賈 建，葛 祥，余 瓊，王浩晴，吳 昊

（馬鋼（合肥）鋼鐵有限責(zé)任公司，安徽合肥 230011）

引言

帶鋼板形包含橫向和縱向兩個(gè)方面的尺寸指標(biāo)，橫向指的是帶鋼斷面的厚度分布，包括凸度、邊部減薄及局部高等，如圖1所示；縱向是指沿帶鋼長(zhǎng)度方向上的平坦程度，俗稱(chēng)浪形，如圖2所示。馬鋼（合肥）公司連退機(jī)組平整采用人工方式通過(guò)調(diào)整延伸率、彎輥、傾斜等工藝參數(shù)來(lái)控制帶鋼板形，以消除帶鋼屈服平臺(tái)。然而在平整高速運(yùn)行期間，一旦出現(xiàn)邊浪、中浪等較差板形時(shí)，人工很難做到對(duì)板形進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整，馬鋼（合肥）公司開(kāi)發(fā)的板形自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了板形的自動(dòng)控制，保證了帶鋼的板形，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖1 中浪（帶鋼中部長(zhǎng)，帶鋼邊部短）

圖2 邊浪（帶鋼邊部長(zhǎng)，帶鋼中部短）

1 存在的問(wèn)題

圖3 記錄了馬鋼（合肥）公司連退機(jī)組2020 年發(fā)生的一起因操作不當(dāng)導(dǎo)致平整帶鋼斷帶事件，當(dāng)時(shí)帶鋼板形較差，操作人員在進(jìn)行傾斜調(diào)整期間，由于誤操作，加劇了板形的進(jìn)一步惡化，致使帶鋼出現(xiàn)邊皺，與干燥風(fēng)箱噴嘴干涉導(dǎo)致斷帶，整個(gè)斷帶事件處理將近十個(gè)小時(shí)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖3 平整斷帶時(shí)工藝參數(shù)曲線(xiàn)

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

板形自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括：自動(dòng)板形控制服務(wù)器、實(shí)際板形值測(cè)量及處理系統(tǒng)、板形控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)（工作輥彎輥、中間輥彎輥和傾斜）、接收并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的PLC 系統(tǒng)、用于操作工對(duì)板形監(jiān)控的HMI畫(huà)面等五個(gè)方面，如圖4所示。

圖4 自動(dòng)板形控制系統(tǒng)硬件配置

2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

2.1.1 彎輥控制

彎輥對(duì)消除帶鋼中浪或者邊浪等板形缺陷具有較高效率，當(dāng)板形儀測(cè)量通道的實(shí)際值與帶鋼目標(biāo)板形值產(chǎn)生偏差時(shí)，由平整機(jī)板形控制模形根據(jù)各通道的偏差，綜合計(jì)算出工作輥彎輥的控制輸出量及中間輥彎輥的控制輸出量。

2.1.2 傾斜控制

傾斜對(duì)消除帶鋼單側(cè)邊浪板形缺陷具有較高效率，當(dāng)帶鋼產(chǎn)生單側(cè)的板形缺陷時(shí)，傾斜自動(dòng)控制模形會(huì)輸出對(duì)應(yīng)一側(cè)的傾斜控制量，通過(guò)調(diào)節(jié)單側(cè)輥縫值，以消除單側(cè)板形缺陷。

2.2 測(cè)量系統(tǒng)

板形測(cè)量系統(tǒng)主要包括板形測(cè)量輥、計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)接口單元，在板形測(cè)量輥的每個(gè)測(cè)量通道上包含若干個(gè)壓力測(cè)量傳感器，帶鋼在這些壓力測(cè)量傳感器上產(chǎn)生徑向力FR.1～FR.n，壓力測(cè)量傳感器將徑向力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，板形測(cè)量系統(tǒng)對(duì)發(fā)送來(lái)的電信號(hào)加以處理和計(jì)算，得到實(shí)際板形值。圖5 中，α表示帶鋼在測(cè)量輥上形成的包角，F(xiàn)T.1～FT.n表示與測(cè)量通道相對(duì)應(yīng)的每條帶鋼的張力。

圖5 版形測(cè)量滾的工作原理

2.3 自動(dòng)控制流程

板形的自動(dòng)控制流程圖如圖6所示。

圖6 自動(dòng)板形控制流程圖

（1）現(xiàn)場(chǎng)板型測(cè)量系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)實(shí)際過(guò)程中的帶鋼板形情況進(jìn)行檢測(cè)，收集相關(guān)板形數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)解讀，并將解讀后的數(shù)據(jù)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳送給板型控制服務(wù)器。

（2）板型服務(wù)器根據(jù)接收的電文內(nèi)容進(jìn)行分析決策，根據(jù)板型測(cè)量系統(tǒng)發(fā)來(lái)的實(shí)際通道數(shù)據(jù)調(diào)用板型計(jì)算函數(shù)，并將計(jì)算出的數(shù)據(jù)下發(fā)送給PLC 系統(tǒng)，其中計(jì)算流程如下：

1）板型服務(wù)器根據(jù)當(dāng)前實(shí)際設(shè)定的板形目標(biāo)曲線(xiàn)參數(shù)（可由操作工手動(dòng)控制）計(jì)算并繪制出板形目標(biāo)曲線(xiàn)。

2）板形服務(wù)器根據(jù)從板形儀接收的板形實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算并繪制出板形實(shí)際柱形圖。

3）板形服務(wù)器結(jié)合目標(biāo)板形曲線(xiàn)（板形目標(biāo)值）和實(shí)際板形柱形圖（板形實(shí)際值）獲取板形偏差值。

4）板形服務(wù)器根據(jù)板形偏差情況判斷需要啟用調(diào)整的功能并對(duì)計(jì)算各項(xiàng)控制功能的調(diào)整量，并對(duì)各項(xiàng)控制參數(shù)加以系數(shù)修正。

（3）板型服務(wù)器最終將計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC控制系統(tǒng)。

（4）PLC 控制系統(tǒng)根據(jù)板型服務(wù)器發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)對(duì)彎輥及傾斜等各執(zhí)行機(jī)構(gòu)下發(fā)目標(biāo)參數(shù)。

2.4 HMI畫(huà)面開(kāi)發(fā)

板形自動(dòng)控制系統(tǒng)的HMI 畫(huà)面主要包括軋制信息窗口、控制狀態(tài)顯示窗口、板形控制功能窗口、目標(biāo)曲線(xiàn)調(diào)整窗口、歷時(shí)板形回放窗口、控制參數(shù)設(shè)定窗口、投入速度設(shè)定窗口、死區(qū)設(shè)定窗口及執(zhí)行機(jī)構(gòu)限幅窗口等，其主畫(huà)面如圖7所示。

圖7 自動(dòng)板形控制HMI畫(huà)面

2.4.1 軋制信息顯示窗口

軋制信息顯示窗口用于展示當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)的鋼卷的實(shí)時(shí)信息，主要包括鋼卷號(hào)、鋼種、帶鋼寬度、軋制長(zhǎng)度、軋制速度、入口厚度、出口厚度、軋制力、入口張力、出口張力、入口單位張力、出口單位張力、A1_FB、A2_FB 等，以幫助操作人員更好的確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，以完成對(duì)板形控制實(shí)際情況的判斷。

2.4.2 控制狀態(tài)顯示窗口

控制狀態(tài)顯示窗口包括實(shí)際板形顯示、竄輥位置顯示、控制實(shí)際值等，其中實(shí)際板形顯示部分，展示了目標(biāo)板形曲線(xiàn)和實(shí)際板形柱形圖，該部分可通過(guò)調(diào)整按鈕對(duì)顯示量程進(jìn)行更改。為符合操作人員習(xí)慣，系統(tǒng)中將彎輥值的單位調(diào)整為百分比，工作輥彎輥的上限為100%，下限為-50%；中間輥彎輥的上限為100%，下限為0；傾斜值的單位為μm，上限為2 000，下限為-2 000。

2.4.3 功能面板窗口

板形控制功能窗口包括ASC 功能開(kāi)關(guān)、工作輥彎輥、中間輥彎輥、傾斜控制、邊部通道控制、邊部通道顯示、系統(tǒng)報(bào)警、操縱屢歷、控制核心、數(shù)據(jù)采集、分類(lèi)數(shù)據(jù)、PLC 電文發(fā)送、PLC 電文接收、板形儀通訊、狀態(tài)監(jiān)視等，ASC功能開(kāi)關(guān)為板形自動(dòng)控制模式的總開(kāi)關(guān)，僅當(dāng)該按鈕被按下時(shí)，各項(xiàng)板形控制功能才可以進(jìn)行投用。

2.4.4 目標(biāo)曲線(xiàn)調(diào)整窗口

目標(biāo)曲線(xiàn)調(diào)整窗口用于對(duì)目標(biāo)曲線(xiàn)進(jìn)行調(diào)整，包括PC 模式與PLC 模式，其中PC 模式下允許在該面板對(duì)目標(biāo)板形曲線(xiàn)進(jìn)行調(diào)整，PLC 模式下不允許手動(dòng)調(diào)整目標(biāo)曲線(xiàn)參數(shù)，實(shí)際值中的A1、A2、A6 分別對(duì)應(yīng)下發(fā)的傾斜、凸度、邊部，即這三項(xiàng)參數(shù)用于調(diào)整實(shí)際板形的傾斜、中部、邊部。其中傾斜增加時(shí)目標(biāo)曲線(xiàn)會(huì)往操作側(cè)壓，傾斜減小時(shí)目標(biāo)曲線(xiàn)會(huì)往傳動(dòng)側(cè)壓，凸度增加時(shí)目標(biāo)曲線(xiàn)會(huì)呈開(kāi)口向上的拋物線(xiàn)以改善中浪，凸度減小時(shí)目標(biāo)曲線(xiàn)會(huì)呈開(kāi)口向下的拋物線(xiàn)以改善邊浪。

2.4.5 參數(shù)設(shè)定窗口

參數(shù)設(shè)定窗口包括各項(xiàng)功能增益、權(quán)重、控制步幅、調(diào)整板形控制靈敏度、修改各項(xiàng)功能調(diào)整的上下限等。其中控制增益為核心程序計(jì)算過(guò)程中對(duì)該項(xiàng)控制功能進(jìn)行附加運(yùn)算時(shí)的參數(shù)，該參數(shù)越大，對(duì)該控制調(diào)整進(jìn)行的幅度越大。

3 結(jié)束語(yǔ)

自從板形自動(dòng)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，板形控制良好，未出現(xiàn)過(guò)因參數(shù)調(diào)整而導(dǎo)致平整斷帶事件，且調(diào)整曲線(xiàn)平滑，效果顯著。