼板矯直之后,一級(jí)控制系統(tǒng)將扭矩和矯直力的測(cè)量值發(fā)送給二級(jí)模型。二級(jí)模型根據(jù)這些測(cè)量反饋值,利用模型自身的自學(xué)習(xí)功能自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化,以提高下一支鋼板的矯直質(zhì)量。二級(jí)模型策略分析如下圖5所示:

二級(jí)模型策略分析

 ?。▓D5:二級(jí)模型策略分析)

  二級(jí)模型的主要功能如下:

  鋼板跟蹤:接收精軋機(jī)二級(jí)的數(shù)據(jù),主要包括鋼板的信息:鋼板的ID號(hào),化學(xué)成份,鋼種,軋制溫度,當(dāng)前溫度,厚度,長(zhǎng)寬等。

  數(shù)據(jù)記錄和報(bào)告:根據(jù)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行矯直數(shù)學(xué)模型的計(jì)算,并存儲(chǔ)實(shí)際矯直數(shù)據(jù)以及設(shè)備狀態(tài),出具矯直報(bào)告。

  操作人機(jī)接口(HMI):能過人機(jī)接口界面,可以使操作工看到模型計(jì)算的數(shù)據(jù)是否符合實(shí)際的應(yīng)用,并可以進(jìn)行人工的干預(yù)和修改。

  模型計(jì)算:主要根據(jù)精軋機(jī)的鋼板數(shù)據(jù)和信息,計(jì)算出矯直時(shí)的相應(yīng)數(shù)據(jù),如輥縫值、矯直速度,矯直壓力等。

  6 小結(jié)

  熱矯直機(jī)的應(yīng)用提高了鋼板的板形質(zhì)量,矯直機(jī)控制系統(tǒng)主要功能包括了傳動(dòng)控制和液壓系統(tǒng)的控制,以及二級(jí)模型的完善應(yīng)用,極大提高了鋼板的矯直質(zhì)量。目前中厚板廠利用該熱矯直機(jī)可生產(chǎn)JG670DB、X70、SS400等高強(qiáng)度品種板30余種,為生產(chǎn)高端中厚板產(chǎn)品提供可靠的技術(shù)保障,為企業(yè)贏得了效益,具有一定的推廣價(jià)值。

  作者:岳臨萍,女,電氣高級(jí)工程師,主要從事計(jì)算機(jī)控制與自動(dòng)化儀表的現(xiàn)場(chǎng)管理與維護(hù)。手機(jī):13864172994

  地址:山東濟(jì)南市歷城區(qū)工業(yè)北路21號(hào),郵編:250101

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