摘  要：简要介绍了唐山钢铁股份有限公司5机架冷连轧机组的工艺及设备参数。重点阐述了冷连轧工艺控制系统的软件结构及功能。实际应用表明，该冷连轧工艺控制系统运行稳定，自动功能完善，厚度控制、板形控制、张力控制等闭环控制精度高。

关键词：冷连轧机；工艺控制系统；厚度；平直度；张力

l  前言

    唐山钢铁股份有限公司1700mm 5机架冷连轧机组由Siemens VAI公司引进。工艺设备及电气控制系统由VAI CLECIM提供，传动系统与调速电机由TMEIC(东芝一三菱)提供。5架轧机中的前4架为四辊UCM轧机，第5架为六辊轧机。该机组设计年产量为140万t，产品厚度为0．3～2．0mm，可轧宽度为820～1680mm。主要品种包括CQ、DQ、DDQ、HSLA等。最大卷重为29．7t，最高出口速度达1200m／min。

2  机组工艺及设备参数

    唐钢1700mm冷连轧生产线的人口张力辊前设有焊缝探测器，用于校正酸洗线焊缝跟踪以及精确再跟踪。当带钢焊缝点经过入口张力辊、S辊纠偏装置及三辊矫直单元后进入第1架轧机前，全线自动降速到焊缝速度，直到焊缝点穿过所有机架，到达轧机出口飞剪。飞剪以超前带钢的速度将带钢从焊缝外剪断，上卷带尾经过卷取区的上、下压带辊等一系列助卷装置被自动定位到易于卸卷的位置。同时下卷的带头进入皮带助卷器并顺利穿带到另一个芯轴上。在完成剪切以及穿带顺控之后，轧机自动升速到正常轧制速度。冷连轧机组的主要设备参数如表1所示。

    为了实现高精度的板带质量控制，全线配置了各种先进的检测仪表。第1机架前、后各配置了1架IRM测厚仪及KELK激光测速仪，第5机架后配置了2架IRM测厚仪(一用一备)，机架出口还配置有ABB压磁接触式板形仪。

3   冷连轧工艺控制系统

    整个冷连轧生产线计算机控制系统采用分级树状结构，包括过程控制级和基础自动化级2级，预留生产管理级接口。

    过程控制级主要基于冷轧物理模型及神经元自学习方法提供精确的轧机预设定。基础自动化级分为2部分：一是工艺控制系统(TCS)，接收来自过程控制级的预设定，控制各机架压下、弯辊液压缸及主传动等执行机构尽可能接近设定值，并根据带钢厚度、板形、张力等反馈值对各执行机构进行动态调整，以保证最终产品精度。二是PLC辅助控制系统，其与TCS控制系统相配合，完成轧线单体设备的顺序控制，同时负责离线的机架换辊控制，用于工艺润滑的乳化液控制系统及高压、中压等公辅系统。

3．1  液压辊缝控制HGC

    HGC是自动厚度控制AGC的执行内环，其特性好坏对厚度控制精度有决定性影响。HGC的工作模式包括位置控制、压力控制、单侧控制及倾斜控制等。在不同情况下HGC选用不同的工作模式，但控制原理基本类似，见图1。

    由于通过伺服阀口的油流量与阀口压力差有非线性关系，特引入变增益环节，补偿控制器增益以改善系统性能。

3．2  自动厚度控制AGC：

    板带纵向厚度精度是检验冷轧带钢产品质量的重要技术指标之一。为了获得最佳的厚度精度，该工艺控制系统使用了复合的自动厚度控制策略。主要包括：

    (1)基于上游带钢入口厚度和带钢速度的前馈控制(FF AGC)，以预补偿热轧来料的厚度波动H；

    (2)基于机架前后带钢速度和机架入口厚度的秒流量控制(MF AGC)，控制过程高响应无滞后；

    (3)基于机架下游出口厚度和带钢速度的具有SMITH预估器的监视控制(MON—AGC)，保证带钢最终厚度精度；

    (4)基于轧制力、厚度或张力等变量的周期变化，利用快速傅立叶变换方法(MFFT)对轧辊偏心引起的厚差进行动态自适应补偿；

    (5)基于多变量控制原理，为了防止厚度与张力之间的互相干扰，设置了厚度张力解耦环节(DC)。

3．3  自动张力控制ATC

    冷连轧的特点是大张力轧制。在轧制过程中，稳定的张力能起到保证产品厚度精度，防止带钢跑偏及减少主电机负荷等作用。冷连轧过程中的张力按区域可分为3类：入口区张力、机架间张力及出口区张力。

    对于机架间的张力，该工艺控制系统中有2套张力控制策略：一是以保证带钢目标厚度为前提的正常张力控制NTC，主要调节下游轧机的液压缸来完成；二是以防止断带保证稳定轧制为前提的安全张力控制STC，主要通过调节相邻轧机间的速比来完成。

    而人口张力、出口张力的恒定则分别通过控制入口张力辊及Carrousel卷取机的主传动力矩来实现。

3．4  自动平直度控制AFC

    带钢平直度控制系统包括：

    (1)目标板形设定：根据带钢PDI信息及现场经验，通过HMI输入目标板形曲线或直接选择预先设定好的目标曲线。

    (2)板形实际测量：在第5机架后安装ABB分段压磁式板形仪，实时准确地测量每个分段区域内的径向压力并进而转化成板形偏差送给工艺控制系统。

(3)板形最优控制算法：根据板形实际测量值与目标设定值之间的误差，控制多种板形调节机构，以获得尽量接近目标设定的板形；板形调节机构主要有轧辊倾斜、工作辊弯辊、中间辊弯辊及中间辊横移，能有效地控制一次非对称板形缺陷以及二次、四次对称性板形缺陷。

(4)乳化液分段冷却：乳化液分段冷却主要是为无法通过轧辊倾斜、弯辊控制和轧辊横移消除的复杂高次板形缺陷而设置的。轧辊冷却的分段同ABB板形仪测量段一一对应。每个冷却段由乳化液喷嘴和控制喷嘴的阀门组成。通过乳化液是否喷射及喷射量多少来改变工作辊热膨胀的横向分布，从而改变带钢轧制时相应位置的延伸率，以控制带钢的平直度。

3．5  轧线主控MilI Master

    轧线主控功能是工艺控制系统与在线传动系统的重要界面，将工艺控制与传动控制紧密联系在一起。根据来自过程机L₂的轧制线速度设定及AGC功能计算出的速度比分配各架轧机的线速度，并进而将各架轧机的线速度转换成轧辊转速发送给主传动。同时，轧机主控功能还将发送加减速转矩补偿及摩擦转矩补偿等给主传动。轧线启动时，全线将从零速经S—Ramp函数缓和升至设定速度。另外，轧机主控功能还将接受来自L₂的入口张力、出口张力设定，并将其转化成开卷机力矩、卷取机力矩设定，分趴完成入口区、出口区的恒张力控制。

    除了对轧线速度和入口＼出口张力的控制之外，轧线主控还将实现在，线飞剪的剪．切循环及Carrousel双芯轴卷取机旋转等重要单体设备的控制，以保证全连续轧制的顺利进行。

3．6  动态变规格控制FGC

动态变规格FGC(Flying Gauge Change)是酸洗  轧机联合机组特有的功能。其是指在轧制过程中进行带钢的规格变化，即通过对辊缝、速度、张力等参数的动态调整，实现相邻两卷带钢的钢种、厚度、宽度等的变换。FGC是一个复杂的变化过程，在其过程中冷连轧机组各个机架的辊缝和辊速将进行多次调整，各机架张力、轧制力也将随之变化，各机架出口厚度不可避免地将发生波动，从而影响成品带钢的厚度精度。另外，由于辊缝和辊速需多次调整，因此冷连轧机组大部分AGC功能将不在FGC过程中投入，机架间张力也将不能维持恒定，只保证在FGC过程中不发生断带现象。

4  现场控制效果

    通过对6Y05793000000000和6Y05794000000000两卷带钢进行跟踪，可清晰地看出工艺控制系统在全连续轧制过程中的控制效果：前后两卷带钢宽度均为1250mm；入口带钢厚度均为3．5mm；出口带钢厚度有所变化，从前一卷的0．78mm变为后一卷的0．68mm；采用FGC动态变规格控制。

由图2可知，稳定轧制过程中带钢厚度偏差在±1％之内，板形偏差小于4IU。当焊缝点经过第5机架后，带钢厚度偏差范围在±4％之内，板形偏差范围小于7IU，优于设计要求。

5  结语

    该5机架冷连轧机组自2005年12月末正式投产以来，工艺控制系统运行稳定，自动厚度控制、自动板形控制及自动张力控制等闭环控制精度高，从而保证了带钢质量。FGC过程平稳，带钢头尾厚度超差小且过渡区较短，因而提高了作业率和成材率，各项技术指标均明显优于设计要求。带钢质量达到世界先进水平。