［關(guān)鍵詞］恒軋制力；恒輥縫；包鋁板復(fù)合軋制；干軋排氣

［中圖分類號(hào)］TG333.7 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）11–0001–03

鋁合金復(fù)合材料具有附加值高、性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。這種復(fù)合錠的成功軋制需要一定的工藝技術(shù)訣竅，其中的關(guān)鍵因素之一是在粗軋的前幾個(gè)道次將不同包覆層之間的氣泡均勻排出。鋁熱粗軋機(jī)在生產(chǎn)復(fù)合材料時(shí)，面板受加熱變形程度和粗軋主操的手動(dòng)操作影響較大，靜壓做得不好的批次面板容易起折并影響干軋排氣。為了減少?gòu)?fù)合錠的氣泡缺陷，提高最終產(chǎn)品的成品率，需要在當(dāng)前的自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)恒軋制力和恒輥縫控制。為了在當(dāng)前輥型下獲得面板/ 包覆層的均一厚比和均勻分布，根據(jù)包鋁板復(fù)合軋制的特點(diǎn)，需要以復(fù)合錠長(zhǎng)度中間為分界，作兩次恒軋制力靜壓，壓實(shí)的最大力調(diào)整范圍為1 ～ 5 兆牛（具體根據(jù)工藝確定），設(shè)定參數(shù)后，輥縫將根據(jù)設(shè)定軋制力調(diào)節(jié)壓下量，從鑄錠任意位置開始并實(shí)現(xiàn)恒定速度的自動(dòng)軋制。實(shí)現(xiàn)這種靜壓過程的自動(dòng)控制，需要充分理解原有自動(dòng)化控制功能，并在其基礎(chǔ)上增加恒軋制力和恒輥縫功能，實(shí)現(xiàn)復(fù)合錠的自動(dòng)位置跟蹤與輥縫壓下的自動(dòng)配合。

1"具體技術(shù)方案

1.1"當(dāng)前熱粗軋機(jī)輥縫控制方式

在當(dāng)前的熱粗軋機(jī)生產(chǎn)過程中，每個(gè)道次均進(jìn)行自動(dòng)厚度控制，輥縫（厚度）控制方式如圖1 所示。由圖1 可知，與輥縫和厚度控制相關(guān)的主要功能包括：① PSC。二級(jí)軋制規(guī)程計(jì)算模型。② AGC。自動(dòng)厚度控制，用于保證出口厚度的恒定③ HGC。液壓輥縫控制，是輥縫控制的最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)在線動(dòng)態(tài)調(diào)整輥縫④ EMP。電動(dòng)壓下控制，主要用于空載輥縫的擺位在實(shí)際軋制過程中，每一個(gè)道次AGC都會(huì)根據(jù)設(shè)定值預(yù)先計(jì)算軋機(jī)將發(fā)生的彈跳值，并將其發(fā)送給HGC 進(jìn)行綜合輥縫控制。在軋機(jī)咬入軋件之后，AGC 將根據(jù)實(shí)測(cè)軋制力和實(shí)際輥縫實(shí)時(shí)計(jì)算軋件的實(shí)際厚度，并與設(shè)定厚度相比較，根據(jù)一定的算法計(jì)算出輥縫調(diào)整值并將其發(fā)送給HGC 進(jìn)行閉環(huán)控制，從而保證出口厚度的恒定。在道次過程中動(dòng)態(tài)影響輥縫的其他因素還包括二級(jí)模型發(fā)送的軋輥熱膨脹值、彎輥力的變化對(duì)輥縫的影響、軋輥彈性壓扁等，這些動(dòng)態(tài)擾動(dòng)因素也都在AGC 中進(jìn)行了補(bǔ)償。

另外，當(dāng)前的自動(dòng)化控制軟件中已實(shí)現(xiàn)了較為完備的鑄錠/ 鋁板跟蹤功能，每塊鑄錠在生產(chǎn)線的頭尾位置都有較為準(zhǔn)確的跟蹤和顯示，這也為實(shí)現(xiàn)包覆材的恒輥縫和恒壓力控制的自動(dòng)投用提供了良好基礎(chǔ)。

1.2"具體實(shí)施方案

1.2.1"實(shí)現(xiàn)的功能

在不同材料和規(guī)格的包覆材開軋之前，由工藝人員確定需要靜壓的道次數(shù)、靜壓軋制力設(shè)定值、靜壓速度設(shè)定值。靜壓的過程是把復(fù)合鑄錠不同層之間的氣泡均勻擠出，最有效的方式是從鑄錠的中間開始往后進(jìn)行均勻擠壓。其有益效果在于，將復(fù)合鑄錠分兩段進(jìn)行排氣，由于距離短排氣更徹底。采用恒軋制力控制則使得在軋制過程中受力均勻，排氣、結(jié)合更充分，從而減少氣泡缺陷，提升最終產(chǎn)品的成品率。

因此，對(duì)于自動(dòng)控制功能來說，除了在軋機(jī)垂直方向?qū)崿F(xiàn)恒輥縫和恒軋制力控制外，在水平方向上還要實(shí)現(xiàn)鑄錠以恒定的靜壓速度進(jìn)入軋機(jī)，且在鑄錠進(jìn)入軋機(jī)的過程中根據(jù)跟蹤系統(tǒng)給出的頭尾位置控制輥縫的關(guān)閉，控制目標(biāo)是鑄錠長(zhǎng)度的中間位置（考慮一定的裕量）運(yùn)行到軋機(jī)中心時(shí)輥縫關(guān)閉到位且軋制力達(dá)到設(shè)定的靜壓力，然后以此恒定速度完成鑄錠后1/2 長(zhǎng)度的氣泡擠出過程。下一個(gè)道次則用同樣的策略完成鑄錠另1/2 長(zhǎng)度的氣泡擠出過程。具體的控制過程如下：①在HMI（人機(jī)界面）輸入所需的靜壓力設(shè)定值并下發(fā)給一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)；②恒軋制力功能被預(yù)激活，AGC 自動(dòng)厚度控制功能被自動(dòng)關(guān)閉；③ EMP 維持不動(dòng)，用HGC 液壓缸將輥縫打開至鑄錠入口厚度（考慮一定的偏移量）；④復(fù)合鑄錠在軋機(jī)前對(duì)中后，以恒定的低速度向軋機(jī)運(yùn)行；⑤根據(jù)跟蹤信息，鑄錠頭部位置越過軋機(jī)中心線以后，HGC用位置控制開始關(guān)閉輥縫；⑥根據(jù)鑄錠長(zhǎng)度和速度計(jì)算鑄錠中間位置到達(dá)軋機(jī)中心所需的時(shí)間，并依據(jù)此時(shí)間控制HGC 關(guān)閉輥縫的速度，目標(biāo)是在鑄錠中間位置到達(dá)軋機(jī)中心時(shí)輥縫關(guān)閉至設(shè)定的靜壓力；⑦靜壓力達(dá)到后，HGC 由位置控制切換為壓力控制，在鑄錠后1/2 長(zhǎng)度越過軋機(jī)的過程中維持該恒軋制力控制；⑧鑄錠尾部離開軋機(jī)，HGC 由壓力控制切換為位置控制；⑨當(dāng)前鑄錠在軋機(jī)出口位置，重復(fù)前述第③ ～ ⑧步驟；⑩如果判斷需要更多的靜壓道次，可重復(fù)前述③ ～ ⑨步驟；11靜壓過程完成后，取消該功能，AGC 將自動(dòng)激活，開始后續(xù)正常道次的自動(dòng)軋制。

上述過程之間的邏輯關(guān)系用流程圖的形式可總結(jié)如圖2 所示。

1.2.2"功能程序開發(fā)

已有一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的編程軟件是LogiCAD，其是一種圖形化的開發(fā)編程工具。LogiCAD 基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行在Windows 操作系統(tǒng)下，具有以下特性：①在冶金自動(dòng)化領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，特別適用于軋機(jī)控制領(lǐng)域的高動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)；②對(duì)系統(tǒng)的編程可以離線進(jìn)行，也可以在線進(jìn)行；③在線工作時(shí)，應(yīng)用程序可以實(shí)時(shí)下載到系統(tǒng)中，并通過在線測(cè)試功能進(jìn)行監(jiān)控。

LogiCAD提供了多種編程語言，開發(fā)及維護(hù)人員可以根據(jù)控制功能的需要及自己的編程愛好選擇編程語言，軟件支持FBD、SFC、LD、ST編程語言，對(duì)于復(fù)雜數(shù)學(xué)算法的功能，可以使用C 語言進(jìn)行功能塊的編寫，再搭配硬件組態(tài)工具、診斷工具等，組成了一套非常強(qiáng)大易用的軟件平臺(tái)。

實(shí)現(xiàn)整個(gè)靜壓過程需要對(duì)輥縫控制、速度控制、跟蹤控制進(jìn)行適應(yīng)性功能修改，不同階段完成的動(dòng)作和各功能之間的相互配合如圖3 所示。其中，輥縫控制部分的程序增加在了AGC之中，AGC將輥縫調(diào)整值實(shí)時(shí)發(fā)送給HGC，由HGC 最終完成輥縫控制和恒壓力控制；速度控制部分的程序在SPC（速度主令控制）中進(jìn)行了修改；跟蹤部分的程序在MTR（材料跟蹤）中進(jìn)行了修改。采用了FBD編程語言對(duì)文章描述的恒軋制力、恒輥縫控制，以及輥縫控制與鑄錠跟蹤和速度控制的信號(hào)交互和連鎖進(jìn)行了開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用。

1.3"設(shè)計(jì)結(jié)果和實(shí)際軋制數(shù)據(jù)

在HMI 畫面輸入工藝人員給出的靜壓力設(shè)定值。靜壓設(shè)定值輸入生效之后，上述的控制過程將自動(dòng)啟動(dòng)，實(shí)際軋制過程的PDA 數(shù)據(jù)記錄如圖4所示。從圖中的數(shù)據(jù)可以看出，在靜壓過程中實(shí)際軋制力和速度控制平穩(wěn)，速度和輥縫之間的邏輯也實(shí)現(xiàn)了很好的匹配，從而保證了不同包覆層之間的氣泡被均勻擠出。

2應(yīng)用效果

在恒軋制力控制功能開發(fā)應(yīng)用之前，靜壓過程完全由操作人員手動(dòng)完成，具體流程如下：操作員將復(fù)合錠手動(dòng)運(yùn)送到軋機(jī)輥縫中心→手動(dòng)下壓輥縫并監(jiān)控軋制力的變化→軋制力達(dá)到所需的壓力時(shí)停止關(guān)閉輥縫→手動(dòng)啟動(dòng)軋機(jī)和輥道速度完成鑄錠1/2 長(zhǎng)度的氣泡擠出過程→重復(fù)上述過程完成另外1/2 長(zhǎng)度的氣泡擠出。在這個(gè)過程中軋機(jī)HGC 始終工作在輥縫控制模式下，不能保證實(shí)際軋制力工作在工藝要求的范圍內(nèi)，執(zhí)行效果也完全取決于操作人員的經(jīng)驗(yàn)和臨場(chǎng)操作，工藝穩(wěn)定差，經(jīng)常出現(xiàn)起鼓和軋廢現(xiàn)象，最終軋制成功率較低。恒軋制力控制的開發(fā)和應(yīng)用保證了在擠氣泡的過程中軋制力的相對(duì)恒定，因此獲得了排氣過程的均勻性。而整個(gè)排氣過程的全自動(dòng)控制功能也確保了軋制過程的一致性和可重復(fù)性，排除了操作人員手動(dòng)操作可能產(chǎn)生的不確定性因素。新功能投入后，減輕了操作人員的手動(dòng)操作任務(wù)量，軋制成功率也得到了很大提升。

3"結(jié)束語

為了提升成品率，減少氣泡造成的缺陷，需要在粗軋機(jī)為復(fù)合錠設(shè)計(jì)靜壓道次，將氣泡均勻排出。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)合錠的高質(zhì)量軋制，在現(xiàn)有自動(dòng)化系統(tǒng)中基于LogiCAD軟件平臺(tái)開發(fā)了恒軋制力和恒輥縫功能，以及輥縫與鑄錠位置跟蹤和速度控制的交互功能，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用效果良好。