淺析冷軋平整機(jī)延伸率控制技術(shù)的算法及影響因素

劉麗英

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動(dòng)化部,山東 萊蕪 271100 ）

淺析冷軋平整機(jī)延伸率控制技術(shù)的算法及影響因素

劉麗英

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動(dòng)化部,山東 萊蕪 271100 ）

摘要：延伸率是平整工藝的一個(gè)重要參數(shù)，本文通過對(duì)萊鋼冷軋平整機(jī)組延伸率控制系統(tǒng)的分析，著重介紹延伸率控制技術(shù)的算法以及影響延伸率控制的因素。

關(guān)鍵詞：延伸率；算法；控制系統(tǒng)；脈沖編碼器

0　前言

平整是一道確保生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)薄板、提高冷軋帶鋼成品質(zhì)量的關(guān)建工序，它在提高產(chǎn)品質(zhì)量、控制板形、使帶鋼具有合適的力學(xué)性能和表面狀態(tài)等發(fā)揮著重要的作用。

經(jīng)過退火后的冷軋帶鋼狀態(tài)軟質(zhì)，其表面的光潔度、平直度和組織性能等均不能達(dá)到產(chǎn)品的使用要求，通過平整工藝即可改善質(zhì)量，提高強(qiáng)度，達(dá)到所要求的加工性能。

1　平整延伸率控制

延伸率也就是帶鋼長(zhǎng)度的變化率。萊鋼冷軋平整機(jī)是單機(jī)架四輥平整機(jī)，平整延伸率的基本含義與常規(guī)軋制不同，延伸率的調(diào)節(jié)是控制工藝質(zhì)量的重要內(nèi)容，其平整是一個(gè)小壓下率（延伸率為0.5％～5％）的小變形量的軋制，是冷軋工藝上極為重要的一道生產(chǎn)工序。延伸率是平整過程中最基本的工藝參數(shù)，平整道次壓下量只有微米級(jí)，平整機(jī)出口側(cè)與入口側(cè)的帶鋼厚度偏差用測(cè)厚儀幾乎測(cè)不出來，所以，就用測(cè)量帶鋼延伸率作為測(cè)量其厚度變化的等效值。延伸率是平整軋制的唯一變形指標(biāo)，在保證帶鋼力學(xué)性能、滿足用戶要求方面，起著至關(guān)重要的作用。

2　延伸率的在線測(cè)量途徑

為提高延伸率控制精度，萊鋼冷軋平整機(jī)組既安裝了脈沖編碼器，也安裝了激光測(cè)速儀，激光測(cè)速儀來反饋帶鋼實(shí)際速度。激光測(cè)速儀把帶鋼表面速度轉(zhuǎn)換成與之成正比的電子頻率信號(hào)，輸出給控制系統(tǒng)，作為速度反饋。張力輥本身的數(shù)字傳動(dòng)系統(tǒng)需要脈沖編碼器反饋速度，同時(shí)脈沖編碼器也可以作為延伸率控制系統(tǒng)中激光測(cè)速儀的備用設(shè)備。

平整機(jī)延伸率是根據(jù)脈沖編碼器檢測(cè)出的信號(hào)計(jì)算得出。當(dāng)采用編碼器測(cè)速時(shí)，控制系統(tǒng)采用高速計(jì)數(shù)模塊接受入口上S輥、出口上S 輥安裝的編碼器發(fā)出的脈沖信號(hào)，并對(duì)其累加計(jì)數(shù)?？刂栖浖床蓸又芷谠L問高速計(jì)數(shù)模塊的累加器，讀取累加的脈沖值，計(jì)算出帶鋼的實(shí)際速度：

其中

式中D-張力輥直徑；

Ncy-脈沖編碼器軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周的總脈沖數(shù)；

Nm-高速計(jì)數(shù)器累加器的上限值；

Ni-本次對(duì)高速計(jì)數(shù)器累加器訪問的采樣值；

Ni-1-上一次對(duì)高速計(jì)數(shù)器累加器訪問的采樣值；

Δt-控制軟件對(duì)高速計(jì)數(shù)器累加器訪問的采樣時(shí)間。

式（1）分別計(jì)算出平整機(jī)帶鋼入口和出口的實(shí)際速度后，即可計(jì)算出帶鋼的延伸率：

式中δi-帶鋼延伸率；

V1i-帶鋼入口速度；

V2i-帶鋼出口速度。

假如平整機(jī)入口和出口張力輥的直徑D相同，編碼器的脈沖數(shù)Ncy也相同，控制過程中對(duì)高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行訪問的Δt一致，那么延伸率的計(jì)算可簡(jiǎn)化為：

由于現(xiàn)代微電子技術(shù)的高速發(fā)展，高速計(jì)數(shù)器所能達(dá)到的技術(shù)頻率和控制運(yùn)算所需要的采樣周期已經(jīng)不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，所以這種方法完全能夠滿足速度采樣計(jì)算的要求，可以達(dá)到控制所要求的采樣精度，滿足控制需求。

當(dāng)用激光測(cè)速儀測(cè)速時(shí)，一般有兩種輸出方式：脈沖輸出和直接速度輸出。當(dāng)采用脈沖輸出到控制系統(tǒng)時(shí)，仍要用高速計(jì)數(shù)模塊對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，當(dāng)采用直接速度輸出到控制系統(tǒng)時(shí)，它發(fā)射激光束到帶鋼表面來測(cè)量入、出口帶鋼長(zhǎng)度，可以利用模擬線路接口或數(shù)字通信接口，控制軟件就可以直接讀取帶鋼的入口和出口的速度值，隨時(shí)可以計(jì)算帶鋼的延伸率，用于自動(dòng)化控制。使用激光測(cè)速儀來取代脈沖編碼器，測(cè)量精度要高得多，并且避免了測(cè)量輥的輥徑變化、打滑等對(duì)測(cè)量精度的影響。

3　延伸率的控制方式

通常平整根據(jù)平整潤滑方式有濕平整和干平整。根據(jù)控制方式，調(diào)節(jié)帶鋼延伸率的主要途徑有以下三種：通過改變帶鋼在平整過程中的軋制力、通過改變帶鋼在平整過程中的前后張力、通過改變帶鋼在平整過程中的速度。因此，在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程中，對(duì)于板厚≤lmm的帶鋼來說，采用張力調(diào)節(jié)控制延伸率方式取得的現(xiàn)場(chǎng)效果相對(duì)來說要理想的多。而對(duì)于板厚≥ lmm的帶鋼來說，易采用壓力調(diào)節(jié)控制延伸率的方式。通過速度調(diào)節(jié)來控制延伸率的方式，則適用于高精度延伸率控制產(chǎn)品的生產(chǎn)。

軋制力控制方式，在平整機(jī)中，開卷機(jī)、入、出口S 輥采用的是壓力環(huán)控制方式。平整機(jī)根據(jù)軋制壓力變化來控制調(diào)節(jié)延伸率。利用延伸率給定值與實(shí)測(cè)值之差，轉(zhuǎn)變成一個(gè)相應(yīng)的附加軋制力給定值，從而修改原有的給定平整軋制力，達(dá)到對(duì)帶鋼延伸率進(jìn)行控制的目的。采用軋制壓力方式調(diào)節(jié)帶鋼延伸率，從現(xiàn)場(chǎng)效果來看，帶鋼越薄，帶鋼延伸率調(diào)節(jié)的效果越差。帶鋼越厚，帶鋼延伸率調(diào)節(jié)的效果越好。張力控制方式，開卷機(jī)、S輥以及卷取機(jī)均以張力方式調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)。通過用改變張力的方式來控制調(diào)節(jié)延伸率，通過延伸率給定值與實(shí)測(cè)值之間產(chǎn)生的差值，轉(zhuǎn)變成了一個(gè)相應(yīng)的附加張力給定值。實(shí)際上就是通過改變?nèi)肟谂c機(jī)架之間、機(jī)架與出口之間的張力，從而改變帶鋼的延伸率。通過采用改變張力來控制延伸率的效果看，帶鋼越薄，調(diào)節(jié)延伸率的效果越好；帶鋼越厚，調(diào)節(jié)延伸率的效果越差。

速度控制方式，平整機(jī)的開卷機(jī)、入口S 輥、出口S 輥均采用速度環(huán)控制方式。按目標(biāo)延伸率計(jì)算前后S 輥的速度差，在軋制壓力基本恒定不變的情況下，利用延伸率給定值與實(shí)際值之間的差值，轉(zhuǎn)換成一個(gè)附加的速度給定值，實(shí)際上就是通過改變前后S 輥的速度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼延伸率的控制。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于速度差易產(chǎn)生張力的變化，因此速度延伸率控制是適用于高精度延伸率控制方式的實(shí)際生產(chǎn)中。

4　結(jié)束語

萊鋼冷軋的平整機(jī)組自2009年運(yùn)行投產(chǎn)以來，延伸率控制效果達(dá)到95％以上，基本上消除了生產(chǎn)中存在的帶鋼質(zhì)量問題。這種措施已經(jīng)投入實(shí)際生產(chǎn)，取得了很好的現(xiàn)場(chǎng)效果。