八辊五机架冷连轧机液压压下控制系统控制效能的提高

　　引言

　　河北中钢钢铁有限公司1 250 mm八辊五机架全连续冷连轧机组是我国首条在吸收国外相关先进技术的基础上结合国家重大技术装备研制项目(科技攻关)计划，自主研制开发的冷连轧生产线[1]。该生产线于2004年建成投产，三年的稳定运行证明了该控制系统具有优良的性能。

　　在生产过程中机组设备状态逐渐变化，课题组在2007年夏至2008年初经过半年多的技术改造与长期跟踪，从控制系统人手进行了相应的调整与优化。经过优化，轧机性能有了很大的提高，实际成品规格范围达到厚度0.23—2.0 mm，宽度600～1 205 mm，二次退火板最小厚度0.19 mm。本文将对本次技术改造中对轧机液压压下控制系统的优化进行介绍，从改造涉及的压下控制系统各个环节人手，介绍优化工作并分析优化效果。

　　1 压下控制系统的组成

　　1.1 八辊轧机的压下执行机构

　　河北中钢1250 mm冷连轧机组八辊轧机的压下装置由齿条、齿轮、偏心支撑环和双支撑辊(组合式背衬轴承)组成，分别位于机架顶部的传动侧和操作侧。液压缸带动齿轮齿条机构使偏心环式支撑辊转动，通过支撑辊背衬轴承带动中间辊和工作辊实现压下动作，整个辊系为2-1-1布置。双支撑辊设计减小了支撑辊辊径，大大降低了由大辊径支撑辊磨辊精度问题带来的轧辊偏心影响[1]。但是，该压下执行机构增大了液压缸的行程，液压缸行程约为相应空载辊缝变化量的l0倍，这对控制系统的动态特性提出了较高要求。

　　1.2 压下控制系统的硬件组成与功能结构

　　冷连轧机液压压下控制系统由压下控制器、压下执行机构(液压系统、偏心压下机构及辊系)和压下传感器(位置、压力传感器)等三部分组成。压下控制器包括基础自动化级L1级的西门子高性能控制器TDC(Technologic Driver Controller)与执行控制级L0级的德国博世力士乐公司的HNC液压高性能控制器，分别实现给定值控制与高速闭环调节两大功能，两者通过工业现场总线Profibus DP网进行通信。TDC控制器通过CPU负责对压下控制的各给定值通道进行协调，对五个机架的HNC控制器下达给定值;每机架对应一个HNC控制器，用来进行高速闭环调节[3]。

　　本次优化后的压下控制系统整体功能结构如图1所示。

　　由压下控制功能结构图可知，压下闭环控制方式包括位置闭环控制与压力闭环控制，分别以液压缸的实测位置与实测压力作为反馈值进行闭环调节[4]。

　　两种闭环控制方式的特性对比如下：从厚度控制效果来看，位置闭环抵抗来料厚度、硬度偏差以及机架前后张力偏差对出口厚度干扰的能力大于压力闭环;而压力闭环通过保证轧制力恒定可以自动消除轧辊偏心对出口厚度的影响。从板形控制效果来看，压力闭环比位置闭环具有优势：通过保证轧制力恒定，使来料厚度偏差、硬度偏差以及前后张力的波动对出口凸度影响极小，从而基本实现了凸度对此类偏差的抗干扰。其意义在于在末架采用压力闭环与张力厚调，使板形板厚耦合关系变得简单，特别是不必考虑板厚控制对板形的影响。