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1、1750mm 热连轧宽度控制系统原理及故障分析【摘 要】本文主要阐述了热连轧宽度控制系统工作原理及对故障案例进行分析，对冶金液压系统类似故障的排查和分析 具有较好的借鉴作用。【关键词】热连轧 宽度 AWC 原理 故障1. 前言 随着国内热连轧产能的增加，热轧产品的市场竞争日趋激烈，在降低生产成本的同时，产品质量也决 定着一个企业的市场地位、竞争力和效益提高。热轧生产中粗轧机AWC系统的稳定投用，是热轧产品宽度 控制的重要手段，能有效提高产品宽度的控制精度，通过短行程（SS）、轧制力宽度自动控制（GM）、形 状补偿（SC）、温度补偿等功能（TC），减少中间坯的切头切尾长度，提高成材率，提高轧后板
2、宽沿其全 长方向的宽度控制精度，为下一工序的使用和成本降低创造了良好的条件，能大大提高产品的市场竞争力， 为企业创造更高的经济效益。2. 工作原理对带钢宽度进行控制要有针对性，影响宽度的主要原因有：1、中间坯头尾的在轧制中的宽度变化： 由于头尾在轧制中缺乏一个能回牵轧件的力矩，因此在头部和尾部将出现两个非稳定段，随着立辊轧机宽 度侧压量的增大，头尾部分和稳定轧制部分金属在压下时的流动不同而造成的头尾失宽；2、由于连铸板 坯宽度不均匀或在清理班坯时造成边部缺陷，形成原始宽度不均；3、板坯材料成分的波动所引起的抗力 不同；4、由于温度不均，特别是板坯在加热炉滑道上产生的水冷黑印，造成轧出宽度不均；
3、5、在各种工 艺条件下，因控制参数波动将造成全长方向上宽度不均匀。2.1 自动化控制为解决以上原因造成的宽度不均， AWC 系统通过采用短行程、轧制力自动宽度控制、形状补偿控制、 温度补偿控制等实现。这几种控制分为几种不同的形式：有反馈控制，如轧制力自动宽度控制，有前馈控 制，如短行程控制、形状补偿控制、温度补偿等控制。单侧立辊控制系统示意图，见图1。图 1 单侧立辊控制系统示意图SrgPreset （预设定辊缝） PresetForHeadEnd （宽度补偿值） SrgAct （空载辊缝） CalOffSet （修正值）ScyPreset （预设定液压缸位置）ScyAct （实际液压缸位置）
4、2.1.1轧制力自动宽控制（GM）轧制过程中轧制力的变化引起轧机弹跳的改变，负载辊缝的改变又引起轧件宽度的变化。轧制力自动 宽度控制是使用轧制力和立辊轧机弹跳特性，计算辊缝的波动值，作为一个辊缝纠偏量反馈给AWC控制程 序，用于校正这些宽度偏差，以此来改变负载辊缝，以确保轧出的带钢在全长上宽度均等。轧制力自动宽 控制是一种反馈宽度控制，对板坯温度不均，特别是水印影响以及对板坯宽度不均和清理缺陷影响起到一 定的补偿控制作用。2.1.2短行程控制（SS）为了减少板坯轧制时变形不均匀引起的带钢头尾失宽，短行程控制技术按照立辊侧压调整板坯头尾端 缩窄的轮廓曲线，采用与该曲线对称的反函数曲线，即在板坯头
5、部进入机架或尾部离开机架时，根据板坯 的硬度组、钢种、宽度、厚度等级动态地调整立辊的开口度，然后再经过水平辊的继续轧制，带钢的头尾 部的不规整形状将大大减小。短行程控制在第一道次使用，如果形状和温度补偿功能被选用，在每个道次 都可以使用短行程功能。2.1.3形状补偿控制（SC）在偶道次时，安装在轧机入口的测宽仪，可以测得板坯宽度剖面曲线，提供板坯从头部到尾部整体的 宽度变化。宽度曲线包括大量沿板坯长度方向的宽度偏移量的采样和储存，用于板坯进入立辊轧机后的立 辊辊缝补偿，消除宽度上的变化，宽的部位比窄的部位要被立辊挤压的多些,因此在轧制过程中宽的部位 被挤压,窄的部位相对就被拓宽,最终中间坯的两
6、边就形成了平行线，能生产出宽度均匀的板材。形状补偿 可以在除了第一道次之外的其他道次使用。2.1.4温度补偿控制（TC）当测宽仪测量板坯宽度时，高温计在全长上测量板坯中心区域一个点并输出一个和板坯表面温度成比 例的模拟信号。实际宽度和带材温度信号同时获得并储存，温度值立刻被筛选，并且进行定点温度补偿值 计算。在测宽仪和高温计测量时，激光测速仪测量相同的目标点，用于确定宽度和温度测量点的位置，以 便下一道次的前馈轧制。除了第一道次以外，温度补偿可以在任意道次使用（第一道次不能进行数据测量）。2.1.5 形状补偿、温度补偿和短行程控制的关系。当AWC功能投入使用时，对下一道次将进行功能选择。根据设
7、定值和板坯进行AWC控制所得到的数据 进行辊缝的调整。板坯头部和尾部进行轧制时需要短行程控制，板坯中间位置采用形状补偿和/或温度补 偿。可以在同一道次使用短行程控制、温度补偿和形状补偿，开始使用短行程控制，接着转换到形状补偿 和温度补偿，在尾部又转换到短行程控制，即超过短行程控制范围，转换到形状和/或温度补偿。2.1.6 AWC功能投用条件AWC控制程序设置了几个故障条件。当条件受到限制时，一个或者几个AWC功能将关闭：如轧制力测 量功能故障时，轧制力宽度自动控制功能将关闭；如热金属检测仪、激光测速仪故障时，对板坯跟踪信号 值肯定会存在误差，则AWC所有功能将关闭，如果在轧制过程中发生错误，A
8、WC功能将逐步关闭，但轧制 力宽度自动控制功能可以继续使用；如测宽仪故障或者数据丢失时，形状补偿功能将在轧制过程中逐步停 止，但温度补偿可以一直使用；如高温计出现故障时，温度补偿将在轧制过程中逐步停止。2.2 液压控制系统液压控制系统是 AWC 功能主要的执行机构和反馈机构，此系统接收立辊轧机和自动宽度控制系统发出 的指令，并采集各种信号反馈给AWC控制系统，主要控制上下AWC液压缸和平衡液压缸、采集位置和轧制 力信号、发出对所控制设备的报警等。单个AWC缸液压系统示意图见图2。图 2 单个 AWC 缸液压示意图2.2.1 控制 AWC 液压缸 液压系统通过伺服阀控制进、出油缸的流量来使单个油
9、缸动作，油缸位置变化后，测量值与目标值进 行比较，如果不同，通过反馈值再进行调整。在立辊轧机的任意一侧，上下液压缸还有同步控制，通过位 置检测进行调整，保证轧机每侧上下液压缸同步动作，避免倾斜对产品和设备的不利影响。2.2.2 平衡缸控制平衡缸的主要作用是保持立辊轴承座和AWC液压缸之间有恒定的作用力，避免产生间隙造成辊缝设定 误差和设备受到冲击而损坏。控制系统通过压力闭环控制平衡缸的压力，使液压回路提供这一恒定压力。2.2.3 采集位置信号和空载辊缝计算位置测量大多采用MTS位移传感器，测量精度为lum。每个液压缸都有一个位移传感器，一共有6个 位移传感器。当每个液压缸完全缩回时液压缸处于零
10、位置。液压缸伸出时，液压缸位移传感器的测量值为 逐渐增大。单侧空载辊缝由于其它位置都是固定（如轧机中心线到立辊轧机设备零位之间的距离、平衡缸到轧辊 中心距离等）或可以输入的（如轧辊直径数据），所以空载辊缝是控制系统通过平衡缸位移量来计算得出 的。2.2.4 采集轧制力信号和保护压力测量大多采用HYDAC的压力传感器，测量量程为0-600bar。立辊轧制力是指传动侧和操作侧轧辊 施加给板坯力的总和，理论上两边的力应该相等，通过压力传感器计算得出。每个液压缸的两腔都有压力 传感器。在轧制过程中使用过载保护，当实际轧制力（任意一侧）大于设定值，轧机将会快停。2.2.5 故障报警 控制系统提供多种故障
11、报警，以便快速判断事故原因、解决问题、恢复生产，主要有以下几种报警：泵站故障、液压系统未准备好、达到油缸行程最小值、超过油缸行程最大值、位移传感器故障、压力传感 器故障、超过最大轧制力、轧制力偏差超过极限值、达到倾斜极限、平衡控制故障等。3. 故障案例分析对于系统维护人员，诊断功能是必不可少的。在系统中有专用的诊断设备：过程数据采集IBA设备。 IBA系统是一个过程诊断和维护系统，供维护人员使用。IBA能够记录自动化系统中存在的各种变量，既 可以是测量值，也可以是自动化系统中的计算值，既可以是逻辑状态，也可以是数字量。记录值可以使用 离线方式送到任一台操作终端上作进一步的分析，在线记录的数据只
12、可以在IBA工作站上显示。下面就通 过IBA记录来对AWC故障进行分析、判断。3.1 故障现象在设定辊缝和轧制过程中，AWC传动侧阀台震动大。3.2 分析引起阀台震动原因较多，通过查看IBA曲线(见表1),发现控制传动侧下AWC油缸的伺服阀的阀芯零 偏异常。通过 Y1 轴发现伺服阀设定的阀芯给定( AiHwcSrvFbBtmDs )为 1.96%，实际阀芯反馈位置 (AoHwcSrvRefBtmDs)为T2.63%,两者相差达 14.59%。表1 IBA记录SignalNameX1X2X2 - X1Y1Y2Y2 - Y1Unit1AiHwcSrvFbBtmDs08:10:2908:15:295:001.962.050.09%2AoHwcSvoRefBtmDs08:10:2908:15:295:00-12.63-12.590.04%3.3 结论当伺服阀零偏在 5%以上时，系统就进入不稳定状态，以上已经达到 14.59%，远远超出范围，造成伺 服阀不能正常工作，更换伺服阀后，设备正常。4. 结束语AWC 系统自动化控制和液压系统比较复杂，是机械、电器、液压之间互相协调、作用的系统，连锁较 多，故障判断比较困难。 AWC 系统能否稳定投用，熟悉掌握它的工作原理、快速排除故障非常重要，这样 能大大提高设备的运行率，使产品宽度一直在可控范围内，有力提高市场竞争力。
