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1、应用研究l APPLICATION RESEARCH CHINAINSTRUMENTATION中阅便霹饭表 不锈钢退火酸洗线带钢 对中控制技术应用 The Application of CPC System for Stainless Steel Annealing and Pickling Line 王庆强 (宝钢股份宁波宝新不锈钢有限公司， 浙江宁波315807) 要：介绍了板带对中控制系统工作原理和其在不 锈钢退火酸洗线(APL)中的应用，并分析 了如何在不锈钢处理线适当位置设计不同 类型的纠偏辊，达到理想的对中效果。 关键词：退火酸洗线对中控制系统纠偏辊 Abstract：This a
2、rticle describe the theory and application of the CPC system in Annealing and Pickling Line for stainless stee1And analyze the design for CPC equipment in different place in the process line for stainless line Key words：APL CPC system Steering roll 2014年第1期 在不锈钢冷轧板生产中为提高作业效率，一 般把退火、酸洗合成连续作业线，即连续退火酸洗
3、 线，简称APL。带钢需经开卷机开卷、焊接、入口活 套、连续退火炉、酸洗段，到达出口活套，最后卷取 机完成卷取、下卷。其工艺流程布置如图1所示。 图1 APL$备工艺流裎图 板带对中控制系统(简称CPC系统)是不锈钢 生产线中必备的设备，其用途是控制带钢运行的位 置，防止带钢跑偏或者卷取不齐。根据用途，对中系 统可分为3类：(1)开卷机CPC控制系统，其用途是 确保从开卷机出来的带钢始终处于机组中心线上； (2)机组各种形式的纠偏辊装置，作用是弥补由 于带钢板形，或者辊子位置造成的带钢跑偏现象； (3)卷取机CPC控制系统，根据测量的带钢位置偏 差控制卷取机跟随移动，确保带钢卷齐。 对中控制系
4、统设备通常由4部分组成：(1)带钢 位置传感器检测带钢位置偏差；(2)对中控制器根 据检测的偏差进行计算并输出控制信号；(3)液压 誊囊 摘 阁豫嚣诹表CHINAINSTRUMENTATION 2014年第1期 APPLICATION RESEARCH l应用研究 和机械执行机构，通过伺服阀带动开卷机、卷取机 或者纠偏辊移动，纠正带钢位置；(4)移动框架位 置传感器，检测开卷机、卷取机或者纠偏辊位置， 实现框架位置定量控制。 对中控制系统需要控制带钢运行位置，首先必 须准确检测带钢的位置。目前按测量传感器测量原 理不同，可分为电容式、电感式和光电式等3类。 电容式、电感式传感器都是由发散和接收
5、2部 分构成，往往做成矩形框架，带钢在框架中穿行，一 旦偏离机组中心线，两侧传感器产生对应的偏差信 号送给对中控制器进行计算和控制。框架开口度一 般只有400-500mm，开口度增大会减弱测量信号， 无法准确测量。由于这两种传感器开口度较小，一 般用于机组中部的纠偏辊装置上。 光电式传感器也包括光源和镜头2部分，优点是 光源和镜头分离、开口度大、测量精度高，一般用于 开卷机和卷取机。 在长达几百米的不锈钢退火酸洗处理线中， 由于带钢板形、辊系位置偏差等原因，容易造成板 带运行时偏离中心线，导致板带和设备损坏，造成 生产损失。为此，如何控制带钢在机组中心位置稳 定运行，是各类处理线中的一个重大课
6、题。下面就 APL机组不同部位的对中控制系统进行研究分析。 开卷机与导向夹送辊之间自由距离的13以上。在这 个位置的带钢下方设计安装高频光源，光源的垂直 上方安装2组光电传感器，两个传感器的中心应当与 机组中心线重合。此类对中系统应当考虑配备压缩 空气吹扫设施，定期清理光源和镜头之间异物，避 免测量干扰造成误动作。 图2开卷机带钢位茸传感器设计 实际机组设计中往往由于开卷机附近设备限 制，没有合适位置安装光电式传感器。为此，在第一 个导向夹送辊后安装电感式或电容式带钢位置传感 器，如图3中右侧方案。这种方案的缺点是检测延时 较大，会造成对中控制滞后或振荡。为此，可以在开 卷机后第一个导向夹送辊
7、上安装编码器测速，也可 以通过机组PLC将其测量的速度发给对中控制器。 开卷机的位置测量一般采用线性传感器，例如 滑线变阻器测量。对中控制器根据带钢位置偏差成 比例地控制开卷机移动，使偏离的带钢回到预定的 机组中心线。 1开卷机对中系统分析 2入口和出口活套对中系统分析 开卷机CPC控制系统，其用途是确保从开卷机 出来的带钢始终处于机组中心线上。 由于开卷机附近一般都有穿带导板、夹送辊 等移动的机械设备，电容和电感式传感器开口度一 般只有400-500mm左右，难以安装在开卷机附近。 而采用光电式传感器又容易受到垫纸、油污等的影 响，因此，带钢位置传感器的安装设计显得尤为重 要。两类安装位置如
8、图2所示。 如果开卷机附近安装空间允许，优先选择光电 式传感器，如图左侧将光电式传感器安装在导向夹 送辊前，位置应当尽量靠近开卷机，一般要求大于 带钢开卷后进入焊机，前后钢卷焊接完毕，机 组再重新升速运行。一般在焊机后设置一套纠偏 辊，可控制入口段带钢位置便于焊机对中焊接；确 保带钢进入活套前处于机组中心位。因此，设计采 用PI型(比例积分型)纠偏辊比较好。典型的比例积 分型纠偏辊如图3所示。 这种纠偏辊采用弧形摆动的机械框架，将垂直 于带钢运动的P(纯比例)纠偏和与带钢平行方向移 动的I(纯积分)纠偏结合在一体，其摆动支点远离 纠偏辊框架，所以称为虚拟支点，虚拟支点距离一 般在1015m之间
9、。此类纠偏辊具有响应速度快、纠 47 中闽俄嚣饭表CHINA INSTRUMENTATION 2014年第1期 APPLICATION RESEARCH l应用研究 在酸洗段的出口必须设置一套纠偏辊，确保带 钢进入活套时处于机组中心，应当选用P(纯比例 型)纠偏辊，避免影响入口侧带钢。反之，若采用PI 型纠偏辊，纠偏辊移动时会牵扯夹送辊处的带钢。 在纠偏辊动作初期带钢被夹送辊压紧不能回中，一 旦纠偏幅度过大超过夹送辊摩擦力时，带钢又会出 现跳动，造成纠偏控制振荡，形成带钢和纠偏辊往 返运动，难以控制局面，甚至会造成带钢跑偏刮边， 损伤带钢和设备的故障。 4卷取机对中系统分析 卷取机对中控制系统
10、作用是根据测量的带钢位 置偏差控制卷取机跟随移动，确保带钢卷齐。它也 是由带钢位置传感器、卷取机位置传感器、对中控 制器和液压机械执行机构4部分组成。 卷取机工作步骤一般是带钢首先穿带并在卷筒 上夹紧，随后建立张力使带钢绷紧；此时，带钢位置 传感器进行边部检测和记忆，一般称之为找边。找 边完成后系统以此位置作为控制的基准，系统投入 自动状态。对中控制器根据光电传感器检测出的带 钢实际位置偏差D，控制液压伺服阀带动卷取机同 向移动相同距离，实现带钢边部在卷筒上卷齐。一 般卷取对中系统精度要求lmm以内。由于卷取机区 域移动设备多，且要求精度高，设计都选用光电式 带钢位置传感器。卷取机跟随带钢偏差
11、实现卷齐， 其功能受到多方面影响： (1)带钢在卷取机前转向辊处不能有横向滑 动； (2)检测镜头在转向辊前并尽量靠近它； (3)转向辊要平行于卷取机的卷筒。 卷取机能否卷齐带钢，转向辊与带钢不横向打 滑是关键前提。如果发生打滑，卷取机就变成了纠 偏辊，造成带钢往复运动，无法卷齐。只有此处摩擦 力够大，确保带钢与辊面紧密贴合不侧滑，才能实 现卷取机跟随带钢偏移卷齐钢卷。 为确保带钢不在转向辊上侧滑，需尽量加大二 者间摩擦力。第一，设计时加大转向辊与卷筒的高 度差，提高带钢在转向辊上的包角A，增大接触面 积；第二，选择摩擦系数大的辊面材料，加大摩擦系 数f第三，在设备和带钢允许的情况下加大张力T
12、。 实际生产中要防止辊面油污降低摩擦系数，导致辊 面与带钢打滑。同时要重点维护好光电传感器，确 保其安装位置与角度，防止测量误差。 5结论 在不锈钢处理线生产中，合理设计和布置纠偏 系统是防止带钢跑偏的关键，同时还应当采取采用 凸度辊型的选择、托辊采用内jr-T-角度布置等机械 措施辅助，抑制带钢跑偏。 通过长期维护对中系统设备，处置许多处理线 跑偏的难题，总结了上述的一些对中控制设备设计 和维护经验。总之不锈钢处理线的对中系统设计选 型时注意以下几点： (1)开卷机对中系统在传感器安装在导向辊 后的情况下，要合理采取延时环节避免对中控制失 效；光电式要注意光路清洁无遮挡； (2)活套容易跑偏，其转向辊一般采用比例积 分型纠偏；拖车上一般采用纯积分型纠偏；同时应 当采取辊型设计和托辊角度等机械措施，抑制带钢 跑偏； (2)炉子出入口采用比例积分型纠偏，中部高 温段不建议设置纠偏装置； (3)酸洗段对中建议采用纯比例型纠偏，如果 采用纯积分或比例积分型纠偏必须确保辊前距离， 酸洗工艺段很长的情况下可以在其中部增设纯比例 型纠偏辊； (4)卷取机对中都采用光电式，其卷齐效果很 大程度与导向辊有关，设计时应当尽量增大带钢与 卷取机前转向辊的摩擦力。 作者简介：王庆强，高级工程师，主要研究方向为不锈钢冷 轧过程自动化技术。 49
