酸洗轧机联合机组中多闭环控制的运用研究

赵昆 张巍

（河北钢铁集团邯钢公司，河北 邯郸 056000）

前言

邯钢邯宝冷轧厂酸轧机组选用德国SMS 公司的酸洗-轧机联合机组。电气控制采用德国Siemens 自动化公司S7-400 以及SIMATIC TDC 控制器。为保证焊机在焊接的过程中酸洗段能够正常运行以及开槽机和圆盘剪在开槽或者进刀时酸洗段和轧机能正常运行，加入了入口活套、1 号出口活套和2 号出口活套来储存带钢，用以实现连续生产。其中冷连轧机选用CVC+五机架六辊串列冷连轧机组，板形自动控制技术。

一、机组概况

该机组采用德国最先进的米巴赫激光焊机对带钢头尾部分进行焊接，酸洗工艺选用盐酸浅槽紊流酸洗，其中酸槽入口设有破鳞机，酸洗出口采用高精度转台式切边剪，加入三个活套用以存储带钢，用以实现连续生产。其中流程之间都安装了一个KELE张力计来对所产生的张力进行实时控制，确保整个酸洗流程能实现生产节奏的有效控制，实现带钢的稳定输送[1]。机组冷轧机选用六辊5 机架串列冷连轧机组，其中除了每个机架的工作辊正负弯辊功能之外，6 辊轧机中间辊还配备了自动窜辊功能。其中带钢在进入轧机之前要经过测厚仪、焊缝检测仪，然后通过轧机前入口段的带钢纠偏装置以及三辊张紧稳定装置，随后才进入轧机轧制。其中可通过测厚仪对带钢进行厚度、宽的固定周期，测量带钢的凸度情况。在1 机架前后还通过设置激光带钢测速仪来实现带钢的秒流量控制，5 机架出口处安装板形辊实现对成品带钢的板型控制。

二、酸洗轧机联合机组中的多种闭环控制

在酸洗轧机联合机组的生产过程，需要满足生产过程中多样化的生产需求（酸洗效果、成品厚度、板型）等，同时需要保证在整个生产过程中系统的稳定运转，涉及目标多、要求多样化，故而需要用到多闭环控制，用以实现生产过程的标准化。从整个酸洗过程看，整个过程可分为酸洗段控制与轧机段控制，酸洗段控制主要依靠电机传动、酸洗液流量与加热实现；轧机段控制主要依靠电机传动、液压压下、乳化液喷淋等多种手段综合实现[2]。实现酸洗冷连轧机组中的多闭环控制，有助于在整个生产过程中实现整个控制系统的良好运行，实现各个控制环节处于一种相互依存，又相互影响状态。

（一）控制系统中的多闭环节

酸洗冷连轧机组的控制系统主要采用速度闭环控制、直接张力闭环控制、间接张力闭环控制、厚度闭环控制以及板形闭环控制等多个闭环控制环节。速度闭环控制与间接张力闭环是酸洗段主要采用的闭环控制环节，而轧机段所采用的闭环控制包括以上所述。在整个控制系统中，所述的闭环控制环节均由MS 控制器配合交、直流传动装置与液压伺服系统实现[3]。

1.速度主令控制环节

速度主令控制环节，又称速度控制环节。其中分为单传动速度控制和多传动速控制。单传动速度控制是整个冷连轧机生产控制的基础环节，其主要采用的控制方式主要为常规速度－转矩双闭环控制，通过响应时间的快慢分别控制系统设备的内环、外环。首先系统通过速度给定换算直接将速度给定发送给传动装置，然后再由传动装置来驱使电机转动，通过电机上的测速编码器来给系统进行反馈达到整个控制环节的速度调节。其中整个调节系统为典型的PI 调节系统。在实际生产过程中单纯的PI 调节系统很难在进行调整，再加上冷轧生产线所涉及的张力、惯量、摩擦等多个负载因素，都非常容易导致系统出现滞后性等现象，容易造成系统超调和欠调。因此在实际生产环节中加入了转矩控制这一环节，由PLC 系统根据设备的实际运行情况计算出所需的附加转矩提供给传动装置，然后加快设备系统转矩的变化来降低整个速度控制环节所出现的异常波动，以此提高整个速度控制环节的控制精度。而多传动控制主要应用于张力耦合的2 个或多个设备的传动控制。其在整个酸洗冷连轧机组中主要用于机组的S 辊上、下辊的传动控制，通过对整个张力系统进行控制，使得液压辊缝能够精确地对带钢第一机架的出口厚度调节控制,从而可获得更加精确的轧制出口厚度以及防止带钢表面出现皱褶与划痕。带钢在经过张力辊时主要包裹在衬胶的辊子表面，而电机输出过程中的转矩主要用于产生带钢与辊面的静摩擦转矩，使得带钢上形成一定的前后张力。因此，在张力辊的运行过程中，应保证上、下辊速度与转矩环节以其中一个辊子作为运行过程的速度基准，另一个辊子在拥有速度基准辊运行转矩的基础上进行速度跟随，确保两台辊子之间的补偿量科学合理。

2.间接张力闭环控制环节

间接张力控制在生产过程主要应用于带钢开卷、输送和卷取这一工作区段，确保带钢的张紧状态，防止带钢表面出现划损现象。再生产过程中，为确保带钢在张紧状态不发生塑性变形，需要开卷机、张力辊、卷取机等相关设备等电机输出转矩应用于建造带钢张力的基础上，确保带钢与相关设备接触面接触时可以通过相关设备的电机转矩换算出带钢在接触时所受到的张力大小，而系统就可以通过这类换算达到控制电机转矩、张力闭环控制的作用。在实际成产过程中，可将设备中的张力给定划算环节接入PLC 的张力给定单元，形成一个典型的间接张力冷轧控制系统，通过将张力给定换算环节的给定张力值换算成相关的电机转矩值，防止设备在生产过程出现失张或者电机升速现象。通过将张力转矩的给定值作为整个设备速度调节过程中的输出转矩限定幅度，使得整个速度的调节过程能够出现饱和现象，通过将速度调整环节中的给定值略微进行调整使其略高或者略低于实际运行速度，使得速度调节过程中的输出转矩与张力转矩给定值相符合。

3.ATC 闭环控制

在机组的冷轧轧制环节，控制机架之间的张力对带钢轧制过程中的稳定性、板型情况、厚度指标有着一个极其重要的作用。因此，在实际的生产过程中需要在整个机组的冷轧轧制机架之间设置一套用于控制机架之间的张力的控制系统，即ATC 自动张力控制系统。通过ATC 控制系统改变冷轧机组之间相邻两个机架带钢入口线与带钢出口线的速度之差来减少机组相邻两座机架之间的带钢张力，通过改变相邻两座机架之间的带钢张力速度差，从而使得机组轧制环节的工艺参数发生变化，相邻两架机架之间的张力也会发生变化，当张力反馈量发生相应变化时，通过ATC 系统的张力调节器来调节张力的输出量，使得机架之间的电机运行速度发生改变，从而使相邻两架机架之间的张力值恢复到原来的大小。其次，还可以通过ATC 系统的闭环控制来调整机架之间的压下量来达到调节机架之间钢带张力的效果。在实际生产过程中，通过调节压下量来保持张力恒定，是整个ATC 闭环控制环节基础。

4.板型闭环控制

在生产过程中，带钢的板型是决定冷轧带钢质量的基础前提，对后续的生产工序有着一定的影响作用。在邯钢邯宝冷轧厂的酸洗-轧机联合机组，其主要通过板形自动控制技术来实现板形的自动闭环控制。其中可通过调节机组中工作辊的正负弯辊来实现工作辊的挠度变化，避免带钢出现中间浪和两边浪这一缺陷。或者还可以通过这一系统实现带钢宽度、厚度以及材质的有关适应系数的改变，调节弯辊调节量的输出，使得整个机组效果的调节效果最大化。其次还可以通过控制系统压下的单侧摆动幅度，调节带钢单边的压下量来实现带钢单边浪的消除。而板型闭环控制主要通过内涵的板型控制模型来实现对不同权重的压下倾斜、工作弯辊以及乳化液分段冷却的控制。

（二）控制系统中多闭环节的同步关系

在上述所叙述的多种闭环控制环节是邯钢邯宝冷轧厂的酸洗-轧机联合机组的自动控制系统当中控制环节的集中体现。在实际的生产调试环节中，需要运用到多个控制环节在相同的时间、空间内交错运行来实现对整个生产流程的闭环控制。在此之前，还需要对各个环节的控制周期以及信号反馈周期进行同步验证，减少其反馈过程出现的相位差，控制整个环节同步进行，避免整个控制环节出现问题，确保整个控制系统达到良好的控制状态。因此，在整个系统进行同步的过程中，需要将各个控制环节的同步关系理清楚，将实际技术与理论模型相结合，建立一套相应的相位数学模式，确保整个系统的控制同步[4]。在整个生产过程中多控制环节的联结工作中，可将生产过程中的主要控制环节调剂系统放开，将辅助控制环节的调节系统做出一定的限制，从实际反馈回来的数据出发，将辅助控制环节设置合理。例如，在酸洗冷轧联合机组中对5 机架的压下量进行调整时，需要用到多个控制环节，其中的ATC、TDC 都是5 机架的压下调整的辅助控制手段，需要将上述多个调整手段相结合达到一个多闭环控制效果。在此同时还需严格把控其中每个环节的控制力度，避免因为一个环节的失效，影响到其他环节的控制效果。

结语

多闭环控制效果的应用，使得酸洗冷连轧机在生产过程中可以精确的实现对于成品带钢厚度、板形等重要指标地把控，实现生产成本投入的减低，实现生产过程的精准化。将多闭环控制环节应用的生产中，有利于实现各生产段控制环节的有序结合，使得整个环节成为一个有序的整体