摘要：冷連軋機輥縫自動標定是液壓輥縫控制中精度要求最高的環節之一，2007年鞍鋼股份有限公司新建1 450 mm冷軋機采用德國Siemens公司TDC控制系統，實現了輥縫自動標定功能。作者從應用角度分析了軋機輥縫自動標定的分類與過程，闡述了軋機輥縫自動標定時，如何實現相對軋制力、輥縫位置、輥縫傾斜的零點標準，同時，對現場標定過程出現的典型故障進行分析并提出解決方法。實踐證明通過輥縫自動標定，可以提高軋機HGC精度，保證成品帶鋼的厚度要求。

　　關鍵詞：冷連軋;TDC自動控制;輥縫標定;軋制力控制

　　在軋機正常軋制帶鋼前，更換工作輥或支撐輥后使整個軋機的軋制線發生了改變，所以必須對軋機液壓輥縫控制系統進行機架液壓輥縫零點標定，通過標定可以獲得軋制力、輥縫位置、輥縫傾斜的零點標準，只有獲得以上3種變量的零點標準，軋機才能實現正常軋制時HGC系統的自動控制功能?？梢哉f機架液壓輥縫標定是軋機進行液壓HGC不可或缺的前提，是實現冷連軋生產高精度成品的必要條件。本文立足于2007年鞍鋼股份有限公司新建1 450 mm冷連軋機調試實踐經驗，針對其它生產線冷軋機輥縫自動標定過程進行完善與精簡，從輥縫自動標定的技術原理出發，介紹1 450 mm冷連軋機標定過程，為生產順行提供依據和保證。

　　1 輥縫標定理論基礎

　　軋機機架液壓輥縫標定是建立在軋機彈跳方程的基礎上。

　　彈跳方程：h=S0+(P-P )/K (1)

　　式中，h為軋件出口厚度;S0為空載輥縫;P為軋制力;P0為影響輥縫的軋制力極限值;K為軋機剛度。

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　　如圖1所示，軋件塑性線斜率為，軋機彈性線斜率為K。當某種因素影響軋件塑性線由B變化到時，為保證軋機出口帶鋼厚度h不變，需調整軋機輥縫△S，使軋機彈性線由A變化到A’。厚度控制的基本原理是：無論軋制過程如何變化，總使軋機彈性線A與塑性線B相交于等厚軋制線C0軋制力在作用的過程中有一個從小到大的過程，對輥縫的影響會從大到小變化，在軋制力相對較小時，輥縫變化呈非線性，當軋制力達到P0時，輥縫變化開始呈線性趨勢。而這種影響是通過軋制力作用在軋輥兩端產生的，輥縫的非線性段計算方法如下：

　　SP=CP×(P—P0) (2)

　　式中，s 為軋制力對輥縫的影響值;C 為軋制力對輥縫影響的補償系數，當P>P。時，進入線性段后則C 為0[3]。

　　通常在軋制前啟動輥縫標定功能，將軋輥按初始壓力P。壓靠到一定程度，并將此時的輥縫.s。確定為軋機調整的零輥縫。通過輥縫標定將圖1中曲線的非線性部分進行處理，把s 前面非線性段去除，實現在正常軋制時軋制力和輥縫之間的線性化。

　　2 輥縫標定測量系統與軋制線標定

　　2.1 輥縫標定測量系統

　　鞍鋼1 450 mm冷連軋機輥縫標定測量系統主要包括：液壓缸位置檢測和軋制力檢測系統。其中，液壓缸位置檢測元件主要采用日本Sony公司位置傳感器，該位置傳感器精度達到0.001 mm，可以精確檢測輥縫標定時液壓缸桿的具體位置。軋制力測量系統采用德國HYDAC公司的壓力傳感器，它利用液壓缸油腔將液壓油壓力傳遞給壓力傳感器，測量到的壓強與相應活塞面積相乘，得到實際軋制力，這種壓力傳感器工作穩定，其精度完全滿足現場要求，被廣泛應用在輥縫標定軋制力測量系統中[3]。

　　2.2 軋制線標定

　　軋制線標定是輥縫標定的前提。軋機正常生產時，應保持一個穩定不變的軋制線，使帶鋼始終處于同一水平高度進行軋制，但是更換機架軋輥以后則會影響軋制線的位置，因此需要重新調整軋制線到原定位置[5]。鞍鋼1 450 mm冷連軋機軋制線標定時，按照軋機各個部件數據計算軋制線的調整高度，其計算和調整過程通過Siemens公司的PCS7系統中S7實現，軋制線標定原理如圖2所示。

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　　為了準確控制軋制線調整精度，軋制線調整裝置采用梯形臺和精調斜楔組合來調整軋制線高度。其中梯形臺共有6級臺階，通常首階高度為40 mm，其余臺階高度為30 mm;精調斜楔的移行距離與高度調整量之比為20：1。

　　軋制線高度

　　Hpassline=H一(DBR/2+DIR+DWR)+△H (3)

　　式中，H為支撐輥軸承中心線到軋制線距離;DBR為支撐輥直徑;DIR為中間輥直徑;DWR為工作輥直徑;△H為輥徑偏差。

　　梯形臺水平調節量(粗調)

　　Swedge =(Hpassline-H1)H0× 130 (4)

　　式中，H1為首階高度;H2為其余臺階高度;130 mm為臺階長度。

　　斜楔水平調節量(精調)

　　Swedge =(Hpassline-Hplate )/tanθ’ (5)

　　式中，Hplate為梯形臺調整高度;tanθ’= 1/20為斜楔斜率。

　　軋制線調整的計算精度是輥縫標定能否成功的關鍵，通過軋制線的計算可以為軋機輥縫標定提供標尺和參照，從而保證軋機輥縫相對零點在同一水平線上。

　3 輥縫標定分析

　　3.1 輥縫標定分類

　　輥縫標定可分為無帶標定和有帶標定，無(有)帶標定是在機架內沒有(有)帶鋼的情況下進行的標定。這兩種標定過程存在很大差別，無帶標定是對“零點”的校正，即輥縫標定必須達到設定的基準位置;而有帶標定繼承了無帶標定的軋制力和輥縫基準值，標定的最終目標是達到原來的輥縫位置[3]。通常在液壓缸實際位置和位置計數器數值之間出現偏差時，必須進行無帶標定;另外，如果更換支撐輥或位置計數器數據突然丟失(控制器復位、電源掉電或位置計數器失效導致)，也應該進行無帶標定。在軋機有帶鋼存在并且更換工作輥或中間輥重新調整水平軋制線后，應該進行有帶標定。由于有帶標定相對比較簡單且原理與無帶標定相同，因此本文僅介紹無帶標定。

　　3.2 無帶標定過程

　　鞍鋼1 450 mm冷連軋機無帶標定執行順序見圖3，其中控制方式包括位置控制方式、軋制力控制方式、單軋制力控制方式和傾斜控制方式。啟動標定功能之前，需要滿足如下基本條件：軋機沒有快停信號和維護方式信號、位置計數器無報錯、HGC系統狀態OK、乳液系統和傳動系統狀態OK。在無帶標定過程中，需要對HGC、彎輥控制、竄輥控制、乳液噴射控制、傳動控制等多方面因素進行檢查校準，完成相對軋制力、輥縫位置、輥縫傾斜的零點標定，最終找到正常軋制時HGC的零點標準。自動標定過程是通過Siemens公司的TDC系統實現順序控制，當標定條件滿足時，可以在操作面板或HMI中啟動自動標定過程，然后通過SFC軟件實現基本順序控制功能，步驟之間轉換條件收集和中斷報警功能由CFC軟件實現。系統對每一步執行過程都設有超時監控功能，一旦超時順控過程會立即終止且系統恢復到自動標定之前的狀態。前一步完成后，下一步包括它的連鎖條件就立即執行，只有步驟之間的轉換條件全部滿足后，才能完成自動標定的全部過程。當完成全部標定過程后，說明軋機狀態正常，可以開始軋制，并將輥縫位置合到15 mm，為穿帶生產準備條件。

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　　3.2.1 軋制力標定過程

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　　標定過程軋制力變化曲線如圖4所示。初始化自動標定參數過程中，將上次標定形成的相對軋制力修改為絕對軋制力，那就意味著已經考慮了輥重、軸承重和彎輥力等對軋制力的影響因素，完全依靠壓力傳感器檢測軋制力數據。在軋制力和傾斜控制方式下，合輥縫到軋制力最小(1 MN)，保證此時上下工作輥恰好接觸但卻沒有相互作用，同時檢查此時輥縫位置與接觸位置偏差是否在容限范圍內(2 mm)，其中接觸位置通過軋輥數據計算得出：

　　Hcontact= (DBR/2+DIR+DwR)一H’ (6)

　　式中，Hcontact為接觸位置;H’為軋制線到下支撐輥中心線距離。

　　這時主要為了檢查軋輥數據是否正確，并繼續以單軋制力控制方式使軋輥兩側達到接觸軋制力(1 MN)，保證軋輥兩側在上下輥系之間產生相互作用并造成一定程度的輥系變形。然后在位置和傾斜控制方式下將輥縫在當前位置的基礎上打開5 mm，如圖3中第7步所示，根據液壓和輥系變形原理以及相關實驗數據，一般認為在接觸軋制力輥系變形的基礎上輥縫打開5 mm，會使上下輥系之間恰好接觸卻沒有相互作用，此時再將檢測實際軋制力的固定載荷質量影響因素去掉，即對壓力傳感器系統做一次軋制力清零操作，就可以得到相對軋制力零點標準。

　　3.2.2 輥縫位置標定過程

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　　標定過程中輥縫位置變化曲線如圖5所示。首先，將液壓缸全部縮回，完全打開輥縫，同步位置計數器完成從相對位置到絕對位置的轉換過程，將液壓缸絕對位置置為150 mm。如圖6所示，液壓缸的絕對位置s 是以液壓缸上限位置為零點，液壓缸釋放到底位置為下限位置(150 mm)。根據工藝要求，零輥縫的選擇采用兩側軋制力均達到5 MN時的輥縫位置，所以作為軋機液壓缸的相對位置S =0是在標定軋制力F =10 MN時產生的。因為機架處于靜止狀態時合輥縫到較大的標定軋制力F =10 MN會損傷輥系，且機架處于動態過程會更接近軋機正常生產狀態，所以實現標定軋制力F =10 MN應該在輥系正常噴射乳液潤滑、軋機處于動態過程中完成。同時，考慮到在正常軋制帶鋼過程中會產生軋機彈性變形和軋件塑形變形，也只有在標定軋制力F =10 MN時產生的輥縫位置零點才會有效補償以上兩種變形帶來的誤差影響。

　　3.2.3 傾斜標定過程

　　在釋放方式下將液壓缸釋放到底并同步位置計數器，由于傳動側和操作側液壓缸實際位置存在偏差，造成此時的傾斜值(傳動側與操作側位置差)不為零，在同步位置計數器后會造成傾斜值清零，所以在同步之前必須記錄此時實際傾斜值。如圖3所示，當執行第4步時，選擇位置和傾斜控制方式并將輥縫合到釋放位置150 mm之上5 mm時，給調整傾斜值提供條件，同時對記錄的實際傾斜值進行補償，保證實際合輥縫時軋輥兩側完全處于水平狀態。選擇單軋制力控制方式且機架兩側同時合輥縫到接觸軋制力時，將實際產生的傾斜值作為此時傾斜的設定值，同時打開輥縫5 mm，開始標定軋制力零點。最后，在進行到噴射乳液軋機動態過程時，選擇單軋制力控制方式，合輥縫使兩側軋制力達到標定軋制力F =10 MN(單側為5 MN)，將實際絕對傾斜值作為傾斜設定并存儲數據，當兩側位置計數器同時清零后，導致傾斜數值清零，此時將絕對傾斜值轉化為相對傾斜值，完成傾斜零點標定。

　　3.3 無帶標定典型故障分析

　　經過這幾年冷連軋機的生產和實踐，我們對軋機輥縫標定有了更深入的了解，也獲得了許多寶貴的經驗，以下對無帶標定的典型故障進行分析。在鞍鋼1 450 mm冷連軋機的標定過程中，經常出現接觸位置偏差超限和軋制力過負荷問題，導致標定失敗。故障主要發生在標定順序進行到軋制力控制，即在標定進行到第5步軋機未轉傳動前，如果這時輥縫位置與接觸位置的偏差超過容限范圍(2 mm)，軋機標定會自動過載停止;另一種是軋制力過負荷故障，它出現在軋機轉傳動過程中標定順序進行到單軋制力控制方式，即標定進行到第14步時，這時一旦出現軋輥傾斜過大(大于2.5 ram)，將導致標定失敗甚至會導致斷輥事故。

　　經分析輥系數據與實際不符是經常導致軋機出現上述兩種問題的原因之一。如果實際輥徑小于輸入輥徑，按照軋制線標定結果會造成上下輥無法接觸，標定無法達到預期的最小軋制力2 MN;反之，如果實際輥徑大于輸入輥徑，將出現軋制力在靜態情況下超過2 MN，導致標定異常中斷。因此為避免過負荷現象發生，一方面需提高軋輥輥徑測量精度，保證輥徑數據準確性，避免由于輥徑數據錯誤造成標定故障;另一方面需要在標定到第5步或第l4步時，充分關注此時軋制力與輥縫位置狀態，一旦出現較大偏差立即人為中斷標定過程，并重新校驗軋輥輥徑數據。

　　4 結束語

　　鞍鋼1 450 mm冷連軋機自2007年投入生產以來，輥縫自動標定功能的應用大幅度提高了軋機控制精度，已經生產出厚度與板形都符合用戶要求的高品質家電板。軋機液壓輥縫標定是HGC的前提和保證，標定過程的每一步都有非常嚴格的轉換條件，只有清楚軋機標定過程和細節才能準確判斷標定中出現的問題。結論如下：

　　(1)建立在軋機彈跳方程基礎上的液壓輥縫無帶標定是冷連軋機能否正常工作的前提，只有機架通過無帶標定所有步驟，才能真正找到相對軋制力、輥縫位置和輥縫傾斜的零點標準。從而保證軋機的厚度控制精確執行。

　　(2)在無帶標定時，除了以上分析的幾項功能以外，還需對液壓彎輥(包括工作輥和中間輥)、竄輥、軋機主傳動系統、乳液系統進行檢驗，保證軋制時軋機控制功能正常執行。

　　(3)軋機無帶標定和有帶標定都是建立在軋制線位置正確的基礎上，只有計算出不同軋輥數據所對應的軋制線位置，才能計算出上下工作輥的正確接觸位置[3]。