冷軋機邊部減薄控制系統的開發與應用

盧天燚　劉寶權

摘 要：本文闡述了國內首套擁有自主知識產權的冷軋帶鋼邊部減薄控制系統的構成。該系統依托于某廠1500冷連軋機在線改造工程進行獨立自主設計和研發?；A自動化系統包括帶鋼橫斷面個點厚度實際值測量、帶鋼橫斷面邊降評估、工作輥竄輥量計算和工作輥彎輥力計算等4個基本模塊組成。過程控制系統包括預設定、設定、再設定和自學習等功能模塊。實際應用效果表明，穩態軋制時的邊部減薄量小于5μm，動態變規格時小于7μm。

關鍵詞：邊部減??；冷軋；帶鋼

中圖分類號：TG333 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0276-01

邊部減?。ㄓ址Q邊降）是冷軋帶鋼非常重要的一個質量指標。帶鋼的邊部減薄量越大，軋后帶材的切邊量也越大，產品的成材率越低。邊部減薄所造成的同板差缺陷會降低材料的沖壓成型性能，導致鍍錫板和汽車用鋼板等在沖壓成形加工中產生裂紋問題。冷軋硅鋼產品用于電機或變壓器制造時，帶鋼邊部厚度的差異導致碟片系數降低、磁通密度減小、碟片間間隙增大、磁場強度減弱、電機所需勵磁電流增大，機電設備的電能轉換效能降低減小。

新建的冷軋硅鋼生產線，軋機均具備邊部減薄控制功能，全套邊部減薄控制技術由日本三菱日歷公司提供。因此，開發具有自主知識產權的冷軋硅鋼邊部減薄控制技術，將改變邊部減薄控制核心技術和設備完全依賴進口的被動局面。

1 邊部減薄的定義

冷軋帶鋼產品在距離帶鋼邊部的區域，帶鋼的厚度急劇減小的現象被稱之為邊部減薄，也稱之為邊降（Edge Drop）。板帶材的邊部減薄是衡量冷軋帶鋼成材率的一個重要質量標準，也是板形質量控制的幾大指標之一。

2 控制系統組成

冷連軋機組帶鋼邊部減薄控制系統主要組成包括：入口帶鋼凸度檢測、帶鋼寬度檢測、出口成品帶鋼邊部減薄檢測、數據采集系統、工作輥竄輥控制、邊部減薄閉環控制、測量及控制數據分析系統、軋機過程控制系統、系統通信方案設、換輥、帶鋼跟蹤等等。

邊部減薄控制系統是一個復雜的工業控制系統，為保證新增的邊部減薄控制系統與原有軋機控制系統之間的兼容性，提高系統運行穩定性，邊部減薄控制使用了集散式的控制方式，各子系統之間的穩定的通訊是保證邊部減薄控制的關鍵。由于各設備生產廠家提供的設備接口多種多樣，通訊協議也不盡相同。選擇設備時應以軋機控制系統的西門子設備的通訊協議為主，包括：PROFIBUS DP、工業以太網、GDM、MPI。

PROFIBUS DP通信應用于TDC控制器、PLC控制器與現場各種傳感器、生產操作設備和遠程IO設備間的數據及信號傳輸，以及PROFIBUS DP網絡組態的下裝、檢測、調試等，是一種實時性高、通訊傳輸穩定可靠的通信方式。工業以太網通訊應用于新增邊部減薄儀、凸度儀與TDC控制器之間的通信，TDC控制器與PLC控制器之間的通信，HMI與TDC、PLC控制器之間的通信，以及過程計算機與TDC、PLC控制器之間的通信。GDM通信應用于邊部減薄控制與工作輥竄輥控制之間的通信，以及邊部減薄控制、工作輥竄輥控制與原有各控制功能（厚度控制、生產線協調控制等）之間的通信，主要用于TDC控制器之間的數據交換。MPI主要用于整個控制系統的現場在線調試，通過MPI通信可實現對實時程序的下裝、監控與修改。數據采集系統可通過GDM、ProfibusDP、工業以太網通訊方式采集到冷連軋機組的各種實時的設備和生產數據。

3 過程控制系統

過程控制系統主要功能在于根據原料帶鋼鋼種、寬度、厚度、入口帶鋼實際凸度和邊部減薄閉環控制實際反饋情況，對即將進入軋機的鋼卷進行工作輥竄輥插入量的預設定計算。

根據入口凸度儀檢測到的帶鋼實際凸度數據，判斷入口帶鋼實際凸度值是否超限，未超限，則按照竄輥邊降調控功效西施是否改變，進行邊降預設定控制模型計算和邊降設定模型計算。若入口帶鋼實際凸度值超限，則進行邊降再設定控制模型計算。依據出口邊降儀檢測到的帶鋼實際邊降值是否達到預期目標，進行竄輥插入量自適應修正和邊降調控功效系數自適應修正。

4 基礎自動化系統

邊部減薄反饋控制是冷軋帶鋼邊部減薄控制系統的。冷軋帶鋼邊部減薄反饋控制模式分為各機架聯動控制模式和分散獨立控制模式。兩種控制模式的控制原理基本相同，都是由帶鋼橫斷面個點厚度實際值測量、帶鋼橫斷面邊降評估、工作輥竄輥量計算和工作輥彎輥力計算等4個基本模塊組成。

首先根據軋機出口邊降儀檢測的數據，判斷帶鋼的邊降值是否達到要求。用距離帶鋼邊部20mm處的厚度值與帶鋼中部的實際厚度相比較，得到的差值作為實際邊降值。然后與目標邊降值進行比較，若差值在目標邊降值的70%以內，則不進行工作輥竄輥量和工作輥彎輥力調整，否則需要根據實際邊降值和目標邊降值的差值，通過TDC閉環反饋控制模型計算出工作輥竄輥修正量和工作輥彎輥修正量。

5 實際應用及效果

項目成果已于2014年5月成功應用于某廠1500冷連軋機，寬度1120mm，出口厚度0.5mm，鋼種50a-mz13，第1架插入量為60mm，第2機架的插入量為30mmx穩態軋制時，操作側和傳動側距邊部20mm處的邊部減薄值≤5μm，2σ值≤3.75μm。動態變規格時，操作側和傳動側距邊部20mm處的邊部減薄值≤7μm。

參考文獻

[1]陳 卓.中國電工鋼生產現狀及后期展望.中國冶金.2010，20（8）：15～23.

[2]馬鵬宇.冷軋硅鋼邊部減薄的有限元仿真[D].遼寧科技大學，2015.

[3]高精度板形控制技術與裝備.世界金屬導報，2015，12.

收稿日期：2018-10-13