天铁1750mm热轧线粗轧机辊缝标定计算.doc

天铁1750mm热轧线粗轧机辊缝标定计算
【摘 要】本文介绍了天铁1750mm热轧线粗轧机辊缝标定相关计算公式，为TCS控制系统提供计算数据，实现了辊缝自动标定功能。确保了热轧线中间板坯的厚度控制精度。
【关键词】粗轧机辊 辊缝标定 TCS控制系统
1.引言
天铁1750mm热轧线设备，主要由1架粗轧机、7架精轧机和2台卷曲机组成。粗轧机自动控制系统分两级控制，包括一级基础自动化系统和二级过程控制系统。粗轧机为四辊可逆轧机，其辊缝控制主要通过调节上辊压下量来实现，下辊无上抬功能。粗轧机辊缝位置控制包括电动位置控制（EGC）和液压位置控制（HGC）两部分。电动位置控制进行粗调，液压位置控制进行精调。在粗轧机的传动侧和操作侧各装有 1 台压下电机和1个压下液压缸，电动压下和液压缸分别通过绝对值位移传感器进行位置检测。两侧压下电机由独立的传动装置进行驱动，压下液压缸通过伺服阀进行闭环控制。本文主要讲述了粗轧机辊缝自动标定的过程和在轧机辊缝自动标定时，如何实现相对轧制力、辊缝位置、辊缝倾斜的零点标定，并介绍了相关的计算公式。
2.辊缝标定理论
辊缝标定功能包括轧机调零和轧机刚度测定两部分内容。这些标定过程需要在轧机更换完工作辊或支撑辊后进行。当轧机辊缝标定和轧机刚度测定完成后，轧机才能具备生产条件。
2.1 轧机调零
轧机调零的目的就是确定在零辊缝时，粗轧机压下丝杠和液压缸的绝对位置。以便在生产过程中换算为相应辊缝值下压下设备的目标位置。同时，为了消除机架和机械方面带来的误差，粗轧机可以通过轧机调零，实现轧机的自动调平。
2.2 轧机刚度测定
为了实现精确的辊缝控制，就必须掌握机架和轧辊本身的刚度特征。通过记录载荷升降过程中相关的测量数据，进而确定轧机的刚度值。在轧机刚度被确定后，载荷和液压缸位置等数据被保存，从而为生产过程中辊缝的位置控制提供补偿。
3.轧机标定及相关描述
3.1 粗轧机压力的计算方法
粗轧机的主要设备包括上下工作辊、上下支持辊、上下工作辊节轴、压下螺丝装置、液压平衡装置和液压厚度控制装置。粗轧机压力主要通过压力传感器来进行测量，轧制力检测示意图如图1所示。

图1 粗轧机轧制力检测示意图
轧制力计算公式如下：

式中：FR,DS——传动侧轧制力
FR,OS——操作侧轧制力
FH,DS——传动侧液压缸压力
FH,OS——操作侧液压缸压力
FTOP_WR,BAL,DS——传动侧上工作辊平衡力
FTOP_WR,BAL,OS——操作侧上工作辊平衡力
FTOP_BUR,BAL,DS——传动侧上工作辊平衡力
FTOP_BUR,BAL,OS——操作侧上工作辊平衡力
FTOP_BUR,G——上支撑辊重力
FTOP_WR,G——上支撑辊重力
FTOP_WR,G,SP——上工作辊节轴重力
3.2 粗轧机辊缝控制的坐标系统
对于轧机而言，位置控制和辊缝控制的区别在于其建立在不同的坐标系统当中。通过坐标方程的转换即可以实现位置和辊缝之间的相互转换。为了检测当前设备的实际位置，需要定义一个坐标系统，其坐标零点以机械设备（压下螺丝和液压缸）的最大开口度为坐标零点，根据图 2 可以得出以下位置计算方程。
PACT_P= PSCREW_P + PHGC_P - PZERO_P
其中：PACT_P——上工作辊实际位置
PSCREW_P——压下螺丝位置
PHGC_P——液压缸位置
PZERO_P——坐标零点位置

图2 轧机位置坐标系统
如果以粗轧机下工作辊的上表面为坐标零点，即可得出轧机辊缝计算方程：
GGAP = GOFFSET - PACT_P
式中：GGAP——实际辊缝
GOFFSET——标定的行程范围
PACT_P——压下实际位置
3.3 粗轧机辊缝标定过程
粗轧机辊缝标定可在操作画面上进行启动。轧机标定前需要满足标定的相关辅助条件，并需要对工作辊直径、支承辊直径、垫片厚度等相关应用数据进行确认。粗轧机辊缝标定过程主要包括以下几个步骤。
3.3.1 标定开始
在粗轧机更换完工作辊或支撑辊后，操作人员可以通过操作画面确认粗轧机是否具备标定条件。如果标定条件满足，操作人员可通过操作画面上的标定启动按钮启动粗轧机标定过程。
3.3.2 标定准备条件满足
控制系统判断标定条件是否满足，同时根据当前辊径数据控制压下装置到达一个初始位置（默认为50mm），同时控制液压缸保持在缸体的中间位置，以保证液压缸可进行伸出方向和回缩方向的位置控制。
3.3.3 轧制力标定
标定准备条件满足后，上下工作辊之间存在空隙。此时，控制系统记录当前压力传感器的压力值，并将该压力值作为粗轧机零轧制力的补偿值，同时将当前轧制力修正为零，完成轧制力标定过程。其中，轧制力补偿值为上工作辊平衡力和支撑辊平衡力在消除上支撑辊重力、上工作辊重力和上节轴重力后的平衡力偏差值。在力标定过程中，传动侧和操作侧分开进行计算。轧制力标定完成后，可得出轧制力的计算方程为：
FACT= FHGC - FOFFSET
式中：FACT——实际轧制力
FHGC——HGC缸检测压力
FOFFSET——标定力偏差
3.3.4 辊缝闭合
在轧制力标定完成后，粗轧机开始以标定速度转动，同时压下电机高速向下动作，关闭辊缝。压下电机的目标值可以根据辊径数据进行计算。当辊缝达到一定值时（默认为30mm），压下电机开始低速运行，直到粗轧机上工作辊接触到下工作辊，且HGC缸一侧压力达到1000KN时，压下电机停止压下动作，辊缝闭合动作完成。该过程中操作侧HGC缸和传动侧HGC缸一直保持在液压缸的中间位置。
3.3.5 辊缝标定
辊缝闭合结束后，控制系统控制两侧HGC缸向外伸出，增加液压缸压力，并控制两侧压力偏差为零。根据工艺要求，零辊缝的选择，为两侧轧制力均达到和保持5000KN时的辊缝位置。将液压缸的绝对位置，转换为以零辊缝为基准的相对辊缝位置并进行位置记忆，从而完成辊缝标定过程。由于设备自身特性，轧机两侧油缸必然存在位置差异，其两侧偏差值即为两侧的位置偏差，该位置偏差在辊缝控制中会作为位置补偿值，应用到辊缝控制中。从而完成轧机的自动调平，保证轧机的辊缝控制精度。辊缝标定过程中设备绝对位置和辊缝相对位置转换如图3所示。

图3 辊缝标定绝对/相对位置转换
3.3.6 标定完成
在辊缝标定结束后，电动压下装置会抬升到一个默认的辊缝设定值，同时液压缸回到中间位置。到此，整个粗轧机辊缝标定过程完成。
4.粗轧机刚度测定
轧机刚度测定同时称为轧机弹跳标定，是对轧机机架和轧辊本身在受到压力后产生形变所进行的自动检测过程，以此确定轧机的刚度系数。弹跳标定的顺序与粗轧机辊缝标定相似，不同之处在于弹跳标定过程中位移传感器的位置读数和标定压力会进行阶段性数据统计，并依据轧机弹跳方程计算出轧机的刚度系数，从而在辊缝计算上给予厚度补偿。
5.辊缝计算
在生产过程中，粗轧机会根据二级控制系统的设定值或操作画面输入的设定值自动进行位置调整，同时进行相应的厚度补偿，厚度补偿包括轧机弹跳补偿、油膜厚度补偿、冲击补偿、偏心补偿等。其中轧机弹跳补偿对辊缝厚度控制的影响最为重要，控制系统会根据生产过程中的轧制力和轧机弹跳系数自动进行厚度补偿，从而保证粗轧机的辊缝控制精度。其厚度补偿公式如下。

式中：GC,G——厚度补偿值
Fr,Exp——设定轧制力,单位KN
CMS——轧机弹跳系数
6.结束语
轧机辊缝标定涉及到位置控制和压力控制，是热轧线轧机控制的核心部分。熟悉轧机标定过程和相关计算公式对了解轧机辊缝位置控制起着至关重要的作用。同时对分析轧机标定过程中出现的问题提供了依据。
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