冷轧机边部减薄控制系统的开发与应用

卢天燚　刘宝权

摘 要：本文阐述了国内首套拥有自主知识产权的冷轧带钢边部减薄控制系统的构成。该系统依托于某厂1500冷连轧机在线改造工程进行独立自主设计和研发。基础自动化系统包括带钢横断面个点厚度实际值测量、带钢横断面边降评估、工作辊窜辊量计算和工作辊弯辊力计算等4个基本模块组成。过程控制系统包括预设定、设定、再设定和自学习等功能模块。实际应用效果表明，稳态轧制时的边部减薄量小于5μm，动态变规格时小于7μm。

关键词：边部减薄；冷轧；带钢

中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0276-01

边部减薄（又称边降）是冷轧带钢非常重要的一个质量指标。带钢的边部减薄量越大，轧后带材的切边量也越大，产品的成材率越低。边部减薄所造成的同板差缺陷会降低材料的冲压成型性能，导致镀锡板和汽车用钢板等在冲压成形加工中产生裂纹问题。冷轧硅钢产品用于电机或变压器制造时，带钢边部厚度的差异导致碟片系数降低、磁通密度减小、碟片间间隙增大、磁场强度减弱、电机所需励磁电流增大，机电设备的电能转换效能降低减小。

新建的冷轧硅钢生产线，轧机均具备边部减薄控制功能，全套边部减薄控制技术由日本三菱日历公司提供。因此，开发具有自主知识产权的冷轧硅钢边部减薄控制技术，将改变边部减薄控制核心技术和设备完全依赖进口的被动局面。

1 边部减薄的定义

冷轧带钢产品在距离带钢边部的区域，带钢的厚度急剧减小的现象被称之为边部减薄，也称之为边降（Edge Drop）。板带材的边部减薄是衡量冷轧带钢成材率的一个重要质量标准，也是板形质量控制的几大指标之一。

2 控制系统组成

冷连轧机组带钢边部减薄控制系统主要组成包括：入口带钢凸度检测、带钢宽度检测、出口成品带钢边部减薄检测、数据采集系统、工作辊窜辊控制、边部减薄闭环控制、测量及控制数据分析系统、轧机过程控制系统、系统通信方案设、换辊、带钢跟踪等等。

边部减薄控制系统是一个复杂的工业控制系统，为保证新增的边部减薄控制系统与原有轧机控制系统之间的兼容性，提高系统运行稳定性，边部减薄控制使用了集散式的控制方式，各子系统之间的稳定的通讯是保证边部减薄控制的关键。由于各设备生产厂家提供的设备接口多种多样，通讯协议也不尽相同。选择设备时应以轧机控制系统的西门子设备的通讯协议为主，包括：PROFIBUS DP、工业以太网、GDM、MPI。

PROFIBUS DP通信应用于TDC控制器、PLC控制器与现场各种传感器、生产操作设备和远程IO设备间的数据及信号传输，以及PROFIBUS DP网络组态的下装、检测、调试等，是一种实时性高、通讯传输稳定可靠的通信方式。工业以太网通讯应用于新增边部减薄仪、凸度仪与TDC控制器之间的通信，TDC控制器与PLC控制器之间的通信，HMI与TDC、PLC控制器之间的通信，以及过程计算机与TDC、PLC控制器之间的通信。GDM通信应用于边部减薄控制与工作辊窜辊控制之间的通信，以及边部减薄控制、工作辊窜辊控制与原有各控制功能（厚度控制、生产线协调控制等）之间的通信，主要用于TDC控制器之间的数据交换。MPI主要用于整个控制系统的现场在线调试，通过MPI通信可实现对实时程序的下装、监控与修改。数据采集系统可通过GDM、ProfibusDP、工业以太网通讯方式采集到冷连轧机组的各种实时的设备和生产数据。

3 过程控制系统

过程控制系统主要功能在于根据原料带钢钢种、宽度、厚度、入口带钢实际凸度和边部减薄闭环控制实际反馈情况，对即将进入轧机的钢卷进行工作辊窜辊插入量的预设定计算。

根据入口凸度仪检测到的带钢实际凸度数据，判断入口带钢实际凸度值是否超限，未超限，则按照窜辊边降调控功效西施是否改变，进行边降预设定控制模型计算和边降设定模型计算。若入口带钢实际凸度值超限，则进行边降再设定控制模型计算。依据出口边降仪检测到的带钢实际边降值是否达到预期目标，进行窜辊插入量自适应修正和边降调控功效系数自适应修正。

4 基础自动化系统

边部减薄反馈控制是冷轧带钢边部减薄控制系统的。冷轧带钢边部减薄反馈控制模式分为各机架联动控制模式和分散独立控制模式。两种控制模式的控制原理基本相同，都是由带钢横断面个点厚度实际值测量、带钢横断面边降评估、工作辊窜辊量计算和工作辊弯辊力计算等4个基本模块组成。

首先根据轧机出口边降仪检测的数据，判断带钢的边降值是否达到要求。用距离带钢边部20mm处的厚度值与带钢中部的实际厚度相比较，得到的差值作为实际边降值。然后与目标边降值进行比较，若差值在目标边降值的70%以内，则不进行工作辊窜辊量和工作辊弯辊力调整，否则需要根据实际边降值和目标边降值的差值，通过TDC闭环反馈控制模型计算出工作辊窜辊修正量和工作辊弯辊修正量。

5 实际应用及效果

项目成果已于2014年5月成功应用于某厂1500冷连轧机，宽度1120mm，出口厚度0.5mm，钢种50a-mz13，第1架插入量为60mm，第2机架的插入量为30mmx稳态轧制时，操作侧和传动侧距边部20mm处的边部减薄值≤5μm，2σ值≤3.75μm。动态变规格时，操作侧和传动侧距边部20mm处的边部减薄值≤7μm。

参考文献

[1]陈 卓.中国电工钢生产现状及后期展望.中国冶金.2010，20（8）：15～23.

[2]馬鹏宇.冷轧硅钢边部减薄的有限元仿真[D].辽宁科技大学，2015.

[3]高精度板形控制技术与装备.世界金属导报，2015，12.

收稿日期：2018-10-13