鞍钢1500mm冷轧平整机组延伸率控制技术

鞍钢1500mm冷轧平整机组延伸率控制技术

秦大伟,陈海朋,李世声,董广,王勇

(鞍钢股份有限公司冷轧厂,辽宁鞍山114021)

　　摘要:介绍了延伸率控制技术在鞍钢冷轧厂1500mm冷轧平整机组的应用情况,包括延

伸率控制系统构成、调试方法等,对轧制力控制模式和轧制力张力联合控制模式做了重点阐

述。根据生产实际,制定出控制系统各工艺参数的调试策略。针对平整机组加减速时出现的

延伸率波动问题,提出速度前馈轧制力预控的解决方案。

关键词:平整机;延伸率;轧制力;激光测速;调试策略

中图分类号:TG335　　文献标识码:A　　文章编号:1006-4613(2009)04-0051-04

Technol ogy for Contr olling El ongati on on1500mm Cold Rolled

Skin PassM ill in Angang

Q i n Dawe i,Chen Ha i peng,L i Sh isheng,D ong Guang,W ang Y ong (Cold Rolling Plant of Angang Steel Co.,L td.,Anshan114021,L iaoning,China)

　　Abstract:This paper intr oduces the current situati ons of the technol ogy f or contr olling el onga2

ti on app lied on1500mm cold r olled skin pass m ill such as the syste m constituent f or el ongati on con2

tr olling technol ogy and debug strategies,es pecially a contr ol mode f or the r olling f orce and a com2

bined contr ol mode f or the r olling force and tensi on f orce.Debug strategies f or contr olling vari ous

p r ocess para meters of the contr ol syste m are established according t o the actual conditi ons in p r oduc2

ti on.For the p r oblem of the el ongati on fluctuating as the skin pass m ill accelerates or sl ows down,

the s oluti on for p recontr olling the r olling f orce by s peed feed-f or ward is p r oposed.

Key words:skin pass m ill;el ongati on;r olling f orce;s peed measuring by laser;debug strategy

　　鞍钢冷轧厂1500mm平整机组始建于20世纪50年代,原系统采用的是给定压下量的开环轧制,技术极为落后,控制精度很低。随着生产的发展,原有机组已无法满足生产需要。因此,鞍钢于2007年对1500mm平整机组进行了大规模技术改造,控制系统部分选用了西门子公司的全数字计算机控制系统,并实现了平整机延伸率的闭环控制。本文以鞍钢1500mm冷轧平整机组延伸率控制系统为例,介绍了该系统构成及调试方法,重点介绍了针对不同厚度带钢所应用的两种控制模式,阐述了其工艺参数的优化原则。

　　秦大伟,助理工程师,2004年毕业于鞍山科技大学电气自动化专业,现工作于鞍钢股份有限公司冷轧厂1#线。1　1500mm平整机组延伸率测量方式1.1　延伸率定义

冷轧平整机组是消除带钢退火产生的屈服平台和轻微浪形的一道轧制工序。平整的实质是一种小压下率的二次冷轧变形,平整压下率很小,通常为0.3%～3.5%[1],其厚度变化难以测准,故采用与压下量成正比的带钢长度变化,即延伸量来表示平整度(也称为延伸率)。在带钢平整过程中,轧制力和张力两种因素对延伸率影响最为显著,因此通过调节轧制力和张力,就可以对带钢延伸率进行有效控制。

通常认为带钢轧制前后其宽度不变,如果在同一时间周期内,把L

en

定义为机架入口带钢长

—

1

5

—度,L

ex

定义为机架出口带钢长度,则平整延伸率定义为:

　　　　ε=L ex-L en

L en

×100%(1)

根据体积不变原理,可用平整前、后的速度来测量平整延伸率,其公式为:

　　　　ε=(v

H

-v h)/v h×100%(2)

式中,v

h 和v

H

分别为平整前、后带钢速度。

1.2　1500mm平整机组延伸率的测量

鞍钢1500mm平整机组延伸率测量采用式(2),通过速度测量来检测带钢的延伸率。速度测量包括激光测速测量和编码器测量两种方式。激光测速仪探头分别安装在机架的出、入口两侧,与带钢表面垂直,直接检测出带钢的线速度。编码器分别安装在机架出、入口导向辊的轴中心线上,通过导向辊转速折算出出、入口带钢的线速度。编码器与激光测速仪从精度来看属于同一数量级的精密测量仪器,其中激光测速仪精度略高些,而且它不受带钢打滑的影响。相比之下,编码器精度略低,随着导向辊的磨损,测量精度会相应下降,而且测速精度受打滑的影响严重。通常情况下,优选激光测速仪投入控制运行,导向辊处于离线监测状态。当激光测速仪出现故障时,编码器测量模式投入运行。

2　1500mm平整机组延伸率控制模式由于不同规格带钢的延伸特性不同,为了达到最佳轧制效果,鞍钢1500mm平整机延伸率控制系统采用两种控制模式:轧制力延伸率控制、轧制力张力联合延伸率控制。带钢平整之前,可根据不同厚度选择相应的控制模式。

2.1　轧制力延伸率控制

轧制宽厚带钢时,轧制力作用效果明显。厚度0.5mm以上的带钢选用轧制力延伸率控制模式。轧制力延伸率控制框图见图1。

图1　轧制力延伸率控制框图

　　在图1所示的轧制力延伸率双闭环控制系统

中,轧制力控制为系统内环,延伸率控制为系统外

环,通过自动调节轧制力来保持延伸率的恒定。

ε3为延伸率设定值;F

2

为过程控制计算机下发的

轧制力设定值;F

1

为内环轧制力控制器的实际设

定值;ΔF为外环控制器输出的轧制力附加设定

值。延伸率控制环节采用比例积分控制器,控制

器输出值作为轧制力控制器的给定值ΔF。ΔF可

用下式计算:

ΔF=K

p ×Δε+

1

T i

∫t

Δε×K

p

×d t(3)

式中,K

p

为系统增益;T

i

为积分时间常数;Δε为

延伸率偏差;t为程序采样周期。

带钢的延伸率主要由带钢材质、宽度、厚度、

工作辊径以及工作辊与带钢之间的摩擦力等参数

决定。如果采用常规比例积分控制,当外界条件

变化时,通常会出现系统调节缓慢和过调现象,导

致延伸率波动过大,不能达到最佳控制效果。当

外界条件改变时,如果要实现延伸率快速有效的

调节,就需要控制系统增益K

p

不断变化并与之相

适应。于是研究采用了一种增益K

p

动态修正的

方法来实现系统的最优控制,见图1左侧虚线框

—

2

5

—

所示。K p 可按下式计算:

　　　K p =1T i

∫t

0(K p0×

ε-F 0)×d t (4)

式中,F 0为上一扫描周期计算的轧制力给定值;

K p0为上一扫描周期计算的增益;ε为实际延伸率;T i 为积分时间常数;t 为程序的采样周期。

通过采用以上方法,实现了不同条件下延伸

率的有效控制。在调试过程中,重点对控制系统

中的参数T i 进行了优化。2.2　轧制力张力联合延伸率控制

对于薄窄带钢而言,张力作用效果明显,因此应选用轧制力张力联合控制模式。该张力延伸率双闭环控制系统构成见图2所示

。

图2　张力延伸率双闭环控制系统构成图

　　在该控制系统中,张力控制为内环,延伸率控

制为外环,通过自动调节张力来保持延伸率的恒

定。ε3

为延伸率设定值;F 2为过程控制计算机下发的张力设定值;F 1为内环轧张力控制器的实际设定值;ΔF 为外环控制器输出的张力附加设定值。延伸率控制环节由比例积分控制器构成,控制器输出附加张力给定值ΔF 按下式计算:

　ΔF =K p ×K ×Δε+1T i

∫t

0(K p ×

K ×Δε×d t )(5)式中,K p 为系统增益;T i 为积分时间常数;Δε为延伸率偏差;t 为程序的采样周期;K 为延伸率与张力的作用系数。

在调试过程中,对K p 、T i 、K 等系统参数进行了优化,使轧制力张力联合控制模式取得了很好的控制效果,将延伸率波动控制在≤0.1%,满足了工艺要求。2.3　存在的问题及改进办法

机组在升减速过程中延伸率波动大,这是延伸率控制所面临的一个普遍问题。选用以上两种控制模式在轧制过程中也存在此问题。轧机加速时,带钢延伸率随速度的增加而减小,轧机减速时带钢延伸率随速度的减小而增大,实际延伸率长

时间内偏差较大[3]

。就控制系统本身而言,两种控制方式都属延伸率反馈控制系统,其中轧制力

控制和张力控制为内环控制系统,延伸率控制为外环。控制系统外环响应存在一定的滞后,而机组升减速过程中要求延伸率变化快速调节,最终分析确定机组升减速过程中延伸率波动大的主要原因是由于反馈控制的滞后性。为克服这一缺点,保持延伸率恒定,采用速度前馈轧制力预控的延伸率控制方案,在轧机加减速信号给出时就给出轧制力增减的修正值,从而通过改变轧制力附加值来减轻速度变化对带钢延伸率的影响。该方案中的速度前馈轧制力修正值为:

ΔF 2=k ×v max -v l v max -v 0

(6)

式中,k 为速度前馈轧制力修正系数;v max 为最大线速度;v l 为运行线速度;v 0为穿带线速度。

将反馈控制的轧制力附加设定值ΔF 1与前馈控制的轧制力附加设定值ΔF 2以及轧制力的预设值相加,得到延伸率闭环所需要的轧制力设定值。采用以上速度前馈轧制力预控方案后,延伸率控制效果明显改进,调节时间大幅减少,机组升减速过程中延伸率的波动大大减少。

3　工艺参数调试策略

两种控制模式的选用原则如下:

—

35—

当带钢厚度大于0.5mm时,由于轧制力对延伸率起主要调节作用,而张力的作用较弱,应该以轧制力调节为主,保持张力恒定,因此选用轧制力延伸率控制模式。通过增加或减少轧制力,并保证轧制力的调节范围在极限值的20%以内,如果轧制力达到上述后系统仍有报警信号,保持这时的轧制力恒定,增加或减少张力,以保持延伸率稳定。

根据以上原则,进行了延伸率控制程序编写以及延伸率控制系统的调试工作。

4　结论

(1)针对不同厚度的带钢,选用两种不同的控制模式,并在调试过程中,对工艺参数进行了优化。

(2)为克服传统控制器调节缓慢和过调的缺点,采用了增益自动修正解决方案,对控制器进行了改进。

(3)针对机组升减速过程中存在的延伸率波动大的问题,提出了速度前馈解决方案。

采用以上方法后,加快了延伸率的调节速度,有效抑制了过调现象,使整个轧制过程中延伸率波动控制在≤0.1%,满足了工艺要求,取得了较好的控制效果。

参考文献

[1]　陈萍,李东亭.2030mm冷轧平整机延伸率控制系统的研究

[J].宝钢技术,2004(4):35-36.

[2]　李仕海.平整机延伸率的张力模糊控制方法研究[D].沈

阳:东北大学,2006.

[3]　孙杰,张殿华,李旭,等.冷轧平整机延伸率控制系统应用与

研究[C]∥2007年全国塑性加工理论与新技术学术研讨

会.2007:68-69.

(编辑　袁晓青)

收稿日期:2009-03-04

财政部下半年增力扶持新能源和环保产业

在近日召开的全国财政经建工作会获悉,下一步财政部门将以更大力度支持新能源和节能环保产业等新兴产业发展,重点抓好“五纵五横”新能源支持体系建设与落实。

培育新兴产业是应对未来竞争、实现长远发展的关键所在。在近期美日等国家将经济刺激计划重心转向扶持新能源等新兴产业的背景下,下一步我国的财政将如何支持新兴产业发展备受关注。

按照的部署要求,近期,财政部门进一步加大了扶持新能源与节能环保等新兴产业的力度。下一步将重点抓好五大新能源支持发展体系的建设与落实,即围绕“光伏发电发展、节能与新能源汽车示范推广、可再生能源建筑应用、生物质能源发展、风电规模化开发”五项重点领域,从“公共平台、技术研发、产业化、示范推广、消费培育”五个环节予以全面推动,力争在重点领域、重点产业取得突破。

———摘自“新华网”

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5

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