宽厚板立辊自动控制系统的研发与应用

摘 要 在轧制宽厚板的过程中为了得到更好的钢板矩形度，提高成材率，通常采用立辊轧制的方法，减少头尾变宽量。立辊轧机一般采用电动辊缝控制和液压辊缝控制相结合的控制方式。本文通过深入研究恒定平衡力控制模式的优点与不足，自主研发出立辊拉回液压缸变平衡力控制模式，解决了宽厚板投产以来因电机功率不足，造成立辊使用过程中频繁跳电问题。经实践证明，优化后的控制系统不仅提高了生产效率，还实现了节能降耗、安全生产的目的。

【关键词】宽厚板 立辊 拉回缸变平衡力

莱钢宽厚板粗轧机的立辊轧边机构由电动压进和液压调节机构组成，通常称为电动辊缝控制和液压辊缝控制。电动辊缝控制的特点是行程大，在进行较大行程的辊缝调节时，速度快，但精度较低，响应速度相对较慢，而且不能带负荷调节；液压辊缝控制的特点是响应速度快，可以带负荷调节，但如果行程较大时，则速度不及电动辊缝控制。

1 工艺简介

在板坯咬入轧机轧制之前，首先进行辊缝预摆位。其过程是先通过电动辊缝控制调节，使辊缝接近预设值，然后电动压进系统锁定，再由液压辊缝控制系统进行精确调整。预摆位完成后，板坯即可被送入轧机轧制。轧制过程中，由于受到板坯宽度及硬度的影响，预先设定的辊缝宽度会出现偏差，为了使辊缝能够精确设定，就需要让轧辊与电动辊缝调节系统的丝杠前端紧密接触，为此立辊轧机配备有拉回液压缸，通过拉回缸的拉力使轧辊的轴承座与电动调节丝杠保持紧密接触，该拉回过程通常称为平衡，即平衡力。当前立辊轧机的平衡力控制一般采用恒定平衡力模式，即通过液压系统的减压阀设定一个不变的平衡力。

2 工艺缺陷

恒定平衡力控制模式在实际应用有一个重要的缺点：由于平衡力一般设置较大，在电动辊缝调节时，尤其是压进过程中，电动机需要克服拉回缸的平衡力将轧辊压进，致使电动机需要有较大的转矩输出才能完成，电机能耗相应增加，电动压进系统负荷过高，容易导致电机跳电，而且机械设备的磨损也会加重。

3 立辊拉回液压缸变平衡力控制

立辊拉回液压缸变平衡力控制方法，首先要求将液压系统中的不可调减压阀更换为可以在线实时调节的比例阀。立辊的工作状态分为三种：

（1）减小辊缝的电动压进过程；

（2）增大辊缝的电动压出过程；

（3）电动辊缝控制系统不调节的状态。

对于三种状态分别设定平衡力N1，N2，N3。其中N1=5吨，这样电动压进系统只需少许输出转矩就可以克服N1进行压进。 N3=35吨，即原来使用恒定平衡力时的数值，该值用于电动压进系统不调节时，保证轧辊座与电调丝杠的可靠接触。在PLC的程序中，增加立辊轧机工作状态的判断功能和比例阀设定值的输出，随时判断轧机的工作状态，通过设定位置值和实际位置值的比较判断电动调节的方向。当需要进行电动压进时，将平衡力设定为N1=5吨；需要进行电动压出时，将平衡力设定为N2=13吨；当电动辊缝控制系统不调节时，将平衡力设定为N3=35吨。平衡力的调节采用单闭环比例积分调节方式进行调整，通过现场的压力检测元件实时检测拉回缸腔侧和有杆侧的压力实时计算平衡力，作为平衡力比例积分调节的反馈值。这样的设置可以使得电动辊缝调节系统的电动机输出转矩大大减小，既减轻了电动机负荷，又使得机械设备的磨损减少，达到了节能降耗的目的。

4 结论

立辊拉回液压缸变平衡力控制优化完成后，电动辊缝调节过程中压进电机的转矩明显降低，压出时电机转矩远远低于电机额定转矩1602N*m（如图2所示）完全满足设计要求。立辊投入使用后，钢板的头尾宽度和板形得到明显改善，成材率提高约0.4%，有效解决了改造前电机转矩过大容易跳电的问题。

参考文献

[1] 卢子广，周永华. 自动控制理论[M] .北京：机械工业出版社，2009.

[2] 梁绵鑫，罗艳红，等. WinCC基础及应用开发指南[M]. 北京：机械工业出版社，2009.

作者单位

山东钢铁集团有限公司莱芜分公司自动化部 山东省莱芜市 271104