2100mm热粗轧机侧导尺液压系统伺服控制改造

李国斌， 白 洁

(东北轻合金有限责任公司， 哈尔滨 150060)

1 2100mm热粗轧机侧导尺现状

我公司南线2 100mm热轧机是大改造项目中的关键设备，其中2 100mm热粗轧机由中国有色金属设计院设计、制造，2 100mm热精轧机控制系统由西门子-奥钢联提供，主体机械设备由中国第一重型机械集团公司合作制造。为南线冷轧机及横剪等设备提供热轧毛料，经分卷后也可供老线轧机使用。

在调试中2 100mm热粗轧机出现侧导尺加持力过大，致使坯料在辊道上打滑，影响轧制，以及侧导尺在板材边部不整齐时发生碰撞、抖动剧烈的情况，很容易导致机械损伤。通过人为干预和调整程序设置侧导尺将带坯对中后打开，造成轧制过程中经常出现头部偏斜的情况，严重时出现侧弯。

2 100mm热粗轧机侧导尺工作原理及功能缺陷分析

2.1 2100mm热粗轧机侧导尺工作原理及液压回路简介

2 100mm热粗轧机侧导尺工作状态如下：轧机侧导尺的定位测宽功能是通过位置传感器来测量液压缸实际位置，计算侧导尺开口度来确定坯料的宽度，并且根据设定的夹持力自动夹持板坯。侧导尺的夹持力的设定值在L1级HMI中设定，设定值可分为手动、自动两种方式。手动方式下，侧导尺的夹持力由操作手直接给定；自动方式下，侧导尺根据设定的单位厚度夹持力和板材实际厚度自动计算出所需的夹持力。

轧机从左至右轧制时，轧机右侧侧导尺打开到最大开口度位置，当带坯的头部进左侧导尺后，物料跟踪检测到带坯已进入左侧导尺，发出指令让左侧导尺快速以小压力(压力传感器可显示)夹持住，带坯在辊道上继续前进，直至带坯被轧机咬入，侧导尺切换成大压力夹持，轧机升速轧制直至带坯完全通过轧机；

轧机从右至左轧制时，左侧侧导尺打开到最大开口度位置，当带坯的头部进右侧导尺后，物料跟踪检测到带坯已进入右侧导尺，发出指令让右侧导尺快速以小压力(压力传感器可显示)夹持住，带坯在辊道上继续前进，直至带坯被轧机咬入，右侧导尺切换成大压力夹持，轧机升速轧制直至带坯完全通过轧机；

液压回路中带有比例减压功能的插装阀控制液压缸的夹持力，通过控制系统设定比例溢流阀电流，可以连续调节回路压力并最终保持在设定压力上，通过压力传感器检测并反馈至控制系统形成压力闭环控制。位置传感器检测液压缸位置，计算侧导尺开口宽度。三位四通换向阀控制4个插装阀完成液压缸的换向及位置保持。当负荷超出系统设定压力时，减压功能的插装阀完全关闭，液压油可以从带减压功能的控制盖板溢流，当溢流不足以稳定油压时，液压回路内压力上升，安全溢流阀将会开启，将较大量的液压油溢流，保证液压回路的压力不会继续升高，出现机械设备损伤，溢流阀溢出的液压油将进入液压缸的另一侧，不足的油将从回油管路补充。

2.2 2100mm热粗轧机侧导尺功能缺陷分析

按照设备厂家设计，已有相同设计结构的轧机在其他铝加工企业调试完成并且正常工作，但是基本都是生产软合金或纯铝产品。经分析，在轧制过程侧导尺在一个较大夹持力下压紧带坯的侧面，相当于一个小的立辊轧机与水平轧机形成连轧功能，这将对侧导尺产生一个轧制方向的摩擦力。由于我公司轧制的产品合金种类多，并且大部分是硬合金，经过多道次轧制边部很容易产生缺陷，这会在侧导尺与轧机形成连轧时，对侧导尺产生剧烈的冲击。故夹持轧制的功能不适应我公司的生产情况，不能作为自动轧制功能使用，应该在需要时人工手动投入。

我公司北线3 950mm热粗轧生产情况与南线2 100mm热粗轧机基本相同，其侧导尺使用情况良好，建议厂家按北线轧机调整侧导尺的工作状态。

2.3 3950mm热粗轧机侧导尺功能描述

3 950mm热粗轧机侧导尺功能描述如下：手动控制状态下，通过控制按钮的操作，侧导尺开度任意调整，液压缸可以停在任意位置；但在轧制状态下，轧制方向入口侧导尺手动干预只能闭合侧导尺，夹持带坯形成连轧，保证带坯沿着机列中心线前进；在自动控制状态下，侧导尺处于位置控制模式，控制系统根据L2下发的宽度值预设侧导尺开口宽度(带坯宽度+400mm)，使侧导尺提前动作，减少对中带坯的时间，这样可以减少辅助时间，提高轧制节奏。待物料跟踪系统检测到带坯进入侧导尺后，伺服阀根据系统设定速度向液压缸供油，推动侧导尺快速夹紧，通过位置传感器反馈检测开口宽度接近设定值时，伺服阀按照系统设定减小阀开口度减少液压油的供给，使侧导尺减速，此时伺服阀转为压力控制模式，压力值由控制系统根据当前带坯厚度给定，侧导尺继续闭合直至接触带坯，液压缸达到设定压力并保持，此时位置传感器将把最新的带坯宽度反馈给L2系统，作为下一道次的参考设定值。测宽后，侧导尺控制再次转为位置控制模式，开口宽度在测量值的基础上打开12mm，以方便轧制时带坯通过。当带坯接近时，如果侧导尺开口宽度小于系统给定值+300mm，系统将给出警报，运输辊道将停止运行，带坯停留在辊道上以保护侧导尺；如果侧导尺在夹持中位置传感器反馈坯料宽度已经小于设定值20mm，侧导尺自动打到最大开度进行位置保护并发出警报，由操纵人员确认生产数据或检查设备状况后再继续生产。

3 2 100mm热粗轧机侧导尺改造思路和方案

如果完全按照北线3 950mm热粗轧机侧导尺功能和液压控制原理对2 100mm热粗轧机侧导尺液压结构进行调整，由逻辑阀构成的换向阀需要更换为大流量高响应的比例阀，来构成压力、位置闭环控制系统，才能实现对压力及位置的精确控制。考虑到南线轧机使用液压缸尺寸及工作速度均大于北线轧机，故北线的比例阀备件不能用于南线2 100mm热粗轧机侧导尺液压系统改造，购买大流量、高响应比例阀的周期过长，将会延长粗轧机的调试。影响热精轧机的验收工作。所以2 100mm 热粗轧机侧导尺改造尽可能保留原有的液压回路功能，仅针对、解决现场发生的问题。

图1 3950mm热粗轧机侧导尺液压原理图

3 2100mm热粗轧机侧导尺改造思路和方案

针对现场调试中存在的问题，调整后2 100mm热粗轧机侧导尺动作状态如下：轧机侧导尺的定位功能及夹持力设定不变。

轧机从左至右轧制时，轧机右侧侧导尺打开到最大开口度位置，当带坯的头部进左侧导尺后，物料跟踪检测到带坯已进入左侧导尺，发出指令让左侧导尺快速以设定压力(压力传感器可显示)夹持住带坯，使带坯对中，然后侧导尺打开10～20mm，防止轧制中板带出现过大的偏斜。带坯在辊道上继续前进，直至带坯完全通过轧机，侧导尺打开并进入下一道次轧制。

轧机从右至左轧制时，动作与上述相同。

为完成侧导尺的动作控制，对液压缸有三种控制方式。一层是压力控制，为闭环系统，使得液压缸在夹持带坯时，液压缸压力按照LI或L2给定，由压力传感器检测并反馈至控制系统，保证压力恒定，使得在不同的带坯厚度时使用不同加持力，防止板带出现变形，影响测宽的精度及对中的效果。

二层是位置开环控制，用于夹持速度控制及位置检测，提供侧导尺的定位功能，即检测物料宽度，为轧机L2系统提供轧制模型的宽度计算数据，此环节与压力环结合在一起使用。

三层是位置闭环控制，用于在轧制前重新定位侧导尺的宽度，保证侧导尺开度大于物料宽度10～20mm，保证板带在轧制中基本对中，防止板带对侧导尺的剧烈撞击。

分析侧导尺元液压原理图，系统原设计有压力传感器及位置传感器，可以实现压力闭环控制侧导尺的夹持力及检测物料宽度定位的功能。因为侧导尺的工作速度高，达到200mm/s，以及逻辑阀响应时间的不确定性，位置传感器无法和逻辑阀闭环完成侧导尺精确定位的功能，通过实际检测，系统发出停止命令后，侧导尺开口宽度的变化量在30mm以上，完全超出设备运行需要的精度。 因此需要对液压控制回路进行改进，完成第三层位置控制的要求。最终确定在原设计回路基础上增加并联回路，增加小流量换向阀通过控制工作时间来达到对侧导尺小距离动作的控制，同时回路设计液压锁，防止两套回路干涉。

经过多次调整，设定电磁换向阀的工作时间，可以较好的调整侧导尺的位置。现控制侧导尺开口宽度与带坯之间的间隙控制在20mm以内。

4 结论

通过以上调试，增加的液压回路达到了预期的目的，完成了侧导尺二次定位功能，解决了目前轧机轧制过程中出现噪音、震动的问题，保证了设备安全。同时我们期望通过修改控制程序，使得主液压回路控制侧导尺高速运行，辅助回路控制侧导尺低速定位，也可实现侧导尺预摆的功能，提前设置侧导尺的工作点，可以有效地降低侧导尺工作时间，进一步优化轧制节奏，提高生产效率。

[1]李四. 氧化铝生产工艺学. 冶金工业出版社，1993.10.