液压AGC系统的故障判断、分析与改进

1、第36卷第6期 2008年12月金属材料与冶金工程METAL MATERIALS AND METALLURGY ENGINEERING液压AGC系统的故障判断、分析与改进刘战歌,葛晓天,魏钢群,朱 龙,赵钢军(安阳钢铁集团公司,河南 安阳455000摘 要:通过对安钢3500nun炉卷轧机液压AGE系统的故障判断、分析与改进,提高了轧机作业率,加 快了新产品的开发步伐。树立了炉卷产品的形象。关键词:新产品开发;液压AC,C;轧机作业率;运行分析;故障判断;对策和措施中图分类号:TG333.72文献标识码:A 文章编号:10056084(200806004105Accident Judgment

2、,Analysis and Improvementon Hydraulic AGC SystemLIU Zhan-ge,GE Xiao-tian,WEI Gang-qun,ZHU Long,ZHAO Gang-jun (Anyang Iron&steel Group Co.Ltd.,Anyang 455000,ChinaABSTRACT:By means of accident judgment,analysis and improvement on the hydraulic AGC system of 3500mm coiling rolling mill in Angang,it

3、 enhances the operating rate ofrolling mill,quickens the pace of new products development and establishes the image ofcoiling product.KEY WORDS:new products development;hydraulic AGC;mill operating rate;operation analysis;accident judgment;countermeasures and step随着安钢炉卷AH70高强度板。X60/X70/X80管线钢。Z向性能钢Q

4、235B/C/D/E等新产 品步伐的加快,开发品种档次的迅速提升,品 种创新战略的实施。3500mm炉卷轧机液压系 统的成功投用。控制精度、响应速度等决定了 钢材的最终性能和板材在市场上的位置.决定 了高附加值产品的开发速度。该系统能有效地 控制炉卷产品的同板差、异板差。实现炉卷轧 机高质量、高精度微米级板材轧制。该系统的 成功投用,对安钢炉卷推行的四大品牌(低合 金高强度钢、高层建筑钢、管线钢、桥梁钢 战略具有重要意义。 1系统概述安钢150t转炉/3500mm炉卷轧机是由 DANIELI公司设计。中国第一重型机械制造厂 制造的,轧制力7000t,可有两种控制方式:长行程或短行程。液压缸直径

5、最大咖1340mill 的液压AGC和整个轧件长度上实现液压自动厚 度控制(Automatic Gauge Control简称AGC。 辊缝控制采用电一液控制。电动机械压下,预设 辊缝.自动调零。可以根据偏差值对任何压下 力误差进行补偿。电气采用东芝GE的PLC系 统.带轧机模型的L1级为基础自动化级:它包收稿日期:20080728作者简介:刘战歌(1964一,男,高级工程师,主要从事设备管理工作。括辊缝APC及主速度级联控制;厚度快速监控; 反馈AGC;前馈AGC;监控AGC;整套自动 化系统。主要完成设备的顺序控制、位置控制、 自动厚度控制、温度控制。L2级为过程自动化 级:它包括原始数据

6、输入;轧件数据跟踪;在 线实测数据收集;设定模型;模型自学习;穿 带自适应等。提供数学工艺模型和复杂的工艺 功能及相应的基础软件。实现实时过程控制。 在生产过程中。二级向一级提供参考值并接受 过程反馈值用来进行模型的刷新、宏跟踪、数 据收集和报告。其硬件是由具有功能强大的数 据存储和处理能力的PC服务器和一定数量的工 作站组成。实现厚度设定和厚度控制。液压 AGC采用东芝GE工业控制计算机为核心的电 控系统,该系统有两个主要闭环,即液压APC 和压力AGC。液压APC实现液压辊缝的自动控 制。压力AGC在液压APC的基础上实现压力 补偿,对板材的纵向横向厚度自动控制.实现 辊缝自动、快速、微调

7、补偿。AGC系统是实现 同板差控制的关键.是当今炉卷轧机装机水平 的标志,是现代轧机设备的核心技术。随着科 学技术的不断发展,对板带轧机的产量和质量 要求越来越高.因此对轧机的执行机构及控制 系统提出了较高的要求。对单个机架轧机采用 专门的控制技术。控制级是目前研究的热点 问题。板带轧机的控制非常复杂,其负载力大。 扰动因素多,扰动关系复杂,但同时对控制精 度和响应速度要求高.轧制过程是一个复杂的 多变量的强耦合非线性过程.各变量之问的相 互作用和影响密切,由于工况的改变,液压缸 行程发生改变。使系统刚度、阻尼等参数发生 变化.使系统在全工况范围内不能保持基本一 致的响应时问和较高的控制精度.

8、所以能否调 试成功,减少故障,提高判断问题的时间,保 证该系统成功的投入使用.直接影响到安钢炉 卷产品的市场形势和市场定位。2系统分析主要功能:为HAGC、HAWC、工作辊弯 辊/平衡装置等设备提供液压油。设备组成如下:主泵单元7+l台(泵头过滤精度10p.m 型号A4VS0250DRG/30RPPB一13一N00每台泵流量360L/rain额定压力35MPa工作压力31.5MPa电机参数160kW/1000rpm回油过滤单元(双筒过滤精度10Ixm 循环过滤单元循环泵3台螺杆泵。工作压力 l MPa泵流量630L/rain过滤器精度3斗m冷却器1个,冷却能力450000kcal/h 加热器功

9、率24kW电机参数22kW/1500rpm蓄能器单元容积6×50L(皮囊式油箱(不锈钢,筒形容积12000L 液压油型号 矿物油ISO VG46清洁度NAS 16385级图l为该系统先进的泵站控制画面。图1先进的泵站控制画面该系统的液压缸布胃在轧机机架上较低的位 置。传动侧和操作侧各有一台。工作参数如下: HAGC缸2个最大承载力38200(每个kN缸径l 340film缸径 l 200mln行程140mm 工作压力28MPa2008年第6期 刘战歌等:液压AGC系统的敞障判断、分析与改进 43响应时间(负载一全行程范围40Ills 位置精度4仙m空载速度9mnb/s负载速度3mm/

10、s它们用来控制下支撑辊轴承座的位置和液 压辊缝控制,这样就可以将工作辊辊缝调整到 所需要的位置。辊缝控制同样还需要考虑压下 螺丝的位置。液压缸作用在下支撑辊的轴承座 上,轧制力通过工作辊与支撑辊的接触进行传 递。伺服阀组位于轧机的底部牌坊上,操作侧、 转动侧各一个、在该伺服系统中轧机的操作侧 和传动侧各有两组伺服阀。为一用一备,工作 时可同时选择A阀组.也可选择B阀组。也可 以交叉使用(在程序中切换,很方便,这样大 大提高了伺服阀和轧机的工作效率。液压辊缝控制的两种操作模式:一是位置 控制,在轧制过程中进行压力闭环控制。实际 的轧辊位置反馈通过高频率的线形位移传感器 测量,该传感器在液压缸的整

11、个行程上有效。 参考位置由二级压力模型产生。并通过一级厚 度计功能来修正。当轧制力超过允许极限时。 位置控制将自动切换到压力控制;二是压力控 制,在轧机标定过程中或轧制力超过允许极限 时使用该模式,实际的轧制压力是通过操作侧 与传动侧、柱塞和缸体的压力传感器来计算的。 液压缸控制:每个机架的液压缸都具有高 性能的位置调节器、压力调节器和微分液压缸 位置控制来保持轧机水平。阀的控制包括抖动 控制.即在设定值附近作高速的运动米阻止粘 黏;零偏置补偿和单独控制在开启和关闭时获 得修正。安钢3500IIlm炉卷轧机采用MOoG公司 D792系列的伺服阀,其工作原理为:无控制电 流时,衔铁由弹簧管支承在

12、上、下导中间位置, 挡板也处于两个喷嘴的中间位置,滑阀阀芯在 反馈杆小球的约束下处于中位,阀无液压输出。 当有差动控制电流输入时,在衔铁上产生逆时 针方向的电磁力矩.使衔铁挡板组件绕弹簧转 动中心逆时针方向偏转。弹簧管和反馈杆产生 变形,挡板偏离中位。这时,喷嘴挡板阀右间 隙减小而左间隙增大,引起滑阀左腔控制压力 增大,右腔控制压力减小,推动滑阀阀芯左移。 同时带动反馈杆端部小球左移,使反馈杆进一 步变形。当反馈杆和弹簧管变形产生的反力矩 与电磁力矩相平衡时.衔铁挡板组件便处于一 个平衡位置。在反馈杆端部左移进一步变形时, 使挡板的偏移减小,趋于中位。这使左腔控制 压力又降低,右腔控制压力增高

13、,当阀芯两端 的液压力与反馈杆变形对阀芯产生的反作用力 以及滑阎的液动力相平衡时,阀芯停止运动, 其位移与控制电流成比例。另一方面,随主阀 芯一起运动的衔铁产生的磁场电流,与输入电 流进行比较,使输人电流和反馈电流,形成另 一各闭环控制。在负载压差一定时阀的输出流 量也与控制电流成比例。所以这是一种流量控 制伺服阀,其技术特性见表1。表1D792系歹l】伺服阀技术特性2005年12月31日至2007年9月,安钢炉 卷的伺服阀已经多次在上海MOOG公司进行 修理。D7924001型的伺服阀损坏.大多是弹簧 管破裂,主阀芯卡死,泄漏量超差、油液渗入 电路板等故障。表2为修理前后伺服阀的性能参数分析

14、。通过以上表格磁以明显看出镯服阀损坏 迹象。3运行分析经过这两年的运行情况分析。弓l起AG-C泄 压的方式,有以下几种:(1压下螺丝下面压磁头偏差大,自动压 下醚,电机褪矩超限跳阚,爨动调到维护模式, 同时AGc泄压。(2阶梯垫C型框架上AGC抬升位置传感 器信号瀵失,轧制过程中造成信号错误,AGC 缸泄压。(3轧制力超限,实际雕力值和设定压力 值耀差太大,辊缝寤动打开,同时AG'C灌匿。 (4影响轧制力变化的因素:一是金属变 形抗力(包括轧件瀛度不均;二是来料厚度; 三是张力(张力增秀器,轧裁缝力减小,厚度变 薄;四是摩擦系数(摩擦系数减小,轧制压 力减小;五是轧制速度(速度增加。轧

15、制压 力减小。(5卷取炉的卷通电机过载。辊缝自动打 开,同时AGC泄压。(6卷取炉懿卷取速度与轧橇豹速度不莲配. 张力没有形成。辊缝自动打开,同时AGC渣舔。 (7伺服阀损坏,AGC偏差大予3mm,自 动泄蘸。黻上前五种情况原因分析较易乎查找。伺 服阀损坏情况原因比较复杂,不易判断,除了 直观豹现象,妇力矩马达接线处溜油,或阕块 振动翮烈等情况易判断外,其他没有直观现象 的损坏就必须借助MOOG M040系列检测仪, 电气的CATuty鼹形对传动侧翻操作铡德嘏阀输 出输入值进行分析比较,才能做出判断。图2为传动侧伺服阀的输入和反馈值的分 辑比较。铁图2分析可以看出,传动馔|l伺服阕 的输娃j不

16、能跟随输入值的变化而变化,处予失 匿2传番键桐服阗的输入争反绩馕的分橱比较2008年第6期 刘战歌簿:液压AGC系统的故障判断、分析与改进 45控状态,扶蕊霹以判断灞该伺服阕已损嚣。 4对策和措施轧钢过程中匿力波动峰值较天。晌瘟时闻 已调至为25ms如果把响应时间再向下调整就不 能保证精度,只是减少伺服阗的敝障时间,增 加镯服阀的寿命,或者降低镯赧褥的使蠢l鹾力, 这掰种方案均秀下策。为貌安镶、巍蛾觐l公 词进行过多次现场检查。MOOG公司德国总部 也派技术人员带先进的专用检测仪器到现场对 传动侧镯服阕进行24小时信号采集,实时监 测。对P、T、X、Y四个油管压力波动,X、 Y、Z三个方向的加

17、速度进行动态测试。其测试 结果与整改措施如表3所示。表3测试结果岛整改措施故障现象 整改措施伺服阀三个方向冲击振动大,特别是钢板咬入和抛出时。 歪方是燕速度110。7nlm/￥'-,受方囊秀30mm/s'-,iE鬻 值应都不超过100mm/s-"。先导油路压力变化过大。12.6MPa/4.6瞄泄漏溜管压力大6。5MPa,麟游不畅,援为弥动大信号有干扰系统鸯颗粒镑污染,主褥芯磨援,澄漏爱增鸯ll 增加加管央,减少振动,定期紧固。增加蓄能器吸振,定期检查及时补充氮气。瀵油管路的单囊阕改为主阀芯豹聪力可以漏带的单商 溺.增加蓄能器吸振。将电缆线照换为屏蔽电缆。每个伺服由单独

18、的电缆线连 接。绝缘可靠。疆定一个长期运行耩缀过滤小车,定期更换系统滤芯, 定期检验油晶清洁度。根据使用情况及时换油。5成本核算通过改造。经过一段眩勰的观察,液筮 AGC系统工作性能稳定可靠。运行平稳。同时 安钢炉卷板材成品同板差精度也大幅度提高. 成材率也相应提高。为新产品秀发档次懿迅速 提升、为安钢品种创新战略的实施打下了坚实 的基础。提高了安钢炉卷产品在全国的品牌形 象。蠡l此可带来显著戆经济效蠢,保守估计隽: (1减少成品的同板差,提高负公差轧制,降 低了非计划产品。以提高成材率Q5%计算,年产 l 200000t.平均售价5000元A。年剑造徐藏为: 1200000×0.5%X5000=30000000(冗 =3000万元(2晶种镑、卷板或树率提高S%,品种钢(低 合金高强度钢,管线钢,桥梁钢改判,差价为250元/,按年产鼹种钢500000t计,年可刨利润为: 50X5%X250=6250蝴(元 (3年增效益总计:30000000+6250000=36250000(元 =3625万元 6结 论(1影螭AGC德服阈正常工作的因素毙较 复杂,主要有:振动、油品的清洁度、信号及 干扰、气蚀、水蚀。2AGC饲暇瓣常霓故骧:弹簧管破裂、 动态响应熬