阳玉平 谭爱国 王海兰

摘 要：介绍了梅钢酸洗连轧1420UCM机组液压弯辊控制系统，阐述了系统配置、机械结构和控制方法，介绍了工作辊弯辊系统中弯辊控制模式，实现了机组在轧制模式时正、负弯辊间无扰动切换。实际生产表明，该系统响应时间小于100ms，精度控制在±3%内，具有响应速度快、控制精度高等特点，控制性能完全符合考核指标，为机组的自动板形控制打下了良好基础。

关键词：弯辊；液压弯辊系统；自动板形控制；冷连轧；UCM

DOI：10.11907/rjdk.172495

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2018）004-0155-03

Abstract：The control system of roll bending for 1420UCM PL-TCM （PL-TCM：Pickling Line and Tandem Cold Mill system） at Meigang is introduced， the system configuration， mechanical structure and control method of the system are described. In the third part， the control method of WRBS（work roll bending system） in bending on mode is explained. The WRBS′s undisturbed switching between positive and negative bending in rolling mode is realized by the method. The practical production indicates that the response time is less than 100 ms， control precision is controlled within ±3%， so the system has the characteristics of fast response speed， high control precision and the WRBS performance completely conforms to the Guarantee figures， and it provides excellent foundation to automatic shape control.It has the extensive applicability.

Key Words：bending； roll bending system（RBS）； auto shape control （ASC）； tandem cold mill； universal crown mill （UCM）

0 引言

板形是衡量冷軋板带外形尺寸的重要指标之一。随着高档汽车、家电等用户对冷轧产品质量要求的提高，板形质量成为冷轧带钢最重要的质量指标之一。现代化的主流板形控制冷轧机通常具备多种板形控制调节机构，如轧辊倾斜、工作辊弯辊、中间辊弯辊和工作辊分段冷却控制等。其中液压弯辊控制法是通过液压弯辊系统（RBS： roll bending system）对工作辊或中间辊端部附加一个可变的弯曲力，使轧辊弯曲控制辊缝形状，以矫正带钢板型。液压弯辊系统（RBS）通过调整弯辊力改变工作辊的辊缝凸度，消除板形偏差中的二次、四次分量，改善对称板形缺陷。弯辊的动态特性和稳态性能对整个板型控制系统性能起着至关重要的作用（主要指快速性和超调量）。液压弯辊法可使工作辊缝在一定范围内迅速变化，实时性强，且能连续调节，有利于实现板型自动化，故在现代带钢冷轧机上广泛应用，是改善板形最常用、最基础的方法[1-5]。

1 系统配置与机械结构

梅山钢铁厂的1420UCM六辊五连轧轧机的液压弯辊控制系统（RBS）包括工作辊弯辊控制系统和中间辊弯辊控制系统，二者相互独立，均采用压力反馈闭环控制，包括逻辑控制和闭环控制，其中逻辑控制部分负责与过程控制（L2 级）、自动板形控制系统（ASC：automatic shape control）、画面HMI（Human-Machine Interface）、现场操作面板、现场检测执行元件、数据跟踪等进行信息交互，并对相关信息作出处理，完成与过程控制L2系统及ASC的数据交换、生产数据的设定与实时采集、现场数据的实时显示及与现场操作面板的联络，并转化为设定值、实际值传送给闭环控制系统，闭环控制系统负责消除实际弯辊力与设定弯辊力的偏差，保证控制精度[6-8]。

本电气系统采用具有实时、高效、高稳定性的日立PLC系统R700，具备过焊缝变规时自动调整、ASC自动调整、换辊时自动定位、生产数据实时采集等电气控制功能。系统配置如图1所示[6-8]。

依据本机组工艺要求，5个机架的液压弯辊系统，机架#1与#5相同，#2、#3、#4相同，为方便起见，以下将#1、#5简称#1系，#2、#3、#4简称#2系。此外，本机组中#2系弯辊系统较#1系简单，因此本文以#1系为主对弯辊控制系统予以说明，#2系进行补充说明。

弯辊液压机械结构简图如图2所示。由图2可知，本机组弯辊系统主要由压力传感器、伺服阀和截止阀组成，详细设备清单如表1所示。

弯辊如图3所示。工作辊弯辊通过改变轧辊挠曲直接影响辊缝，进行板形调节，其与中间辊弯辊均是板形二次偏差调节手段，可实现正、负弯控制。在轧辊凸度不足或磨损情况下，采用正弯，增大轧辊凸度，防止带钢边浪，而负弯可减少轧辊有效凸度，防止带钢中浪。中间辊弯辊通过改变轧辊挠曲间接影响辊缝，进行板形调节，实现正弯控制，对带钢中部板形作用明显，可得到高次的板形调控能力[3-5]。

2 系統控制方法

2.1 控制模式

弯辊控制分弯辊控制、平衡、下降、回路切断4种模式，这4种控制模式，根据控制需要采用不同的控制方法与参数。下面对4种控制模式应用场合予以说明。

（1）弯辊控制模式。 弯辊控制模式主要用于轧制时调节弯辊力，改善板形，此控制模式将影响成品质量，是本控制系统的重点。

（2）平衡模式。平衡模式主要用于换辊时通过压力控制平衡辊子重量，以确保拉出、推入轧辊过程中机架内各辊完全脱开，避免辊间产生摩擦，损伤辊面。

（3）下降模式。下降模式主要用于换辊时将工作辊和中间辊小压力闭辊，以减少斜楔下降、上升过程中所承受的压力，减少机械磨损。

（4）回路切断模式。本模式下伺服阀输出为零，其截止阀处于失电状态。回路切断模式主要用于机械检修。

2.2 控制原理

本液压弯辊控制系统采用PI控制，并有泄漏补偿控制回路。控制系统原理如图4所示，由于不同模式下对弯辊响应速度有不同要求，因此每套液压控制回路有3套PI控制参数。

本液压弯辊控制系统中，除#1系工作辊弯辊液压系统的弯辊控制模式外，#1系工作辊弯辊、#2系工作辊弯辊和中间辊弯辊控制回路均采用常规PID控制，在此不过多说明，只着重介绍#1系工作辊弯辊控制模式下的控制回路。

如前所述，工作辊弯辊控制系统的弯辊力大小为 [36，-18]吨/侧，可实现正、负弯控制， 结合表1和图2可知，#1系工作辊弯辊的操作侧与传动侧各有一套独立的液压闭环控制回路，4个压力检测计检测正弯缸与负弯缸的有杆腔和无杆腔的实际压力，依据压力实际值与设定值的偏差值控制正弯缸与负弯缸的伺服阀输出，形成压力闭环控制。相较于#2系，#1系工作辊弯辊的操作侧与传动侧可独立控制，因此#1系可实现弯辊非对称控制（即倾斜控制），对板形一次偏差予以调节。

依据工艺要求，工作辊弯辊的正弯辊力大于一定值时，正弯缸和负弯缸需同时投入才能满足需求，因此控制过程必然出现正、负弯辊缸工作状态切换。为实现无扰动切换，依据工作辊弯辊设定值与正、负弯缸的工作状态，将控制状态细分为3类：①PP：正负弯联合控制，正弯缸与负弯缸全部按正弯缸工作，正、负弯的目标设定值为工作辊弯辊设定值的1/2；②NN：亦为正负弯联合控制，正弯缸与负弯缸全部按负弯缸工作，正、负弯的目标设定值为工作辊弯辊设定值的1/2；③PN：正弯控制模式，此时负弯缸定为背压，按衡压力[2ton]控制，而正弯缸则按[设定值-2ton]控制，即正负弯联合控制，正负弯的目标设定值为工作辊弯辊设定值的1/2。

上述3类控制模式的切换点如图5所示。

本模式的控制回路采用PI闭环控制。当工作辊弯辊从PP状态向PN状态切换时，正弯缸设定值按一定斜率变化，从原来为总设定值的1/2变为[设定值-2ton]，同时负弯缸设定值也按一定斜率变化，从总设定值的1/2变为[2ton]；同理，当工作辊弯辊从PN向NN切换时，正弯缸设定值按一定斜率变化，从[设定值-2ton]变为总设定值的1/2，同时负弯缸设定值也按一定斜率变化，从[2ton]变为总设定值的1/2。以此类推，从NN到PN，从PN到PP均按同理控制，从而实现弯辊控制模式控制过程中正、负弯辊间无扰动切换。

2.3 控制效果

实际生产表明，该弯辊系统在弯辊力从0跳跃至90%时，响应时间小于100ms，控制精度控制在±3%内，具有响应速度快、控制精度高等特点，控制性能完全符合考核指标，为机组的自动板形控制打下了良好基础。

3 结语

梅钢酸洗连轧1420UCM机组是国内首条全自主集成的冷连轧生产线，其工艺和设备具有世界一流水平，其连轧机采用了弯辊系统，具有较高的控制精度和响应速度。自动弯辊系统大大提高了板带钢的尺寸精度和板形质量。

参考文献：

[1] 陈丽，李建更，乔俊飞，等.FNN模型参考自适应控制在轧机液压弯辊系统中的应用[J].计算机测量与控制，2005，13（12）：1396-1399.

[2] 高泽恒.宝钢1220五机架冷连轧机弯辊控制策略的研究[J].中国科技信息，2008（6）：68-69.

[3] 王国栋.板形与板凸度控制[M].北京：化学工业出版社，2016.

[4] 张岩，王军生，刘宝权.带钢冷连轧工艺与自动控制[M].北京：科学出版社，2016.

[5] 何安瑞，邵健，孙文权. 板形控制理论与实践[M].北京：冶金工业出版社，2016.

[6] 阳玉平，王东红，谭爱国，等.宝钢五冷轧连退CVC中间辊窜动控制系统[J].自动化仪表，2011，32（3）：42-46.

[7] 王东红，张晓明，王利华.梅钢自主集成1420酸轧机组三电控制系统[J].钢铁研究，2010，22（12）：58-62.

[8] 阳玉平，王东红，王利华.基于日立系统的五机架冷连轧轧机电气控制系统[C].中国计量协会冶金分会2012年会暨全国第十七届自动化应用技术学术交流会：贵阳，2012：234-237.

[9] 赵家骏，魏立群.冷轧带钢生产问题[M].北京：冶金工业出版社，2005.

[10] 李晓燕，张杰，陈先霖，等.冷轧平整机板形问题的特点及对策[J].钢铁，2003，38（12）：26-33.

[11] 华建新，王贞祥.全连续式冷轧机过程控制[M].北京：冶金工业出版社，2000.

（责任编辑：杜能钢）