液压辊缝控制（精选四篇）
液压辊缝控制 篇1
关键词：液压辊缝控制,泄露电流补偿,油压补偿,阀蝶形特性补偿
0 引言
液压辊缝控制(HGC)系统是平整机恒延伸率控制系统的主要组成部分,主要任务是按数学模型计算出来的轧制力或压下位置设定值对工作辊进行液压压下调整。
液压辊缝控制系统原理如图1所示。在液压辊缝控制系统的控制器输出传送给液压缸的伺服阀之前,由于液压系统和伺服阀本身的特性,为了获得理想的静态指标和满意的动态性能,还要经过阀泄露电流补偿、油压补偿、阀蝶形特性补偿等重要的补偿环节。
1 泄露电流补偿
在使用比例控制器的理想伺服阀的液压调节系统中液压缸不会移动,且控制器输出等于0。然而由于实际伺服阀中泄露电流的存在,液压缸也会存在零漂现象。这种现象会随着伺服阀的老化越来越明显。
正因为泄露电流的存在,所以一般都要设计相应的功能块来对机架的零漂进行补偿,同时当泄露电流的积分达到设定的限幅值时,系统会发出相应的警报,这时就需要更换相应的伺服阀。
1.1 操作方法
如果调节系统处于释放状态(位置和轧制力不变)且不使用泄露电流补偿,那么位置和轧制力实际值就会由于伺服阀泄露电流的存在而发生缓慢变化,而比例控制器也会检测到该控制偏差并相应输出一个小的伺服阀电流,也就是泄露电流。最终,液压缸将不再移动,但控制偏差依然存在。
为了改善控制性能,泄露电流可以由一个非常慢的积分器来产生。积分器的输出值(偏移量)与控制器的输出值相加后作为伺服电流输出给伺服阀。
积分器在一定时间内积分到泄露电流,同时控制偏差将变得越来越小,控制输出将最终接近于0。
1.2 实现方法
1.2.1 积分功能
由调节控制系统产生的伺服阀电流连接到积分器的输入端X1/X2(传动侧和操作侧)。此电流值以时间常数P2积分并在Y1~Y2处输出。此处的P2取10~60min为宜。
1.2.2 阀损限幅报警
如果积分输出值达到了上/下限幅值,输出位QU/QL就会为1,并产生报警信息,提示操作人员伺服阀的磨损达到了限幅值需更换。此限幅值一般设定在±20%左右。
1.2.3 操作模式
在积分功能实现的过程中,主要存在以下几种操作模式:
(1)操作模式1:积分器使能,输出使能。
(2)操作模式2:积分器不使能,输出Y1~Y2保持它们的值。
(3)操作模式3:积分器不使能,输出Y1~Y2为0;使能积分器之后,它们恢复为以前的值。
(4)操作模式4:积分器不使能,输出Y1~Y2为0;使能积分器之后,积分器从0开始积分。
以上几种操作模式需要根据不同的生产状况来进行选择。
2 油压补偿
液压缸长行程和短行程产生不同的压力油液体积,液压油的可压缩性影响系统的位置控制精度,因此必须考虑到不同的油压影响。油压补偿功能即是用于在机架的调节控制过程中对液压缸内不同的油压进行补偿。
如果该补偿功能关闭,则补偿因子为“1”。当液压缸行程较大时,油压表现为“长而缓”的特性,补偿因子应“>1”;当液压缸行程较小时,油压表现为“短而硬”的特性,补偿因子应“<1”。这样在整个液压缸的行程中就可以得到一个可压缩性近似不变的油压补偿特性。
要根据液压缸行程中不同的辊径的影响进行补偿,此补偿为一直线方程,由机械工程师提供,如图2所示。
液压缸的行程通过液压缸上的位置传感器测量得出。本平整机有2个位置传感器,分别位于传动侧和操作侧,这时需要求出它们的平均值。根据此液压缸的行程以及该直线方程,就可得出所需要的油压补偿因子。
3 阀蝶形特性补偿
在液压调节系统的闭环控制回路中,伺服阀或比例阀位于调节控制器出口的后面。这体现了控制系统的非线性部分,因为伺服阀流量不仅受控制电流影响,还与阀口两侧的压力差有关[2]。这最终造成,随着总轧制力的变化,液压缸的打开和关闭操作的移动速度是不同的。轧制力越大,打开的移动速度比关闭的移动速度大得多;轧制力越小,现象则相反。此现象可以通过阀蝶形特性的适应来进行补偿。这将使控制系统线性化,且改善了调节控制的动态性能。
3.1 阀蝶形特性
用一个伺服阀来控制液压缸,阀控电压作为输入,液压缸的活塞速度作为输出。阀的实际增益取决于轧制压力以及阀控方向,并可以通过以下公式来计算:
式中,k为阀的增益;x为标准化的相对轧制力(0~2)。
在阀打开/关闭操作时,阀的增益与轧制力的关系如图3所示,k为阀的增益;KOpen为打开辊缝时的增益;Kclose为关闭辊缝时的增益。
为了计算增益k,在每个计算周期中都要确定实际轧制力,接着进行标准化,打开和关闭辊缝的增益都要计算。辊缝移动的方向来自于控制器的输出值(例如y>0→打开,y<0→关闭)。根据移动方向来选择相应的增益。
如果打开操作公式中选择了标准化的最小轧制力(x=0)或者关闭操作时选择了标准化的最大轧制力(x=2),则增益将接近于无穷大。为了避免出现此结果,在工程上我们将通过一个特定值Adaptpere来对增益进行限制,在此范围以外的增益为常数。
3.2 阀特性的适应
根据“蝶形特性”曲线,当轧制力与对称轧制力相差较大时,打开和关闭辊缝有较大的增益差。接近于0的控制器输出值将造成相对较大的增益跳变,也造成阀电流的较大跳变,这将使得辊缝控制不规则。因此,在控制器输出的一个特定的低水平信号范围(AdaptLin)之内,把由“蝶形特性”决定的打开和关闭的增益转变进行线性处理,如图4所示。
图4中,Cntrlout为标准化的控制器输出(100%控制器输出=1.0);AdaptLin为控制器输出低水平范围,推荐值0.05,在此之间(打开和关闭辊缝切换时)为线性转变;当AdaptLin=0时,无线性转变范围;Kopen为打开辊缝的增益;Kclose为关闭辊缝的增益;Keff为阀电流修正的有效增益;曲线x1为小于对称轧制力的轧制力增益;曲线x2为大于对称轧制力的轧制力增益。
4 结语
该平整机的液压辊缝控制系统在以上各种补偿环节投入使用之后,阀控电流更加合理,油流更加平稳,减小了液压波动和对设备的冲击,解决了平整机的零漂现象,同时满足了平整生产快速、准确的要求。该机组自2010年6月份投产至今取得了良好的控制效果。
参考文献
[1]康义,陈海鹏,邸宝珠.液压辊缝控制系统在平整机的应用[J].河北冶金,2007,160(4):55-56,75
[2]孙杰,张殿华,曾玉清,等.单机架可逆冷轧机自动控制系统[J].冶金自动化,2008,32(1):45-48
液压辊缝调节系统的应用 篇2
1. 液压辊缝调节原理 (图1)
液压马达驱动蜗杆旋转, 蜗杆再驱动两个涡轮旋转, 每一个涡轮轴上同轴安装有两个伞齿轮, 与之相啮合的四件伞齿轮再通过键连接分别安装在四根轧机立柱上。每根立柱上配有两套旋向相反的丝杠螺母副, 轧机上四件辊箱分别与四件螺母固定连接。当液压马达分别通过蜗轮蜗杆副、伞齿轮副驱动四件轧机立柱旋转时, 上下辊箱镜像运动 (保证轧制中心线不变) , 实现辊缝调节。
2. 液压系统设计与实施
如图2所示, 液压马达安装在轧机上, 轧机与阀台之间采用快换接头连接, 液压泵站提供10MPa压力油, 液压油经换向阀、节流阀进入马达。马达为双相马达, 在电磁换向阀的作用下可以实现轧机的压料、放料, 调整节流阀阀口可以控制辊缝调节速度, 从而能够实现精细化调整。
3. 结论
通过实施液压辊缝调节改造, 与原人工手动调整相比, 具有如下优点。
(1) 提高工作效率, 辊缝调节时间缩短了30%;
(2) 极大降低轧钢工劳动强度, 改造后辊缝调节时只需点动按钮即可完成;
(3) 辊缝调节时间减少, 增产增效。
目前, 已经将液压辊缝调节应用到车间生产实践中, 效果很好。
参考文献
[1]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社, 2002.
[2]陈奎生.液压与气动传动[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2001.
厚板轧机辊缝控制技术在莱钢的应用 篇3
近10多年来,宽厚板轧机的生产从扩大产量型转向提高尺寸精度及表面质量型。宽厚板轧制的基本目标就是生产出板形良好、板凸度小、同板差和异板差尽可能小的产品。所以,厚板的厚度控制非常重要。
为提高厚板的厚度控制精度,对轧机辊缝控制系统进行深入研究,该系统已于2009年3月成功应用在莱钢4300mm宽厚板生产线上,取得了良好的厚度控制效果。
1自动控制系统
1.1控制系统结构
莱钢4300mm宽厚板生产线采用粗轧和精轧两架四辊可逆式轧机,特点是多道次往复轧制,并采用电动压下(EGC)和液压(HGC)推上相结合的方式控制辊缝。EGC全称电动辊缝控制,是指通过电机带动螺栓丝杠机构转动,使丝杠位置上下调节,进而带动丝杠下方的轧辊跟随丝杠上下移动,因此改变上下辊辊缝的大小。HGC全称液压辊缝控制,是指通过伺服液压系统控制轧辊的摆放位置,以改变辊缝大小,最终改变钢板的厚度。莱钢宽厚板轧机的厚度控制方法是采用EGC和HGC联合预摆辊缝,在轧制过程中采用液压AGC模型给出当前道次辊缝设定值的调整量,由HGC进行辊缝的动态调整,最终保证钢板厚度的同板差和异板差都达标。
以精轧机为例,厚度自动控制系统结构如图1所示。
宽厚板轧机的一级基础自动化系统采用西门子TDC作为轧机控制器。TDC是一种高性能工业控制器,程序最小执行周期可达0.1ms,并可在同一机架上配置多块CPU同时工作。宽厚板的粗轧机和精轧机分别配置一台TDC,并配备多个CPU用于通信、推床控制、EGC、HGC、AGC、板形控制等功能。
1.2位置测量
宽厚板轧机采用HAGC液压缸下置的方式,即轧机牌坊窗口内安装的顺序为:压下螺栓、上支撑辊、上下工作辊、下支撑辊、阶梯垫和HAGC液压缸。需要分别测量压下螺栓和HGC液压缸的位置才能测算出实际的辊缝,所以分别在轧机顶部和HGC液压缸内部安装了磁尺用于位置测量。
轧机顶部的Tempsonics磁尺用于测量EGC的压下位置,即EGC的位移量,DS和OS侧各一只,最大量程为650mm,测量精度为2μm。每只HGC缸内部分别安装了一只SONY磁尺和一只Tempsonics磁尺,用于测量HGC缸的位移量,最大量程都是150mm,测量精度都是2μm。SONY磁尺位于HGC缸内部中央,它所测量的位移最准确,但是SONY磁尺是相对值传感器;Tempsonics磁尺不在液压缸中央,但它是绝对位置传感器,所以可以用它对SONY磁尺进行同步,并且可以作为液压缸的上下限位。SONY磁尺测得的数据只是一个相对数值,并不代表实际的位置,但是可以通过换算,得出这个值所代表的实际位置,方法是将HGC缸卸荷到最低位,这时两只磁尺的位置都处于最大量程即150mm处,同步时可以通过Tempsonics磁尺判断HGC缸是否卸荷到最低位。
1.3轧制力测量
轧机采用了两种轧制力测量方法:
(1)通过安装在HGC缸缸体上的油压传感器测量,根据液压缸活塞的截面积,间接计算出轧制力。由于HGC缸采用柱塞缸结构,没有有杆腔,因此不需要考虑背压因素,但是HGC缸周围配置了4个拉回缸,用于HGC缸的平衡,其回拉力需要考虑在内。除轧制力的间接测量外,油压数据还要作为HGC闭环位置控制的非线性补偿。
(2)通过安装在压下螺栓下方的轧制力测量传感器Load Cell(压头)测量。压头直接测量轧制力,精度高于油压传感器信号计算出的轧制力。
2辊缝控制
2.1辊缝计算
轧机压下是由EGC和HGC共同完成,测量压下螺栓行程得到的辊缝称为电动辊缝,测量HGC缸行程得到的辊缝称为液压辊缝,轧机辊缝应为电动辊缝和液压辊缝的和。位于上方的EGC位置零点在最下方,位于下方的HGC位置零点在最上方,将按此规律得到的位置值作为控制依据。EGC和HGC位置值变大时,辊缝变大。直接反映EGC和HGC位置的数值,称为绝对位置。当进行轧机零点标定时,得到的辊缝零点时的绝对位置称为标定位置,以标定位置为零点得出的相对位置称为实际位置。EGC和HGC的实际位置即为电动辊缝和液压辊缝,因此轧机辊缝计算公式为:
式中,S为轧机辊缝;SE为电动辊缝;SH为液压辊缝;CE为EGC绝对位置;CEZ为EGC标定位置;CH为HGC绝对位置;CHZ为HGC标定位置。2.2辊缝零点标定
每次换辊后,操作员必须进行轧机辊缝零点标定,重新获取轧机EGC和HGC的标定位置。当标定条件准备完成后,点击HMI上的标定开始按钮,即可开始全自动标定过程。标定开始后,控制系统首先检查EGC和HGC的位置,将轧制力清零,然后将HGC向上压靠并先后产生200t最小轧制力和400t接触轧制力,再将辊缝打开,然后再一次将轧制力清零,防止机械设备问题导致空载轧制力不为零。接下来启动主传动并升速至2m/s,再一次压靠并先后产生最小轧制力和接触轧制力,并一直增加至高于标定轧制力2250t,之后再降低至标定轧制力2000t,在维持标定轧制力的情况下,等待支持辊转两圈,记录轧辊偏心数据,完成后将辊缝清零,记录分别为EGC和HGC的标定位置。最后HGC和EGC分别打开10mm和200mm,标定完成。
2.3辊缝设定
宽厚板轧制过程中,轧制规程是由二级过程控制计算机给出的,由多个道次的辊缝设定值组成。一级控制系统可以根据咬钢和抛钢信号自动切换道次,辊缝控制将当前道次的辊缝设定值转化为电动辊缝设定值和液压辊缝设定值。
辊缝设定逻辑为电液联合预摆辊缝,分两步进行:使HGC位置设定较大,即液压缸回缩,油柱高度降低,并保持位置不变,留出足够的调节范围,电动辊缝设定值为当前道次辊缝设定值减去液压辊缝设定值;当电动辊缝定位完成后,液压辊缝设定值为当前道次辊缝设定值减去电动辊缝实际值。
与HGC相比,EGC的定位精度较低,短行程调节时,响应速度也比HGC要低,但是可以实现较大的位置调节行程,而且行程较长时速度比HGC快。HGC技术的优点是定位精度高,而且能实现带载条件下的快速调整,在较短行程调节时,其响应速度比EGC快。
2.4 HGC的闭环控制和补偿
液压闭环控制包括HGC液压缸的位置闭环和压力闭环控制,以及弯辊液压缸的弯辊力闭环控制。轧钢过程中,HGC一般工作在位置闭环模式。在轧机进行辊缝零点标定、刚度测试和油膜厚度测量的过程中,HGC工作在压力闭环模式。
为了降低伺服阀、液压油等因素对定位精度的影响,控制程序提供了相应的补偿功能:
(1)油柱高度影响补偿。不同高度的油柱在挤压时其可伸缩性是不同的,油位高,可压缩性好,补偿就应该大;油位低,可压缩性相对差,补偿就应该小。此补偿实际就是对液压油可压缩性的补偿。
(2)蝶形补偿。轧制力及轧辊重量、弯辊力(FM)、轧机接轴重量等都会对主给定产生影响,不同轧制力下,相同的给定,伺服阀的动作效果是不同的,蝶形补偿可以消除此影响。根据轧制力及开关辊缝的方向计算出开阀时的补偿系数和关阀时的补偿系数,然后根据补偿系数及辊缝变化范围得出有效因数。
3 AGC技术的应用
AGC技术是保证厚板厚度精度一项关键技术,厚板精轧机采用了绝对值AGC技术。钢板出口厚度直接产生于称为h的负载辊缝。在计算负载辊缝时,应该首先测得空载辊缝。当实际压下位置值在校准点处设为零时,标定后的实际压下位置值大致与空辊缝相等,所以,负载辊缝可表示为:
式中,h为实际的出口厚度;SH为标定后的实际压下位置值形式的空载辊缝;SF为实际的机架弹跳量;FR为机架实际轧制力值的和;SQ为轧辊直径热膨胀补偿值;SL为轴承油膜厚度补偿值;nBR为两个支撑辊转速的算术平均;SEx为轧辊的随角偏心补偿;ωx为轧辊x的实际旋转角度,TBR为上支撑辊,TWR为上工作辊,BBR为下支撑辊,BWR为下工作辊。
模型方程内的符号:压下位置和厚度在同一方向上视为正。压下位置的升高会造成轧制力的降低,即压下位置和轧制力之间有逆传递关系。另外,输入厚度和轧制力之间存在累积转移关系。
绝对值AGC响应速度快、滞后小、系统结构简单,但对轧机自身因素如轧辊偏心、热膨胀、轴承油膜厚度所引起的厚差有扩大作用,实际应用中需要对这些进行补偿。
4应用效果
莱钢4300宽厚板轧机的辊缝控制系统自从投入生产以来,应用效果良好,运行稳定,可靠性高,而且厚度控制响应快,精度高。
参考文献
[1]丁修堃.轧制过程自动化(第3版)[M].北京:冶金工业出版社,2009
[2]金兹伯格.高精度板带材轧制理论与实践[M].姜明东,译.北京:冶金工业出版社,2004
精轧机自动辊缝控制程序升级改造 篇4
关键词：HPC,自动辊缝控制AGC,蝴蝶适应系数K-BUT,辊系弹性模数Cg
0 引言
2009年5月马钢热轧H型钢厂将电气设备所用的西门子S5系列产品升级为西门子全集成自动化的过程控制系统SIMATIC PCS 7系列产品,原精轧机自动辊缝控制A G C因程序不完善,投运情况不好,趁改造之际特聘西门子外方专家将A G C程序完善试投运,确保生产出高质量产品。
1 万精轧机自动辊缝控制系统结构及各部件分布
万能粗精轧机自动辊缝控制A G C系统程序分布:液压上层控制HSC程序在PLC36,主要监控水平辊和立辊位置、传感元件等;液压位置闭环控制H P C程序在PLC37A;自动辊缝控制AGC程序在PLC37B。安装在一台机架上,其层次关系如图1所示。
万能粗精轧机有3对液压丝杆,每对液压丝杆有2个液压缸,3对液压丝杆分别是水平辊压下操作侧N S和传动侧D S,操作侧N S立辊,传动侧D S立辊如图2所示。
液压丝杆工艺参数:液压缸行程5 2 m m;测量范围50mm;速度2mm/s;液压缸直径520mm(水平辊),320mm(立辊)。
液压丝杆工作方式如图3所示,注意液压丝杆动作是液压缸围绕柱塞缸动作,柱塞缸不动。
万能粗精轧机自动辊缝控制传感器参数如表1所示。
2 液压位置控制HPC
液压位置控制系统结构如图4所示。液压位置控制是整个A G C系统的核心,它决定了系统的调节速度和调节精度。由于伺服阀的动态特性,它和其差压及液压缸运行方向有关,为了使速度、流量尽可能保持恒定,投入PI调节,在系统调试期间对其PI环节的开环放大系数K进行补偿后取K′=0.8K。
2.1 比例控制
比例控制公式:
Y=△S×KP×K-BUT
式中,△S为系统偏差;KP为基础P增益;K-BUT为蝴蝶适应系数。
2.2 K-BUT蝴蝶适应系数
通常位置控制启动后液压缸工作在工作位置30mm,对应50%轧制压力,如果轧件入口厚度和宽度发生微小改变,要想获得在工作范围(2 0%~8 0%轧制压力)内液压缸在相同时间完成“打开”和“关闭”方向运动,则引进蝴蝶适应系数。其计算公式如下:
式中,Psym为对称点压力;Psys为系统压力;Pact为实际压力。
例如:压力工作范围20%(60bar)~80%(240bar),K-BUT上限1.58,下限0.79,Psym=300 bar,Psys=150 bar,则蝴蝶适应系数如图5所示。
3 自动辊缝控制AGC
3.1 AGC工作原理
轧件质量、轧辊粘钢、轧件局部温度变化等因素会造成轧件局部辊缝和宽度有偏差。自动辊缝控制就是在轧制时保持轧件辊缝和宽度连续一致,如果在轧制中A G C液压缸检测到轧制压力增加△F,A G C液压缸按一定弹性模数计算出向“关闭”方向运动距离△S=Cg×△F(Cg为弹性模数),将△S作为液压位置给定值进行辊缝位置控制,反之亦然。
3.2 AGC工作方式
A G C工作方式如图6所示。
(1)绝对模式:轧制压力参考值从二级图表给出,目前该厂在各规格没有测试完前不能给出各规格轧制压力参考值。
(2)相对模式:当轧件咬入后进入预测试时间,计算出预测试时间的平均轧制压力,作为轧制压力参考值,此后A G C控制激活。
(3)手动模式:在轧制时手动干预位置控制,A G C控制将被封锁,手动干预结束后,A G C控制重新工作在相对模式。
3.3 辊系弹性模数Cg计算
以水平为例,辊系弹性模数Cg计算公式如下:
Cg=△F/△S
△F=F2-F1
△S=P2-P1
P1=(A1+B1)/2
P2=(A2+B2)/2
Cg=(F2-F1)/[(A2+B2)/2-(A1+B1)/2]
具体操作:将主传动按爬行速度运转,将F1、F2、F3分别设定为180kN、400kN、480kN;将下辊提升至轧制线,液压丝杆伸到工作位置3 0 m m,电机丝杆向下压靠接近轧制线,然后上辊液压丝杆向下压靠,当压靠压力达到F1时将液压丝杆位置记录为A1,继续压靠至F2,记录A2位置;当压靠压力升至480kN时减压到F2,记录B2位置,继续减压到F1,记录B1位置,至液压丝杆回缩到工作位置;根据上面公式计算出Cg值。在测试过程中要监控每步测试时间及过载情况,发现异常立即停止。各辊系Cg值是不一样的,每次换辊后要做一次Cg值测试。
4 结语
