陳淦　陳秋霞

摘 要：鋁材厚度控制精度是熱軋鋁板產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵指標之一，研究厚度自動控制系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用具有重要意義?；诖?，文章綜合分析了厚度誤差產(chǎn)生的因素，同時闡述了厚度自動控制的具體應(yīng)用以及故障診斷。

關(guān)鍵詞：熱粗軋機；厚度自動控制系統(tǒng)；彈跳；輥縫

引言

厚度控制系統(tǒng)是軋制自動化系統(tǒng)中不可缺少的一部分，它關(guān)系到板帶的厚控精度與性能及其成品率。熱粗軋軋制的產(chǎn)品質(zhì)量，不單單影響在粗軋機工序，影響到整個熱軋線的生產(chǎn)效率，更能影響到熱精軋的軋制產(chǎn)品質(zhì)量問題。因此厚度控制成為生產(chǎn)中的重中之重，通過自動厚度控制達到消除厚差以及產(chǎn)品質(zhì)量問題。

1 厚度誤差產(chǎn)生原因分析

一般而言，厚度誤差的產(chǎn)生原因包括三個方面，即軋件材料因素、軋機控制系統(tǒng)干擾因素和機械設(shè)備因素。

（1）軋件來料干擾因素。其中，軋件來料的寬度、硬度、厚度、平直度和斷面等因素都會影響到產(chǎn)品的厚度。

（2）軋機控制系統(tǒng)的干擾因素?？刂葡到y(tǒng)中影響鋁板厚度精度的主要因素包括軋機的速度、軋制力、彎輥、張力、厚度傳感器。

（3）機械及液壓裝置的干擾因素。軋機機械裝置本身的缺點及某個參數(shù)的變化會影響出口帶鋼的厚度，表現(xiàn)為軋輥彈跳、軋機剛度、軋輥直徑及寬度的變化、軋輥熱脹冷縮、軋輥軸承油膜厚度等。

2 厚控控制系統(tǒng)組成

（1）檢測裝置包含位置測量和壓力測量，其中壓下測量采用增量式編碼器，用于檢測壓下電機的速度，進而計算出壓下量。壓上測量采用磁尺位移傳感器，測量壓上缸行走位置，用于位置環(huán)控制。壓力傳感器，用于測量壓上油缸壓力，用于壓力環(huán)控制。

磁尺位移傳感器具有高精度、高可靠性、高頻響性，響應(yīng)頻率快，維護方便等優(yōu)點。壓力傳感器采用進口元件，保證高可靠性和穩(wěn)定性。高可靠性的檢測裝置，保證板帶的軋制精度。

（2）執(zhí)行機構(gòu)包含壓上液壓油缸，壓下電機和螺桿，彎輥缸，伺服閥，伺服閥放大版，西門子S7-400PLC控制器。通過調(diào)節(jié)壓上缸伺服閥的進油和出油來控制油缸的升縮，進而達到精確控制輥縫的目的。通過調(diào)節(jié)伺服閥的進油和出油來控制彎輥缸的伸出、縮回，從而控制彎輥力的大小。

（3）控制部分包含三個部分，分別為油缸模式，AGC控制模式和人機界面（控制軟件）。

油缸模式包含位置閉環(huán)，壓力閉環(huán)，彎輥控制。AGC控制模式包含GM-AGC，彈跳補償，傾斜補償。人機界面包含HMI主界面和軋制表。HMI主界面由軋機剛度測量，系統(tǒng)靠零，控制參數(shù)修正，系統(tǒng)診斷，帶材設(shè)定和輸入數(shù)據(jù)，軋制表和軋制序列，報警狀態(tài)等組成。

3 熱粗軋機自動厚度控制具體應(yīng)用

3.1 軋機靠零

由于在板帶軋制過程當中，軋輥對板帶的壓力使軋件產(chǎn)生塑性變形，板帶從入口厚度H壓縮到出口厚度h。與此同時，板帶也給軋輥以大小相同、方向相反的反作用力，這個反作用力傳到軋機本體各部位的零件，使各零件產(chǎn)生一定的彈性變形。這些彈性變形累積后都反映在軋輥的輥縫上，使輥縫增大，這就被稱為彈跳。實踐表明，在軋制力P的作用下，工作機座會產(chǎn)生彈性形變量ΔS其形變量ΔS與軋制力P之間的關(guān)系曲線，稱為彈跳曲線。

由于機座各零件之間的非線性接觸變形并不是穩(wěn)定的，并且每次換輥都會有變化，所以在實際生產(chǎn)中軋輥的實際零位是不難確定的，這樣擺輥縫時的基準點就不能夠確定，因此不能將彈跳方程直接用于控制板帶的軋出厚度。在實際生產(chǎn)中，為了消除上述不確定的影響，就需要軋機靠零。

靠零過程按照一下步驟執(zhí)行：（1）電動壓下抬起開輥縫50mm；（2）液壓壓上上升40mm；（3）壓下電機動作下壓；（4）軋制力大于30噸時，液壓壓上；（5）軋制力大于90噸，工作輥以靠零轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動；（6）軋制力大于900噸，支撐輥旋轉(zhuǎn)1-2圈后，存儲參考零點，然后開輥縫至指定位置，結(jié)束。實踐表明軋機靠零可以消除各不確定因素，為軋制精度提供保障。

3.2 自動位置控制系統(tǒng)（APC）/自動壓力控制系統(tǒng)（AFC）

在軋制過程中先將輥縫自動地控制到預(yù)先給定的目標值，并且使控制后的實際位置與目標位置誤差值保持在允許的偏差范圍之內(nèi)，這種控制系統(tǒng)稱為自動位置控制系統(tǒng)，簡稱為APC系統(tǒng)。為了按要求軋出所給定厚度的軋件，首先必須在軋件進入輥縫之前，應(yīng)預(yù)先設(shè)定輥縫；其次，在軋制過程中，為了使軋后的軋件厚度保持均勻一致，還必須跟隨軋制條件的變化及時地調(diào)整輥縫的大小，而這些都是通過APC的設(shè)定和輥縫調(diào)節(jié)及時完成的。

3.2.1 自動位置控制系統(tǒng)（APC）

由于粗軋機來料厚度大，并且每個道次壓下量較大，在自動擺輥縫的過程中，液壓缸的行程有限，故采用電液APC系統(tǒng)。這樣電動APC起粗調(diào)作用，液壓APC配合電動APC起精調(diào)作用。

電動APC系統(tǒng)，電動壓下位置采用雙閉環(huán)控制模式，外環(huán)為目標位置控制方式，內(nèi)環(huán)為速度環(huán)控制方式。通過增量型旋轉(zhuǎn)編碼器來檢測壓下電機的位置和速度，通過計算得到停車的提前量，在到達停車點前向壓下電機發(fā)送停車命令。由于停車后會有位置偏差，但是此位置偏差可以通過壓上油缸的位置調(diào)整加以補償，這種控制方式可以避免因位置超調(diào)而引起電機反轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的壓下螺絲與螺母之間的間隙。

液壓APC系統(tǒng)由伺服閥放大器、伺服閥、壓上油缸以及索尼磁尺等環(huán)節(jié)組成，其工作過程為，當軋輥的實際或輥縫與設(shè)定值之間產(chǎn)生偏差，此偏差信號經(jīng)FM458計算并經(jīng)伺服閥放大器，驅(qū)動伺服閥動作，進而驅(qū)動油缸，從而使軋輥的位置向目標設(shè)定值移動，直到軋輥的實際位置與設(shè)定值相等，使偏差為零，油缸停止移動，輥縫保持不變。

3.2.2 自動壓力控制系統(tǒng)（AFC）

壓力控制是AGC控制的第二個基本內(nèi)環(huán)，它需與其它AGC模式一同使用。安裝在壓上油缸上的壓力傳感器檢測負載操作側(cè)與傳動側(cè)油缸的壓力，經(jīng)轉(zhuǎn)換得到軋機軋制力反饋信號，反饋的軋制力信號和壓力給定信號相比較，用兩者的差值來驅(qū)動伺服閥，調(diào)整壓上油缸使差值趨于零來實現(xiàn)實際軋制負載與操作者給定軋制負載相一致。壓力控制主要用于軋機預(yù)壓靠調(diào)零、軋機調(diào)試、軋機剛度測量、壓力-張力速度AGC控制及故障診斷等。

4 故障診斷

在實際生產(chǎn)過程中，難免出現(xiàn)故障。故障可以發(fā)生在液壓油缸漏油，磁尺位移傳感器損壞，壓力傳感器損壞，壓上伺服閥堵塞等，導(dǎo)致厚控受到影響。這些故障可以通過HMI診斷畫面，報警表以及l(fā)abview數(shù)據(jù)記錄曲線綜合判斷出故障范圍和位置。數(shù)據(jù)的記錄和各傳感器的在線觀察，為故障排除提供了便捷。

5 結(jié)束語

熱粗軋機厚度自動控制系統(tǒng)對于保證鋁材厚度的加工精度具有重要意義。文章綜合分析了熱粗軋機厚度誤差的產(chǎn)生原因，分析了自動控制系統(tǒng)在瑞閩熱軋機的具體應(yīng)用。自動厚度控制系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中取得了良好的效果，為產(chǎn)品質(zhì)量提供基礎(chǔ)。

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