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摘 要： 主要介绍纠偏系统的基本结构及在冷轧生产中的主要功能，尤其是在实际应用中，采用多方面手段解决带钢跑偏的问题。
关键词： 纠偏；冷轧；CPC EPC
中图分类号：TG333.72 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1020154－02
0 前言
在冷轧生产中，带钢稳定运行是至关重要的问题。在带钢酸洗连轧生产线上，各种各样的原因都可以使板带运行跑偏，这种板带的偏移动作起源于产品本身（如板带的弯曲，变形，及焊接处理）或在工艺加工的过程（如对边不良，或卷辊一边承载或受压，处理过程中受热，受冷不均及其他原因）。带钢跑偏不仅会影响带钢质量，甚至会严重损坏机组设备，对机组的稳定运行带来严重影响。特别是在镀锌线、连续退火线上，机组处理的带钢长度长、厚度薄及炉内带钢量大和活套量的增加，带钢跑偏不仅会造成带钢缺陷、降低成材率，严重时甚至出现断带和损害机组设备的现象，为了保证机组的稳定运行及获得边部整齐的钢卷，对带钢的跑偏进行研究和控制显得越来越重要。因此如何把带钢精确地控制在机组的中心线上而不发生跑偏，成为了机组正常运行的前提保证。因此，在冷轧酸洗机组上均配置了带钢中心位置控制系统（CPC）和带钢边缘位置控制系统（EPC）。
1 常用纠偏系统的基本类型
1.1 对中纠偏系统和对边纠偏系统
根据纠偏位置的不同，带钢纠偏系统有对中纠偏系统（简称CPC-CenterPosition Control）和对边纠偏系统（简称EPC-Edge Position Control）两种类型，其作用是连续保持带钢中心或边部位置基本不变。对中纠偏系统（CPC）主要应用于开卷机、生产线中、炉内控制等，使用量最大。对边纠偏系统一般中用于镀锌线及连续退火线的卷取机系统。
1.2 基本传感器测量原理类型
根本传感器测量原理的不同，纠偏系统主要分为电感式、光电式、电容式纠偏系统。
电感式传感器纠偏原理：集肤效应如图1。
图1 电感式传感器测量原理
当通电后对应的两组发射器和接收器中间无带钢时，磁通量最大。带钢通过时遮住部分发射器，接收器接收到的磁通量减少。带钢越宽，接收到的磁通量越少。当带钢对称于机组中心线运行时，操作、传动两侧接收器接收到的电磁信号基本相同，当带钢跑偏时，如带钢朝操作侧跑偏，操作侧接收器接收到的电磁信号减少，同时传动侧接收器接收到的电磁信号增加。通过两侧接收器接收到电磁信号的变化可知带钢的跑偏方向和跑偏量的大小。
光容式传感器是基于测量电容量的原理而设计的。
C=εＡ／d
在带钢上下分别安装两个电极板，板带在两个电极板之间运行，带钢运行位置发生偏移，会改变两个电极板形成的电容C1，C2。如图2。
测量输出C1 测量输出C2
图2 电容传感器测量原理
由于其介电常数始终是一个变化值，因此，对于现场环境的要求较高。特别是酸洗机组和碱洗段中，电容式传感器无法在液体中使用，使得电容式传感器应用较少。
光电式传感器根据测量发射光源光强和接收传感器光强在确定板带位置。如图3。
图3 光电式传感器测量原理
在生产过程中，当带钢位于中心，则两边测量传感器接受到的光线相等，输出相同的测量值信号给控制放大器，无调节信号输出；当带钢不在机组中心，两光电传感器被带钢遮光部分的面积就不一样，则两边的传感器输出的测量值信号不一致，带钢偏移一侧——光线被挡住较多一侧，输出信号较低，这样，在控制放大器中将来自两个测量传感器的信号进行比较、放大就得到一个与带材位置偏差量和偏差方向有关的控制信号。一般光电式传感器对周围光线敏感，且无法在液体、高温下使用，多用于卷取机的对边系统（EPC）。
2 纠偏系统的组成结构
自动纠偏控制系统是一个闭环控制系统，主要包括检测、信号处理、伺服执行机构和位置反馈几个环节。主要组织部分为液压缸（炉内高温条件为电动伺服推杆）、伺服比例阀、传感器检测系统、控制器、位置传感器、液压设备等组成。
2.1 测量系统
测量系统主要为测量带钢位置的测量传感器，前面已经对电感式、电容式、光电式传感器分别进行了介绍。使用量最大的为电感式传感器，电感式传感器具有测量精度高可达1mm，抗干扰性强，在高温、液体、光线变化大等条件下均可使用。电感式传感器一般组成为2个发送线圈和2个接收线圈，每个线圈大约在900mm-1200mm左右，安装在机组中心相对称的位置，每对传感器分别用于检测带钢的一个边缘，可以准确检测出带钢所在辊面的位置。传感器检测磁通量，经电路板产生一个电压值（一般为5V-9V），通过通讯总线如CAN BUS总线与控制器相联，提供一个连续的带钢位置信号。
2.2 液压执行机构
信号由测量传感器给出，经控制器计算，给出与带钢偏离中心位置相应的位置信号到液压站，通过伺服阀控制液压站输出，液压缸推动纠偏辊调整带钢位置，保证带钢在轧制线中心。根据实际纠偏辊的要求及现场条件，液压缸选择在250mm-300mm左右。在实际使用中，伺服阀是需要必要的日常维护，尤其是液压油的清洁度。液压油中含有其它杂质会造成堵阀，造成液压系统损坏，需要定期对液压系统进行检查，清理滤网，避免由于堵塞造成液压系统损坏。
2.3 测量反馈系统
在与液压缸平行方向上，安装有位置传感器进行液压缸位置反馈。传感器一端固定在纠偏辊的移动框架上，一端固定在纠偏辊的固定框架上。如图：
一般位移传感器均采用KLW系统电阻伸缩线型位置传感器，主要由测杆、电气连接头、电阻元件和万向节组成。最大量程范围为900mm，远大于液压缸300mm的伸缩范围。线型位移传感器需要安装在纠偏辊下方与液压缸平行位置，不易被发现，需要做好防护工作，防止外界人为或异物损伤。
3 纠偏系统应用的问题及解决方法
3.1 纠偏系统的工作模式
纠偏系统具有三种工作模式，分别为自动工作模式、手动工作模式、对中工作模式。
在自动工作模式下，纠偏系统为闭环自动控制，根据传感器检测的带钢位置自动对液压缸进行调节，保证带钢在轧制线中心。正常生产中均采用自动工作模式。
图4 自动工作模式控制框图
在手动工作模式下，通过人工点动对液压缸进行调节，不采用传感器所检测的带钢位置，一般在维护工作中或生产线停车情况下采用手动工作模式。
对中工作模式就是手动把纠偏辊停在中间位，一般在纠偏系统损坏的情况下，可以把纠偏系统设在对中模式，把纠偏辊当作一个固定辊来使用。
3.2 纠偏系统应用中存在的问题及解决方法
1）电感式测量传感器没有移动设备，为免维护设备，通常只有在损坏的情况下才更换部件。在更换传感器后应对传感器进行重新标定，保证传感器的测量零位与轧制线中心重合。
2）测量框架与其它金属部件之间的最小间隙应大于200mm。为保护测量传感器在带钢断带情况下不受损坏，在传感器与带钢之间应加装保护框架或保护板，且保护框架和保护板需抗冲击性强不能为金属物，因为金属物会干扰磁场，一般采用聚氨酯板。
3）随着镀锌线和连续退火线的应用，炉内纠偏显的尤为重要。在连续退火线上，带钢运行速度可达300m/min，带钢跑偏会使生产线限速，有时会刮炉壁造成断带，这就要求纠偏系统能够及时动作，保持带钢在轧制中心线上。又由于炉内温度较高，一般在800度以上，使得炉内带钢偏软，纠偏辊动作过快过大都会将带钢拉变形，造成废品，炉内纠偏也应以稳定为主，电动伺服推杆动作应当平稳，不易动作过快。可见，炉内带钢的纠偏系统存在及时动作和稳定动作之间的矛盾。通过实际应用中发现，在炉内纠偏的问题上，尤其是炉区较大的连退炉内，应该多安装几个纠偏装置，一般应安装8-10个自动纠偏系统。并且在软件参数上可以对电动伺服推杆进行动作限制和增加反馈参数，既可以保证了纠偏辊动作迅速，又不会让纠偏辊在很短的时间内动作过大。
4）带钢跑偏的原因有很多，可能是由于板形过差，存在单边浪、镰刀弯等；也可能是由于某个固定安装不水平或是包胶辊掉胶；张力辊倾斜等各种原因。如果带钢长时间向操作侧或传动侧一方跑偏，不应单靠纠偏系统来对带钢进行纠偏控制，应当查找纠偏辊前方固定辊是否安装正确，或是辊子轴承是否动作灵活等方面。在生产中，不能停线检查设备问题，如果发现带钢跑偏，且纠偏辊到最大纠偏位置也无法将带钢纠正，可以通过加大生产线张力，一般为10%，如果板带较厚，可以增加到40%；降低生产线速度来纠正带钢位置。经过实践验证，加大生产线张力纠偏效果明显。
参考文献：
[1]唐英，带钢跑偏控制，重型机械科技，2007（3）：4-8.
[2]王国栋，板形控制和板形理论，北京：冶金工业出版社，1986：70-98.
[3]R.Lchmann,The Nipco System for the Rolling of Metal.Advance in ColRolling Technology,London,1985(9):76-89.
[4]J.Kihara.Application of BEM to Calculating of the Roll profile in Flat Rolling.Proc.of the 4th International Steel Rolling Conf.Deauville-France,1987:6-11.
关键词： 纠偏；冷轧；CPC EPC
中图分类号：TG333.72 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1020154－02
0 前言
在冷轧生产中，带钢稳定运行是至关重要的问题。在带钢酸洗连轧生产线上，各种各样的原因都可以使板带运行跑偏，这种板带的偏移动作起源于产品本身（如板带的弯曲，变形，及焊接处理）或在工艺加工的过程（如对边不良，或卷辊一边承载或受压，处理过程中受热，受冷不均及其他原因）。带钢跑偏不仅会影响带钢质量，甚至会严重损坏机组设备，对机组的稳定运行带来严重影响。特别是在镀锌线、连续退火线上，机组处理的带钢长度长、厚度薄及炉内带钢量大和活套量的增加，带钢跑偏不仅会造成带钢缺陷、降低成材率，严重时甚至出现断带和损害机组设备的现象，为了保证机组的稳定运行及获得边部整齐的钢卷，对带钢的跑偏进行研究和控制显得越来越重要。因此如何把带钢精确地控制在机组的中心线上而不发生跑偏，成为了机组正常运行的前提保证。因此，在冷轧酸洗机组上均配置了带钢中心位置控制系统（CPC）和带钢边缘位置控制系统（EPC）。
1 常用纠偏系统的基本类型
1.1 对中纠偏系统和对边纠偏系统
根据纠偏位置的不同，带钢纠偏系统有对中纠偏系统（简称CPC-CenterPosition Control）和对边纠偏系统（简称EPC-Edge Position Control）两种类型，其作用是连续保持带钢中心或边部位置基本不变。对中纠偏系统（CPC）主要应用于开卷机、生产线中、炉内控制等，使用量最大。对边纠偏系统一般中用于镀锌线及连续退火线的卷取机系统。
1.2 基本传感器测量原理类型
根本传感器测量原理的不同，纠偏系统主要分为电感式、光电式、电容式纠偏系统。
电感式传感器纠偏原理：集肤效应如图1。
图1 电感式传感器测量原理
当通电后对应的两组发射器和接收器中间无带钢时，磁通量最大。带钢通过时遮住部分发射器，接收器接收到的磁通量减少。带钢越宽，接收到的磁通量越少。当带钢对称于机组中心线运行时，操作、传动两侧接收器接收到的电磁信号基本相同，当带钢跑偏时，如带钢朝操作侧跑偏，操作侧接收器接收到的电磁信号减少，同时传动侧接收器接收到的电磁信号增加。通过两侧接收器接收到电磁信号的变化可知带钢的跑偏方向和跑偏量的大小。
光容式传感器是基于测量电容量的原理而设计的。
C=εＡ／d
在带钢上下分别安装两个电极板，板带在两个电极板之间运行，带钢运行位置发生偏移，会改变两个电极板形成的电容C1，C2。如图2。
测量输出C1 测量输出C2
图2 电容传感器测量原理
由于其介电常数始终是一个变化值，因此，对于现场环境的要求较高。特别是酸洗机组和碱洗段中，电容式传感器无法在液体中使用，使得电容式传感器应用较少。
光电式传感器根据测量发射光源光强和接收传感器光强在确定板带位置。如图3。
图3 光电式传感器测量原理
在生产过程中，当带钢位于中心，则两边测量传感器接受到的光线相等，输出相同的测量值信号给控制放大器，无调节信号输出；当带钢不在机组中心，两光电传感器被带钢遮光部分的面积就不一样，则两边的传感器输出的测量值信号不一致，带钢偏移一侧——光线被挡住较多一侧，输出信号较低，这样，在控制放大器中将来自两个测量传感器的信号进行比较、放大就得到一个与带材位置偏差量和偏差方向有关的控制信号。一般光电式传感器对周围光线敏感，且无法在液体、高温下使用，多用于卷取机的对边系统（EPC）。
2 纠偏系统的组成结构
自动纠偏控制系统是一个闭环控制系统，主要包括检测、信号处理、伺服执行机构和位置反馈几个环节。主要组织部分为液压缸（炉内高温条件为电动伺服推杆）、伺服比例阀、传感器检测系统、控制器、位置传感器、液压设备等组成。
2.1 测量系统
测量系统主要为测量带钢位置的测量传感器，前面已经对电感式、电容式、光电式传感器分别进行了介绍。使用量最大的为电感式传感器，电感式传感器具有测量精度高可达1mm，抗干扰性强，在高温、液体、光线变化大等条件下均可使用。电感式传感器一般组成为2个发送线圈和2个接收线圈，每个线圈大约在900mm-1200mm左右，安装在机组中心相对称的位置，每对传感器分别用于检测带钢的一个边缘，可以准确检测出带钢所在辊面的位置。传感器检测磁通量，经电路板产生一个电压值（一般为5V-9V），通过通讯总线如CAN BUS总线与控制器相联，提供一个连续的带钢位置信号。
2.2 液压执行机构
信号由测量传感器给出，经控制器计算，给出与带钢偏离中心位置相应的位置信号到液压站，通过伺服阀控制液压站输出，液压缸推动纠偏辊调整带钢位置，保证带钢在轧制线中心。根据实际纠偏辊的要求及现场条件，液压缸选择在250mm-300mm左右。在实际使用中，伺服阀是需要必要的日常维护，尤其是液压油的清洁度。液压油中含有其它杂质会造成堵阀，造成液压系统损坏，需要定期对液压系统进行检查，清理滤网，避免由于堵塞造成液压系统损坏。
2.3 测量反馈系统
在与液压缸平行方向上，安装有位置传感器进行液压缸位置反馈。传感器一端固定在纠偏辊的移动框架上，一端固定在纠偏辊的固定框架上。如图：
一般位移传感器均采用KLW系统电阻伸缩线型位置传感器，主要由测杆、电气连接头、电阻元件和万向节组成。最大量程范围为900mm，远大于液压缸300mm的伸缩范围。线型位移传感器需要安装在纠偏辊下方与液压缸平行位置，不易被发现，需要做好防护工作，防止外界人为或异物损伤。
3 纠偏系统应用的问题及解决方法
3.1 纠偏系统的工作模式
纠偏系统具有三种工作模式，分别为自动工作模式、手动工作模式、对中工作模式。
在自动工作模式下，纠偏系统为闭环自动控制，根据传感器检测的带钢位置自动对液压缸进行调节，保证带钢在轧制线中心。正常生产中均采用自动工作模式。
图4 自动工作模式控制框图
在手动工作模式下，通过人工点动对液压缸进行调节，不采用传感器所检测的带钢位置，一般在维护工作中或生产线停车情况下采用手动工作模式。
对中工作模式就是手动把纠偏辊停在中间位，一般在纠偏系统损坏的情况下，可以把纠偏系统设在对中模式，把纠偏辊当作一个固定辊来使用。
3.2 纠偏系统应用中存在的问题及解决方法
1）电感式测量传感器没有移动设备，为免维护设备，通常只有在损坏的情况下才更换部件。在更换传感器后应对传感器进行重新标定，保证传感器的测量零位与轧制线中心重合。
2）测量框架与其它金属部件之间的最小间隙应大于200mm。为保护测量传感器在带钢断带情况下不受损坏，在传感器与带钢之间应加装保护框架或保护板，且保护框架和保护板需抗冲击性强不能为金属物，因为金属物会干扰磁场，一般采用聚氨酯板。
3）随着镀锌线和连续退火线的应用，炉内纠偏显的尤为重要。在连续退火线上，带钢运行速度可达300m/min，带钢跑偏会使生产线限速，有时会刮炉壁造成断带，这就要求纠偏系统能够及时动作，保持带钢在轧制中心线上。又由于炉内温度较高，一般在800度以上，使得炉内带钢偏软，纠偏辊动作过快过大都会将带钢拉变形，造成废品，炉内纠偏也应以稳定为主，电动伺服推杆动作应当平稳，不易动作过快。可见，炉内带钢的纠偏系统存在及时动作和稳定动作之间的矛盾。通过实际应用中发现，在炉内纠偏的问题上，尤其是炉区较大的连退炉内，应该多安装几个纠偏装置，一般应安装8-10个自动纠偏系统。并且在软件参数上可以对电动伺服推杆进行动作限制和增加反馈参数，既可以保证了纠偏辊动作迅速，又不会让纠偏辊在很短的时间内动作过大。
4）带钢跑偏的原因有很多，可能是由于板形过差，存在单边浪、镰刀弯等；也可能是由于某个固定安装不水平或是包胶辊掉胶；张力辊倾斜等各种原因。如果带钢长时间向操作侧或传动侧一方跑偏，不应单靠纠偏系统来对带钢进行纠偏控制，应当查找纠偏辊前方固定辊是否安装正确，或是辊子轴承是否动作灵活等方面。在生产中，不能停线检查设备问题，如果发现带钢跑偏，且纠偏辊到最大纠偏位置也无法将带钢纠正，可以通过加大生产线张力，一般为10%，如果板带较厚，可以增加到40%；降低生产线速度来纠正带钢位置。经过实践验证，加大生产线张力纠偏效果明显。
参考文献：
[1]唐英，带钢跑偏控制，重型机械科技，2007（3）：4-8.
[2]王国栋，板形控制和板形理论，北京：冶金工业出版社，1986：70-98.
[3]R.Lchmann,The Nipco System for the Rolling of Metal.Advance in ColRolling Technology,London,1985(9):76-89.
[4]J.Kihara.Application of BEM to Calculating of the Roll profile in Flat Rolling.Proc.of the 4th International Steel Rolling Conf.Deauville-France,1987:6-11.