什么是连轧机控制系统?

[拼音]：lianzhaji kongzhi xitong

[外文]：control system of tandem mills

由连轧机组、检测仪表控制装置和电子计算机组成的对钢铝等材料的加工尺寸进行控制的塑性加工过程控制系统。早期的连轧机因轧制速度低，对产品质量要求也不高，用人工控制尚能生产。人们对产品质量和产量的要求日益提高，如轧制每卷重45吨的冷连轧薄带钢卷，要求厚度公差为±(5～50)微米,冷连轧机最高轧速达40米／秒以上，热连轧年产量达 500万吨以上，冷连轧年产达 100万吨以上。这样的任务再用人工控制已不可能完成。20世纪60年代后期，连轧机开始采用计算机控制，70年代以来发展较快。例如中国武汉钢铁公司70年代末投产的1700毫米带钢热连轧机,500米长的轧制生产线全部采用计算机控制。控制功能主要包括轧件跟踪、计算机 *** 作指导和对轧制过程各种参数设定、连续检测、控制和最优管理。下图为五机架冷连轧机利用17台计算机组成集散控制系统，在主控制台的控制下，分为过程监控、 *** 作监控和设备监控三级，包括各种自动检测仪表、电子装置、液压装置等组成的局部控制系统。按功能来分，整套轧机控制系统分为速度调节系统、压下位置控制系统、轧制力调节系统、张力调节系统、厚度调节系统，以及自动制动系统、弯辊数字控制系统、板型控制系统、侧导板自动控制系统、自动换辊系统、进出料自动控制系统等。从上卷、穿带、轧制参数设定直到轧制厚度控制和数据记录打印等已全部实现自动化。

用于控制连轧机的速度。所有机架都按轧制规范所规定的速度同步运行，协调升速或降速，以避免堆料和断带。为了保证前后各架轧出的钢带流量相同，要求转速调节系统的调节精度很高。它通常由模拟和数字双重调节系统组成，模拟系统保证调节响应的快速性，而数字系统则保证调节的精确性，一般调节精度可达千分之一左右。设定值按规定曲线变化，以防止速度突变引起轧机的损坏和断带。为了保证轧机有宽广的调速范围和快速的响应性能，总功率达数万千瓦的整套连轧机的主传动电机都采用可控硅装置供电，调速系统的响应频宽为3～5赫。

用以快速准确地调节轧机辊缝的开口度。现代大型轧机的轧辊机构重达几十吨，为了适应高速轧制的快速响应需要，一般采用液压伺服调节系统。它由微型计算机或电子调节线路、电液伺服阀、能产生上千吨压力的大型液压缸、精密位移传感器等组成，其位置调节分辨率机达1～2微米，响应频宽一般为8～12赫。

主要用以补偿轧辊偏心所造成的轧制力波动。由测压头或油压测量传感器测出轧制力值，再将其变换为电信号，输入微型机或电子调节线路去调节液压压下位置，使压下系统能跟随轧辊的偏心运动而实现轧制力的补偿调节，减少由于轧制力波动所造成的周期性厚度偏差。轧制力调节系统的设定值一般由张力或厚度调节系统给定。

用于调节各轧机间带钢的张力并使其保持稳定。冷轧机处于大张力轧制状态时，各架轧机间的带钢张力可达10吨以上。过大的张力波动会造成断带或叠轧等事故。一般用张力辊直接检测机架间的带钢张力，由电子计算机通过调节后一机架的液压压下位置来达到调节张力的目的。如果机架间张力低于工艺控制数学模型所选定的最佳张力给定值，则可以增大后一架轧机的辊缝开口度，使轧出带钢的体积流量增大，由此产生的带钢d性张力积分效应便使机架间带钢张力随之升高，达到给定值。如果轧机控制系统中具有轧制力调节系统，则张力调节系统的调节量就被输出作为轧制力调节系统的给定值，同样也能达到调节和稳定张力的目的。开卷机和卷取机产生的带钢张力，通过调节其传动电机张力电流的方法来加以调节。在张力设定值不变的情况下，钢卷直径随着轧制进程不断发生变化。因此，由计算机组成的张力调节系统也要不断计算，得出新的张力电流给定值，以保持开卷机和卷取机的张力稳定。

用以保证连轧机轧出的带钢在整个长度范围内均匀一致或达到预定的厚度范围。调节系统一般分为入口段厚度和出口段厚度调节两个部分。

（1）轧机入口段的厚度调节系统 带钢坯料刚开始轧入轧机时，材料加工硬化尚不显著，容易产生塑性变形，因此由坯料带入的大部分厚度不均匀偏差都尽量在入口段厚度调节系统中加以消除。通常在轧机入口处装设γ射线测厚计，测量进入轧机的带钢厚度，并将测得的厚度偏差信号送至计算机。计算机根据模型计算所得出的带钢塑性系数，可以算出第一架轧机液压压下位置的前馈调节量。如果计算机计算模型准确，则部分来料厚度偏差可以通过前馈调节补偿克服。剩余厚度偏差由装在第一架和第二架轧机间的γ射线测厚计测出，并通过信号反馈调节来进一步消除。这一带钢厚度偏差信号同时也可用于实现第二架轧机的前馈厚度调节。

（2）轧机出口段的厚度调节系统 经过入口段调节以后，带钢厚度偏差已经大部分被克服。为了进一步提高轧出带钢的质量，使厚度公差保持在±（5～10)微米以内，最后在第4、第5架轧机上再设置厚度精调系统。带钢经过前几架轧机轧制，加工硬化效应使带钢塑性系数增大，带钢变得很硬，很难依靠调节轧机的压下位置来精调厚度，所以一般应用轧机出口处的γ射线测厚计所测得的厚度偏差作为反馈信号来调节第4、第5架轧机的张力。把改变张力作为主要的调节手段，而把改变轧制力作为辅助的调节手段。

用户不仅对带钢长度方向的尺寸要求严格，对横向尺寸公差的要求也日益提高，因此带钢横截面板形的测量和控制系统也开始应用。它通过测量带钢横向分段张力的方法来计算板形，并对液压弯辊装置反馈控制以调节板形。另外，压下负荷分配的合理选择，对改进板形也有一定的成效。70年代以来，又出现了全连续式的冷连轧机，在入口侧加了焊接钢卷的焊机和存储钢带的活套车。由电子计算机控制整个轧制过程，可自动改变轧制规格和轧机的设定值。轧后由飞剪切断、分卷，轧制每卷钢带时无需穿带和甩尾，能节省换卷间隙时间，消除钢卷头尾厚度超出公差的废品，提高带材轧制精度和收得率。80年代的连轧机自动控制系统趋于采用多级计算机控制，把轧钢自动控制系统与工厂或公司的自动控制系统相联，构成一个大系统，应用大系统理论和系统工程的方法和技术，实现整个工厂或公司的最优控制和管理。

参考书目

G.F.Bryant,Automation of Tandem Mills, The Iron &Steel Institute,London,1973.孙一康：《热轧带钢计算机控制数学模型》，冶金工业出版社，北京，1980。