宽度控制系统在粗轧机中的研究与应用

摘 要： 粗轧带钢宽度的精确控制可以降低带钢切边损耗，提高带钢成材率，给热轧生产创造直接经济效益。粗轧宽度控制就是针对侧压和水平轧制变形以及工艺参数对宽度变形的影响，采用控制模型和自适应技术，使成品卷沿全长宽度公差达到允许范围。

关健词： 宽度控制；自动宽度控制；前馈宽度控制

中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210132－01

1 概述

粗轧宽度控制主要由两部分组成：一部分由过程机控制完成，主要是对进钢前粗轧带钢的宽展进行计算，产生立辊和水平辊压下的设定值；一部分由粗轧基础自动化（BA）完成，在轧制过程中根据轧制力和温度的变化动态调节辊缝，以控制带钢出口宽度。其控制原理为：针对轧制力变化引起有载辊缝波动的情况，借助于液压系统相应调节立辊侧压位移量，适时补偿辊缝的波动偏差，保持有载辊缝的恒定，确保所轧出的带材在整个长度上的宽度均等。影响粗轧带钢宽度精度的因素主要有：带材的厚度变化、宽度变化、温度变化、机架刚度等。针对不同的影响因素，粗轧基础自动化宽度控制采用不同的控制方法以提高带材宽度质量。常用的控制方法有：自动宽度控制（AWC）、前馈宽度控制（PWC）、短行程控制（SSC）。

2 宽度控制系统的硬件配置

莱钢热轧生产线宽度控制系统的基础自动化级采用SIEMENS公司的FM458作为主控制器，ET200M作为粗轧操作室内操作台和现场生产设备信号的远程I/O。由于主控制器放置在粗轧主控室，距现场I/O设备较远，故一般将ET200M用于粗轧操作室内操作台、机旁操作箱、机旁控制箱（柜）（如阀旁、MCC柜旁、液压站内），然后通过现场总线Profibus-DP网与主控制器TDC相连，从而大大减少现场I/O接线，提供了系统的可靠性。宽度控制器与其它控制器及管理全线的过程级之间均通过Industrial Ethernet实现数据交换。

3 控制功能

与宽度控制有关的热连轧生产线轧制设备主要包括：R1四辊粗轧机1架（含立辊E1），F1-F6四辊6架精轧机，F6后设有测厚仪1台，平直度仪1台（含测宽功能）和凸度仪1台。由于带钢的宽度控制主要在粗轧机组上，因此宽度自动调节系统是以对粗轧机立辊的侧压装置进行直接程序控制为基础的。

3.1 AWC控制技术

粗轧区整个宽度自动控制系统（AWC）采用宽度和位置双环控制方式，外环为宽度控制环，内环是位置环。宽度控制由基础自动化系统闭环调节完成，它的输出作为液压位置环的给定信号，液压位置环根据相应的控制策略实时进行立辊辊缝调节。

液压AWC动态系统即液压AWC的电液位置伺服系统，它的任务是接受AWC系统的指令值，进行液压缸的位置闭环控制，使液压缸实时准确地定位在指令所要求的位置，达到设定和控制立辊辊缝的目的。它是液压AWC的执行系统，也是整个AWC系统的基础。

粗轧带钢液压宽度控制系统采用液压闭环控制，通过对轧制力和侧压缸活塞位移的实时测量连续调节侧压缸输出位移和压力，控制带钢宽度偏差。整个宽度控制系统包含两个基本闭环回路：

1）轧制力的闭环控制回路：压力传感器将检测到的轧制力反馈到过程机，过程机对机弹跳进行补偿计算。

2）阀控缸的位移控制回路：给定位移值与侧压油缸实际位移的差值作为伺服控制电路的输入，控制伺服阀的输出压力和流量，驱动侧压油缸活塞运动。

3.2 PWC控制技术

粗轧带钢宽度不但直接受到立辊轧制的影响，同样与紧接着的水平辊轧制相关，前馈控制的目的就是补偿带钢温度不均匀性产生的宽展差异。实际应用中由于测温仪周围的除鳞水蒸气及氧化铁皮的影响使实测效果大受影响，为排除环境因素的干扰可通过测量水平辊逆道次的轧制力来间接反映板坯长度方向的温度变化，并以此确认水印点位置和计算压下调节量。PWC程序通过对逆向道次的轧制速度的积分获得板坯位置和长度，相应位置的轧制力存储在与测量点位置成比例的内存地址中。当正向轧制时，根据轧制长度从对应的位置存储器中读出轧制力数值，该数值与平均轧制力相减的结果乘以KPWC补偿系数作为立辊侧压系统的位置设定点。

4 结论

粗轧宽度控制已经成为热轧生成中的一个重要环节，其控制好坏直接影响到带钢成品质量。提高控制过程精度，即采用先进的控制策略（AWC、PWC、SSC）对轧制过程中影响出口宽度的因素进行动态补偿成为提高粗轧宽度精度的有效手段。

参考文献：

[1]王岑，中国热轧宽带钢轧机及生产技术，北京：冶金工业出版社，2002.

[2]裴雅文，热轧带钢计算机宽度控制[J].钢铁研究，1998（2）：20-23.

作者简介：

韩宪伟（1981-），男，汉族，学士学位，工程师，一直从事工业自动化研究及应用工作，研究方向：模糊控制、集散系统的开发设计及人工智能应用。