浅析带钢的对中纠偏控制

本文详细分析了带钢在运行过程中跑偏产生的原因、特点及其类别。针对带钢的跑偏现象，进行了深入研究，提出了纠偏的措施，也探讨了各种设计方法的可行性和有效性，从而为选取最佳的设计方案提供依据。
    带钢跑偏原因分析     
    工程设计和应用中，无论带钢形状的板形缺陷、塔形卷曲、处理线设备安装偏差及调整不当、处理工艺对带钢的影响等都会导致运动的带钢在生产线上发生偏移。   
    1.1.带钢的板形缺陷。 各种形式的板形缺陷主要有：带钢断面形状、平坦度、带头焊接没对齐或偏斜。当带钢在运动过程中，它的形状并不能得到纠正。依照拱形的大小，会产生相应大小的跑偏。
    1.2.设备精度。包括转向辊、张力辊及活套车等安装精度、夹送辊压力不均、各种辊子辊面不均匀磨损等因素均会造成带钢横向跑偏。
    根据带钢的运行行为，辊子上的带钢总是趋向于以90°的夹角垂直辊子轴线方向运行。事实上，辊子轴线不平行，甚至带钢拱形都会导致带钢进入辊子的角度偏离90°。偏离的大小，记为跑偏角。
    为带钢跑偏速度，mm/s；为跑偏速度系数，其大小与辊子表面状态、带钢与辊子包角等有关，理想状况下可取1.0；为辊子圆周线速度，mm/s；—跑偏角度。
    实际上，各种辊子在长期运行过程中，由于单边磨损大而成锥形。由于锥形辊使带钢张力分布不均匀，使带钢总是向粗的一端跑偏，而锥度的大小影响了跑偏的速度。
   1.3.张力控制
    带钢张力波动，特别是由于带钢张力不足或张力控制调整不当，会引起带钢张力的强烈波动，从而造成带钢运行过程中横向跑偏。
    高的单位面积张力可以消除部分带钢弯曲及本身缺陷，从而每个转向辊上带钢的横向偏差都会得到消减。可是，由于带钢的材料属性以及用于控制带钢张力的张力辊的驱动运行的限制，带钢张力增加是受限制的。
    带钢对中纠偏控制措施
    通过上述跑偏原因的分析，在实际的生产过程中，为了减小跑偏量，相应可以采取如下措施：
    2.1.保证辊子圆柱表面制造精度和机组安装精度。问题在于，即使保证了安装精度，待投产以后，由于基础下沉和辊面磨损等因素，也会直接影响初安装精度和初制造精度，因此这种方法不能从根本上解决问题。
    2.2.增大张力。这样可以减少带材跑偏，但是不能完全消除。由于张力增大，使设备重量增大，投资也相应地增大。
    2.3.放宽辊子辊面宽度。这样可以达到粗定心，但是不经济。
    2.4.降低机组速度。机组速度过低直接影响生产效率。
    上述这些措施在实际应用中，并不是十分理想，经济效果差。实际设计当中通常采用电子液压闭环控制系统来进行纠偏。
    常用的带钢对中纠偏控制方式
    在实际应用中，通常有四种常用的对中纠偏控制方式：
    3.1.机械式：如能自动定心的双锥辊，导向轨等。
    3.2.电动式：采用光电检测器，将偏离信号送至控制柜，从而控制直流电机进行纠偏。
    3.3.气液方式：采用气动检测喷嘴，通过膜片控制射流管喷射的油压推动滑阀控制油缸进行纠偏。
    3.4.光电液方式：采用光电检测器将偏离信号经放大器放大，控制电液伺服阀推动油缸进行纠偏。
    这四种控制方式中前三种纠偏速度较慢，满足不了现代化高速生产的需要。而第四种控制方式采用的是电液伺服控制，这种控制方式的信号传输快，电反馈和校正方便，它的检测精度高，检测光电头距离大，可达一米左右，可直接方便的装在带钢运行线路上。而且系统动态性能好。
    运用光电液方式来控制对中纠偏的好处在于采用连续的闭环控制，首先通过光电传感器测出带钢位置偏差，并将偏差值变为电信号后输入到电液伺服系统，伺服系统中伺服比例阀根据信号大小驱动液压缸，使传动装置作相应的移动，这样带钢可准确地行进在预先调整好的位置上。 
    光电液这一常用的对中纠偏控制方式，可以归纳为以下三种：
    3.4.1.开卷控制
    为了使带钢开卷后准确地送入加工生产线，通常要安装对中（CPC)或对边纠偏装置(EPC)，对带钢位置的偏差进行纠正。

    开卷机附近有大量的辅助设备，不可避免地使测量系统安装在固定导向辊后面，测量系统的调整过程因而产生时间延迟，这将极大的影响闭环的稳定性，尤其是带钢低速时。针对这种现象，采用时间差补偿技术，可以在控制回路中解决不同速度的带钢的控制偏差及卷筒的位置调节。通过电液伺服阀及通过伺服油缸驱动开卷机，使卷筒横向移送，有效地防止了跑偏现象。
    3.4.2.中间纠偏控制
    为了控制带钢在许可的限定范围内行进，通常在加工生产线的中间位置安装对中纠偏装置，使带钢重新回到预定位置上。 纠偏辊要产生足够的力矩，改变带钢的位置，但又不影响带钢质量，纠偏控制器比较当前值和设定值，并计算其偏差，控制放大器输出信号，经功率放大器转换成电液伺服阀要求的范围，伺服阀控制液压油的比例流动到伺服油缸，从而产生足够的控制力矩以快速移动设备。
    3.4.3.卷取机控制
    为了使带钢卷取后卷边平整，通常要安装对边纠偏装置，对带钢位置进行跟踪，使带卷的一边平齐。其对中纠偏方式同开卷机控制。

    带钢跑偏的原因虽然是多方面的，但是只要我们在实际的应用当中，采用合理的对中纠偏解决方案，“跑偏”这一现象是可以被消除的。