冷轧机弯辊伺服系统控制方案

刘敬磊

摘 要

液压弯辊伺服控制系统通过现代化先进的电液伺服控制技术，轧机正负辊通过伺服阀实现控制，能够有效的满足轧制带材板型精度的要求。本文以具体的工程为实例，在阐述了冷轧机液压弯辊伺服控制系统的两种基本形式的基础之上，进一步阐述了相应的控制解决方案。

【关键词】液压伺服控制 弯辊系统 正弯 负弯

1 液压弯辊伺服系统

在原理方面，弯辊伺服系统对板型控制的目的是通过对辊缝形状实现的。具体到液压弯辊伺服系统则是以作用力于工作辊辊液端液压缸产生一定的推力，此推力再向工作辊辊端轴承座上产生作用力，促使工作辊发生附加弯曲，进而促使轧辊改变有效挠度最终改变辊缝形状，以实现板型修正的最终目的。

液压伺服控制系统的基本组成元件主要有指令输入元件；反馈检测元件；放大、转换、控制元件；比较元件；液压执行元件和控制对象等。根据不同的分类方式进行分类：

（1）以误差信号的产生以及误差信号的传递方式不同为划分依据，可以划分为三类，其一是机械——液压伺服控制系统；其二是气动——液压伺服控制系统；其三是电气——液压伺服控制系统。

（2）以液压控制元件的不同作为划分依据，则可以划分为两类，其一是阀控系统；其二是泵控系统；

（3）以被控制物理量不同为依据可以划分为以下几种，其一是位置伺服控制系统；其二是力伺服控制系统；其三则是速度伺服控制系统。

在工程实践中我们选用了新一代的伺服阀，该阀动态响应快，具有很强的抗污染能力，很高的控制精度，这样就能够保证工作的可靠性和系统响应速度、稳定性和高精度的要求。此外，检测精度很大程度上控制了控制精度，因此，在实践工作中，对于伺服系统而言，在压力检测方面采用了HYDAC公司的压力传感器。

2 弯辊伺服控制系统的两种组成方式

在组成方式方面，作为典型的液压伺服控制系统的液压弯辊控制系统可以进行两种方式的划分，其一是手动调节系统；其二是自动调节系统。在手动调节系统方式中，弯辊力的大小给定灵活，主要是通过操作者根据观测板型、计算或者操作板型的经验进行设定的，不需要任何主控量或者干扰量的反馈调节。而在采用自动调节系统中则是通过传感器检测出弯辊力的变化，进而向计算机反馈，再通过计算调节液压系统压力。

对于铝冷轧机而言，弯辊伺服系统又可以划分为两种不同的结构方式，其一是弯辊伺服系统由伺服阀控制。其二是弯辊伺服系统由一个伺服阀控制。

在前一种结构方式中，正弯和负弯有各自的伺服阀控制。在轧机排放上设计了弯辊缸凸块，并且将正弯缸置于其中，在共工作辊轴承座和凸块之间建立了正弯辊，实现了在正负弯缸的数量都是八块，实现了工作辊的快速换辊，减少辅助设备的时间。后一种结构方式中，正负辊的控制都是通过一个伺服阀来实现的。其原理就是在四个弯辊缸凸块组中置入四个弯辊缸，并且将相应的凸块组中的上下凸块中卡入上下工作辊，进而借助于弯辊缸的伸缩控制来带动工作辊的动作来控制正负弯。

3 控制功能实现及解决方案

作为板型控制系统中最基本环节的液压弯辊，其控制回路必须具备对目标弯辊力快速跟踪相应以及稳态跟踪精度的特点，才能够保证整个板型控制系统的品质，满足精度要求。

3.1 正弯、负弯的控制各用一个伺服阀控制

对于正弯和负弯各用一个伺服阀进行控制的液压伺服系统而言，其控制思路主要有两种，以下对这两种不同的控制思路分别进行阐述。

3.1.1第一种控制思路

这种控制思路中，正弯工作与负弯工作是不同时进行的。也就是说，在正弯工作过程中，正弯电磁换向阀进入工作状态，通过对正弯进行调节的伺服阀来控制正弯压力，而负弯电磁向阀则不予启动，不处于工作状态，调节负弯的负弯伺服阀则是出于卸符合的状态。相应的，在负弯工作过程中，负弯电磁换向阀展开工作，同时，正弯则不处于工作状态，正弯伺服阀处于卸负荷状态。而进行正弯和负弯压力切换过程中，要相应的切换整个正弯控制工作状态和整个负弯控制工作状态。这主要是因为液压管路的油液填充以及建立油压都需要通过一定的时间来进行。而在切换正弯控制工作状态和负弯控制工作状态过程中有一个压力波动会出现。

3.1.2第二种控制思路

在第二种控制思路中，正弯液压阀和负弯液压阀在弯辊工作过程中是同时展开工作，进而工作状态的。在这个时候，将弯辊压力设定为-100%--100%，如果给定压力是0，我们假设弯辊系统的最大工作压力是14MPa，正弯工作压力和负弯工作压力都可以控制最低1MPa。在给定弯辊压力为负值的情况下，在负弯压力为1MPa的基础上进行负弯压力的调整，此时正弯压力也是保持在1MPa。系统分析，就是在弯辊系统工作时，正弯和负弯都处于伺服工作状态，两者同时处于同一种状态能够保证轧制过程中进行正弯控制和负弯控制切换时压力的平稳过渡。

通过对第一种和第二种控制思路的比较分析，可以看出，第二种思路显然可以更好的保证在轧制过程中弯辊控制带材板型的需要。

3.2 正负弯仅用一个伺服阀实现控制

在正负弯仅用一个伺服阀进行控制的模式中用同一个弯辊控制正弯和负弯，在切换正弯控制和负弯控制过程中就不需要考虑到油液填充和建立油压的持续的时间问题。但是，从另一方面说，这种控制模式也存在一些新的问题，举个例子说，就是在伺服控制不当的情况下，弯辊压力在某一个压力范围内可能会产生波动，导致系统工作跳动得厉害，影响正常工作。

这种问题的解决办法：由于用一个弯辊液压缸控制正弯和负弯，弯辊液压缸在工作时有刚腔和无杆腔的压力反馈和轧机弯压力给定的关系，这样就能够解决上述问题了。

4 结论

铝冷轧机是将热轧铝卷在通过了众多道次的轧制之后成为符合规定厚度公差和符合规定平直度要求的铝薄卷带的设备，是冶炼行业常用的设备之一。另外，板型则是考核铝板带材质质量体系中至关重要的指标。只有充分理解并熟悉了弯辊伺服系统的设计思想和控制思路，才能够更好的实现控制的目的，以满足生产处高品质、高精度的产品的需求。

参考文献

[1]赵丽娟.神经模糊PI控制在冷链轧机弯辊系统中的应用研究[J].机械制造，2011.01.

[2]贾春玉，赵炳利，宗家富，于凤芹.模糊逻辑控制器应用于四辊冷轧机液压弯辊系统的研究[J].中国机械工程，2012.14.

作者单位

秦皇岛凯鸿科技有限公司 河北省秦皇岛市 066000endprint