热轧轧边辊的电气控制系统说明

2023-06-21袁志国

有色金属加工 2023年3期

袁志国

(中色科技股份有限公司,河南洛阳 471039)

轧边辊一般用于热轧机带材宽度控制,在铜热轧机中,一般在轧机的两侧都有轧边辊,在铝热轧机中,一般只有单侧有轧边辊。对于轧边辊的控制,要考虑三个问题,一是轧边辊的辊缝精度问题,二是轧边辊开闭的快速性问题,三是在轧制时,轧边辊的自动控制问题。为解决这些问题,需要位移传感器来测量轧边辊的位置,液压电磁阀来控制轧边辊的移动,电气控制系统来自动控制轧边辊的各个动作,本文将以铜热轧机为例,说明轧边辊控制流程及电气自动控制的实现过程。

1 轧边辊控制工艺流程

假定加热炉在轧机左侧,则轧机第一道次为右轧,热铜锭在加热炉出炉后,运输辊道将其运送到轧机,在铜锭到达左侧轧边辊前,左侧轧边辊先按轧制表设定的辊缝值摆好辊缝并转动,当铜锭被导尺导正后,咬入轧边辊,进行轧边;这时右侧轧边辊处于打开状态并保持。第一道次轧制完成,轧机抛料后,轧制方向改变,则这时右侧轧边辊按轧制表设定的轧边辊辊缝值摆好辊缝并转动,当铜锭被导尺导正后,咬入轧边辊,进行轧边;这时左侧轧边辊处于打开状态并保持。如此循环往复,完成热轧机的轧边工作。当带材厚度较薄时,一般不再进行轧边,这时左侧和右侧轧边辊都处于打开状态。

2 轧边辊电气控制流程

轧边辊的电气测量元件有位移传感器和压力传感器,执行机构有油路工作控制阀和比例伺服阀,油路工作控制阀是一个三位阀,用于接通和截断控制油路,比例伺服阀用于控制轧边辊的开口度。轧边辊正常工作时,要给定油路工作控制阀使能信号和比例伺服阀使能信号,当轧边辊不工作或无控制命令时,取消上述两个使能信号,电磁阀阀芯处于中位状态,电磁阀既不进油,也不出油,轧边辊处于静止状态。

电气系统通过PLC程序来控制轧边辊的动作,轧边辊可以手动控制,也可以自动控制。正常轧制时为自动控制,当有机械故障发生或其它需要操作手干预的情况时,操作手手动控制轧边辊的开闭,这时,当前道次将自动改为手动模式,下道次恢复为自动控制。图1为详细的轧边辊电气控制流程说明。

图1 轧边辊电气控制流程图

3 程序接口设计

根据轧边辊控制流程,程序接口设计见表1和表2。

表1 程序输入信号

表2 程序输出信号

4 程序本体设计

按照图1轧边辊电气控制流程来设计程序本体,PID控制块使用西门子系统块Continuous Control with SFB 41/FB 41 "CONT_C"。PID输出的控制值经过转换送给比例伺服阀,对于PID输出来说,其范围一般为-100.0～+100.0。对于轧边辊比例阀,PLC输出的数值范围为0～27648,其中给定13824～27648时,轧边辊将夹持;给定0～13824时,轧边辊将打开,其中27648对应轧边辊夹持时的最大比例阀开口,0对应轧边辊打开时的最大比例阀开口,13824对应比例阀中位,这时阀开口为0。根据这种对应关系,并根据现场轧边辊实际运行状况来编写输出转换程序。

斜坡给定程序根据需要编写,主要用于轧边辊输出给定值以斜坡形式给出,防止液压冲击,有上升斜坡和下降斜坡两种形式,对应打开和关闭两种动作。轧边辊打开或闭合过程控制如图2所示。轧边辊起动时,给较小阀开口,平稳启动,然后以斜坡升速,之后保持高速运行。当反馈值接近给定值时,以斜坡降速;当反馈值等于设定值时,进入PID调节区,这时轧边辊实际位置将动态跟随设定值。

图2 轧边辊比例伺服开口控制

5 轧边辊油缸对电气控制的影响说明

轧边辊开闭控制使用的液压缸一般为活塞缸,轧边辊闭合时,塞腔进油,杆腔出油;轧边辊打开时,则是杆腔进油,塞腔出油。应当注意的是,如果选用的比例阀进油口和出油口流量相等,则会造成憋压的现象,这是因为活塞缸的杆腔和塞腔的体积是不一样的。我们假定活塞腔的体积是柱塞腔的两倍,则在轧边辊闭合时,不会出现问题;但当轧边辊打开时,在同样阀开口的情况下,活塞腔移动速度是柱塞腔的1/2,活塞腔就会产生憋压现象,对电气控制不利。因此在比例伺服阀选型时,应将阀芯开口比例选为2∶1比较合适(塞腔对应开口2,杆腔对应开口1),或者只控制塞腔的进油出油,而杆腔改为固定背压控制也是比较合适的。