中板轧机液压AGC系统故障分析及处理

安 铎，李正辉

（天津天钢集团有限公司中板厂，天津 300180）

中板轧机液压AGC系统故障分析及处理

安 铎，李正辉

（天津天钢集团有限公司中板厂，天津 300180）

针对中板轧机液压AGC控制系统在运行中影响厚度精度的问题，分析了液压伺服、电控系统、轧辊及谐波干扰等故障产生原因，提出故障判断方法、处理措施及系统的维护重点，对于设备维护具有一定参考价值。

自动厚度控制系统；伺服阀；伺服油缸；位移传感器；辊缝

1 引言

钢板厚度精度是中厚板生产重要的质量指标，为了获得高精度同板差和异板差，提高成材率，采用先进的厚度控制，以满足市场竞争、新产品和高附加值产品的开发。中厚板生产采用的厚度自动控制系统有：压下位置自动控制系统、电动厚度自动控制系统、液压厚度自动控制系统、监控AGC、前馈AGC等。轧机液压自动厚度控制系统（H AGC）是实施钢板轧制厚度调整的一种快速精确调节定位系统，我国自20世纪80年代开始在中板轧机应用，充分体现了响应速度快、控制精度高、传动效率高的优势。

轧机液压压下系统由具有电液伺服的定位控制电路系统组成，压下调节是由液压位置调节装置调节伺服阀的电流值，以控制伺服阀的油液流量，进而控制油缸上下移动，达到调整轧机两侧辊缝的目的。AGC系统运行的好坏，直接影响板材厚度的控制精度和产品的成材率，电液伺服控制系统是机电液综合系统，因控制精度高、系统复杂，加之生产环境比较恶劣，振动、冲击、高温、强电磁场干扰，出现故障时往往难以及时准确判定，对产品质量产量及成本影响比较大。

2 系统组成

轧机液压AGC装置是将机械、液压、自动控制以及轧制工艺等专业紧密联系在一起的综合技术，主要设备由计算机、检测元件为主的自动控制装置；液压系统为动力源；液压伺服控制（伺服液压缸传动、操作侧各一台）为主的执行机构组成。天钢中板厂四辊精轧机1990年将电动APC压下位置自动控制系统改造为液压AGC压下装置，采用全液压压下，油缸布置为上置式，期间对电控系统、液压伺服系统进行过两次改造，主要配置如下。

2.1 电控系统

采用西门子S 7-400PLC，主要配置有CPU414-2处理器、PS407电源模板、CP443-1通讯处理器、FM458-1DP控制模块、EXM438-1I/O扩展模块，采用V/I转换板将PLC输出的直流电压信号转换为电流信号控制伺服阀。控制系统主要包括位置闭环、压力闭环、同步和倾斜闭环，位置闭环作为基本控制闭环，压力闭环控制用于辊缝校零及轧机刚度检测。

2.2 液压系统

主泵单元轴向柱塞泵63PCY14-1B，过滤精度10μm，伺服阀前过滤精度5μm。伺服油缸Φ900/Φ800×85（两台套），工作压力21MPa，速度5mm/s。伺服阀为两级力反馈喷嘴挡板电液伺服阀，额定压力21MPa。

2.3 检测系统

压力传感器采用YCB-20AF型高温大输出压力传感器，用于对位置和压力闭环控制的补偿和系统保护。位移传感器和辊缝测量仪采用配套生产的FT11G/±50位移传感器及F T9664E型辊缝测量仪，可直接测量液压缸的动态、静态位移。

3 设备故障分析与处理

轧机液压自动厚度控制系统在生产运行中，因为各种各样原因引起厚度波动，影响厚度控制精度，甚至发生设备故障中断生产，对出现的故障原因进行分析，并提出判断和处理方法。

3.1 伺服阀

伺服阀流量具有非线性特性，控制系统将控制信号输送到伺服阀，当有正信号时，伺服阀正向开口，液压缸在进油状态；相反为液压缸泄油状态，伺服阀的不同状态驱动液压缸上升或下降，输入信号为（0±45）mA电流来控制伺服阀的开口度，实现辊缝厚度的随机控制。

伺服阀的常见故障主要表现为卡滞、动态响应变慢、零偏电流变大等，出现系统无法控制或控制性能下降现象。伺服阀发生卡滞多数原因为油液污染造成阀芯卡住，少数原因为线圈损坏、航空插头接触不良等故障。这种故障可以通过电流给定，观察液压缸响应情况来判断，检查给定电流值显示是否正常，如不正常检查线圈阻值及插头；如正常，检查快泄溢流阀及伺服阀。伺服阀响应性能下降的主要原因为阀内过滤器堵塞、阀芯磨损泄漏量超标等，造成一侧液压缸响应速度下降。伺服阀使用较长时间，因温度压力关系，零位会发生微小偏移，操作屏可显示伺服阀电流变化大，用零飘电流进行校正，如偏移量过大，应予更换。

3.2 轧辊辊系

支承辊的偏心、轴承异常会造成轧制跑偏、厚度偏差大等现象，厚度波动与很多因素有关，在查找原因时，需要进行分析，检查波形曲线是否与实际厚度变化有因果关系，以便确定故障原因。支承辊偏心在轧制时厚度波动有一定的规律，与支承辊周长相近；轴承损坏或磨损偏大，也有波动规律，可以通过预压靠，转动轧辊比较辊缝变化值来分析和判断。

3.3 位移传感器及二次仪表

位移传感器为差动变压器式，由一个初级线圈和两个次级线圈、铁芯等几部分组成，线圈组件内有可自由移动的杆装磁棒（铁芯），随着液压缸的上下移动而移动，输出电压与位移成线性关系，±3V对应现场位移±30mm。常见故障为操作屏幕显示左右辊缝出现较大偏差，且出现辊缝差报警，可以通过查看二次表四个通道的电压值进行分析判断，若数值偏大，所对应的传感器内部铁芯脱落；若数值偏小，则是对应的传感器顶部弹出或固定传感器的螺栓出现松动脱落。位移传感器的输出特性线性度不好，会造成板型控制困难，厚度偏差大，厚规格与薄规格的手动调整不一致，在空摆压下的各道次中记录电压数值，计算分析4个传感器的位移线性度是否一致，如误差较大成组更换。

3.4 液压缸及液压系统

液压缸作为执行元件，其工作性能的好坏，直接影响系统的控制精度，密封和导向元件是关键。液压缸塞端极少发生问题，可以通过检测伺服阀电流情况来监视塞端的运行情况，液压缸主要损坏部位为杆端密封和导向元件，因为此处所受偏载力大，制定合理的更换周期可以避免此类设备故障。但也有特殊情况发生，一套液压缸在进行密封和导向结构改进，投入使用2个月发生杆端的导向元件损坏，异物进入中压系统的溢流阀内，造成高压系统压力无法建立，在检查中发现中压系统溢流阀回油管路偏热，更换溢流阀后系统恢复正常。对换下的溢流阀拆检后发现有异物卡住阀芯，造成阀芯关闭不严系统泄压，拆检发现一侧液压缸导向环损坏，检查缸盖沟槽尺寸，导向部位加工尺寸偏小，造成导向元件受挤压变形产生蠕变，在高负载冲击下损坏。

3.5 谐波干扰

轧钢设备均为大容量非线性用电设备，普遍存在无功冲击大、谐波含量大、电压波动和闪变、电力损耗大等问题，使用电设备与电网之间存在大量无功循环交换并产生大量的谐波，特别是谐波无功功率对电网及用电设备的影响极大，电网供电质量下降、电气设备易过热老化、保护和自控装置失灵。对一次跑偏故障进分析，可以看到谐波干扰对厚度控制系统的影响：在轧制1 6mm钢板运行至第七道时（轧制成品共八道），咬入后突发快速跑偏，刮框钢板卷曲，主电机过电流掉闸，工作辊烧辊报废，处理轧废钢板更换工作辊后系统恢复正常生产。第七道次信号采集曲线见图1。

图1 第七道次信号采集曲线

调出轧制该块钢板的轧制情况记录，没有报警记录，各项运行曲线记录显示前六道轧制正常，第七道钢板咬入后发生突变，该道次的辊缝位置（图1（a））、压力（图 1（b））、伺服阀电流（图 1（c））信号采集曲线显示，在辊缝位置已摆到位的情况下，咬入后压力逐渐建立、辊缝位置突然变化增大、伺服阀给定正电流控制液压缸进油，可见伺服阀给定正电流是因为辊缝位置上摆偏离了位置给定值，需要油缸进油来恢复给定位置，大约持续近3s时间。钢板咬入后辊缝变大，钢板厚度应增加，钢板实测厚度变化情况是：咬入端0.2m处测量传动侧为16.1mm、操作侧16.3mm，轧制到3m左右厚度发生突变，3.4m处测量传动侧为14.2mm、操作侧为15.2mm，5m处测量传动侧为13.85mm、操作侧为17.2mm，未轧制部位两侧均为17.6mm。实际情况钢板厚度与辊缝位置采集信号记录正好相反，而与压力、伺服阀电流相符，说明辊缝位置反馈信号有误，造成原因为外部较强的干扰影响了位移传感器的信号输出。针对冶金企业谐波危害的严重性，广泛采用就地动态无功补偿装置及有源谐波滤波器，对无功功率进行补偿、谐波进行有效抑制。

4 结束语

液压AGC控制系统运行质量直接对板材生产的产品质量和成材率产生重大影响，其故障也会造成重要设备的损坏，通过典型故障的原因分析，为我们在系统故障排查处理和维护重点提供了依据。要使系统能够长期安全可靠运行，重点加强液压系统油品清洁度控制、伺服阀液压缸的监测和定期更换、检测元件和仪表的标定检查维护、定期监测轧辊预压靠及无功功率谐波治理工作。

[1]王国栋，沙孝春，曹建宁，等中国中厚板轧制技术与装备[M].北京：冶金工业出版社，2009.

[2]赵毅德.中厚板轧机液压AGC的工作原理[J].甘肃冶金，1997（3）：11-21.

[3]刘泽彰.中厚板轧机液压AGC液压系统的安装调试与维护[J].鞍钢技术，1990（9）：5-13.

Fault Analysis and Handling of Hydraulic AGC System of Plate Rolling Mill

AN Duo and LI Zheng-hui

(Plate Rolling Mill,Tianjin Tiangang Group Company Limited,Tianjin 300180,China)

Aiming at the problems that hydraulic AGC control system affects plate thickness precision,the authors analyze the causes of failures in hydraulic servo system,electrical control system,roller and harmonic interference at Plate Rolling Mill and put forward failure judging methods,handling measures and priorities in systemmaintenance.The paper has certain reference value to equipment maintenance.

automatic gauge control system;servo valve;servo cylinder;displacement sensor;roll gap

2013-01-07

2013-01-26

安铎（1959—），男，天津人，高级工程师，主要从事轧钢设备的管理工作，E-mail：Anduo2006@163.com。

（编辑 潘娜）