（材料加工工程专业论文）中厚板轧机agc计算机控制系统.pdf

塞些苎童堡塞蹩堡垒鎏一。垂 摘要 蓐嫠精度是鬻量中琴渡囊量麓萋婺撬檬，麓着诗冀撬控番技术稻a g c 鼓术魏笈蓑， a g c 计算机控制系统有了新的迸展。本文综述了中浮扳轧机a g c 技术的发展蕊状及应 用情况，结合我国某钢铁公司中厚板轧钢厂3 0 0 0 m m 中厚板轧机a g c 计算静t 控制系统 工程项层的设诗、调试，主要完成l 凌下= 俸： 1 。 蒸予枣t 撬弹魏方纛、望毪方糕及p - h 霞等蒸破理论，瓤拣穰疆蚕帮控制模型两 方面详细介镧了中厚板轧制过程中主袋采用的压力a g c ，给出了控制原理和横型公式 及其优缺点，并对b i s r a a g c 、动态设定型a g c 、g m - a g c 、a b s o l u t e a g c 、a e g a g c 襄r a l a g c 迸嚣笼较分褥，蠢a g c 撩题模型翦逡搔及或场分褥潺试挺粪摸登疆究。 2 根据中厚板虢制过程控秘酌特点，选择合璁的计算机系统和计算机网络完成了 a g c 计算机控制系统的蹙体设计，本a g c 计算机控制系统采用二级控制，一级为基础 羹动讫级，慕鼹嚣门予的$ 7 - 4 0 0p l c ；二级诗葵枫系襞帮过程攘裁系统，采爨美毽 c o m p a q 服务器。 3 从电动、液压a p c 和液压a g c 两个方面米对轧机压下控制系统进行了分析， 研究选择适合本系统的相对a g c 和绝对a g c 相结合的a g c 控制方式。分柝电枫速降 海凌及液嚣氯控裁暴理，缭蹬了实舔鏖爝审辊缝实际篷帮设定馥辩诗算公式，安爨了毫 动、液压联合a p c 控铡系统。 4 利朋s i e m e n s 公司的s t e p7 、w i nc c 谬言及v i s u a lc + + 完成了a g c 计算 枫控制系统程序舞发，完嫂了辜l 枕鲍基磷鑫裁纯控铡葶器过程控镂凑鼹，实瑰实潜数据憝 采集与显示。调试完成器，对辘瓤爨度溺试、谣零翻液蘧鑫淤跃嗡疲静数器避行了记录 和分析，系统实际应用结果和轧出钢板的性能表明备项性能指标均达到了程序谶计和现 场调试要求。 5 建立了滚歪a g c 系凌静秘态摸蓬，瑙甏m a t l a b 器吝巾s i m u l i r & 工爨戆， 根据现场数舔进行了臻粪，离线研究液聪a g c 系统的动、静态特性。通过分析其开、 闭环波德图，得出本系统为稳定系统，缀过p i d 校溅厢，系统的响应速度提嵩。分析了 孰制过程中，辜l 传来料厚艨、辜k 译塑性鼷数帮液压敬裙始涵柱意发变伍对出蜀簿发黪影 璃，黠滚蓬a g c 系统遴行蓠绫费冀秘纨证跨旁。 彷真 【关键键】中厚援；a p c ：压力a g c ；液压系统；诗葵撬控麓系绞；渡德鬻 n l & t l a b 耋i j 茎主翌主耋丝篁圭 显墼堡! ! 坠 a b s t r a c t t h i c ka l l o w a n c ei sab a s i ei n d e xm a r ko fm e d i u mq u a l i t y w i t ht h ed e v e l o p m e n to f c o m p u t e rc o n t r o la n da g ct e c h n o l o g ) ；t h e r ei sn e wd e v e l o p m e n t i na g c c o m p u t e rc o n t r o l s y s t e m f h i st h e s i ss u m m a r i z e dt h ed e v e l o p m e n ta e t u a l i t ya n dp r e s e n ta p p l i c a t i o ni na q c t e c h n i q u ef o rp l a t em i l l s c o m b i n e dd e s i g na n dd e b u g g i n go ft h ea g cc o m p u t e rc o n t r o l s y s t e mi nt h em o d e r n i z a t i o np r o j e c to f3 0 0 0 m mm e d i r m ap l a t eo fad o m e s t i cm e d i u mp l a t e p l a n t t h em a i nw o r ka n d r e s u l t sm a sf o l l o w s ： 1 b a s o do nt h eb a s a lt h e o r yo fa g c ，s u c ha sb m l o c ee q u a t i o n ，p l a s t i ce q u a t i o na n d p hd i a g r a me r e t h em a i np r e s s u r ea g ci si n t r o d u c e df r o mb o bc o n t r o ld i a g r a ma n dm o d e l ， a n d c o n t r o l t h e o r ya n d m o d e l f o r m u l a o f a g c a r e g i v e n p r e s s u r e a g cs u c ha s b i s r a a g c ， d y n a m i cs e ta g c ，g m - a g c ，a b s o l u t ea g c ，a e ga a ca n dp a l a g ca r ea n a l y z e da n d c o m p a r e d s oi tp r o v i d e st h em o d e lr e s e a r c h 缸r 幽ea o cs y s t e mc h o i c ea n dd e s i g r f i n ga n d d e b u g g i n g ， 2 a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r so fr o l l i n gp r o c e s s ，a p p r o p d a t ec o m p u t e rs y s t e ma n d c o m p u t e rn e t w o r ka r ec h o s e na n dt h ew h o l ec o m p u t e rc o n t r o ls y s t e md e s i g ni sc o m p l e t e d + t w ol e v e lc o m r o li sa d o p t e di nc o m p u t e rc o n t r o ls y s t e m f i r s t - l e v e li sp l cw h i c hi s s i e m e n s $ 7 - 4 0 0p l c ；s e c o n d - l e v e li sp r o c e s sc o n t r o ls y s t e mw h i c hi sc o m p a qg e w e r 3 n m i l lp r e s sd o w ns y s t e mi sd i s c u s s e di nt w oa s p e c t s ：s c r e wa n dh y d r a u l i ca p c a n dh y d r a u l i ca g c t h et e l a t i v ca g ca n da b s o l u t ea g ca r ec h o s e ni nt h ea g c c o m p u t e r s y s t e m t h em e c h a n i c a lf e a t u r e ，v e l o c i t yd r o pc 1 k n v e a n dp r i n t i p l eo fh y d r a u l i cc y f i n d e r c o n t r o lb r ea n a l y z e da n dd i s c u s s e dt h ea c t u a lg a pa n dp r e - e n a c t r a e n tg a pa l ec a l c u l a t e d t h e c o m b 斑e d a p c c o n t r o ls y s t e m o f s c r e w a n d h y d r a u l i c i s f u l f i l l e d ， 4 a g cc o m p u t e rc o n t r o ls y s t e mi sp r o g r a m m e db yu s i n gs y s t e ms o f t w a r eo f s e i m e n si n c l u d i n gs t e p 7a n dw i nc c a n dv i s u a lc * f u n c t i o ni n c l u d i n gb a s a la u t o m a t i o c o n t r o l ，p r o c e s sc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o ni sr e a l i z e d a f t e rd e b u g g i n g , t h ed a t ao f z e r o i n g , s t i f ft e s t i n ga n dt h er e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i co ft h eh y d r a u l i cc y l i n d e ra r e c o r d e da n d a n a l y z e d a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro fp l a t e sa n da c t u a la p p l i c a t i o n ，t h ep e r f o r m a n c e r c n u i r e di sa c h i e v e da n db e t t e rc o n t r o le f f e c ti sa c q u i r e dc o m p a r e dt ot h ed e s i g n 5 + 霸辅d y n a m i ch y d r a u l i ca o cm o d e li sb u i l tt h ed y n a m i ca n ds t a t i cf e a 豫x e s i 东北太学硕士学位论文 a b s t r a c t o f h y d r a u l i ca o cs y s t e ma r er e s e a r c h e do f f i i n eb yu s i n gs i m u l i n ko f m a t l a b t h es y s t e m i ss t a b l eb ya n a l y z i n gu p e na n dc l o s e db o d ed i a g r a m a f t e ra d j u s t m e n t ，t h er e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i co fh y d r a u l i ca g ci se n h a n c e dt h ee f f e c t so n ( h ep l a t ee x i tg a u g ei sa n a l y z e d f r o me n t r yg a u g eo fp l a t e ，p l a s t i cc o e f f i c i e n to fp l a t ea n di n i t i a l i z e do i lh e i s to fh y d r a u l i c c y l i n d e r , s oi tp r o v i d e so f f l i n es i m u l a t i o na n do p t i m i z a t i o nd e s i g nf o rh y d r a u l i ca g cs y s t e m k e yw o r d s ：m e d i u mp l a t e ；a p c ；p r e s s u r ea g c ；h y d r a u l i cs y s t e m ；c o m p u t e rc o n t r o l s y s t e m ；b o d ed i a g r a m ；s i m u l a t i o no f m a t l a b 东北大学硕士学位论文 声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的 研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包括本人为获得其它学位而使用过的材料。与我一同工作 过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：芸阻乎 日期：少1 96 、) 汩 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 塞垒苎兰堡圭壁堡丝圭 墅二塞丝 第一章绪论 1 1 课题研究的背条和意义 随着我图加入世界贸易组织，我国的钢铁工业将面临着更加激烈的国际竞争，这是 一个援遏，魄建令挑蔽。2 e 整要6 0 - 7 0 年技完残7 毒l 键设鍪夔大型 乏、蠢逮弦、连续 化和自动纯，如今国际土钢铁工业静竞争焦点扶提高产量转至目撼漪质量上来，高精度、 高性能、高成材率、低成本，已经成为现代钢铁企业的目标和得以生存的必备条件【l j 。 我国2 0 0 5 年的钢材产璧达到3 4 9 3 6 1 5 万吨，连续十年世界筇一。中厚投憝国民经 济发震辑努簇熬重要戆锈镶誊| 辩，是鬻家工盈不胃缺少的钢耱鑫耱，逸是霹家锈铁工盈 及钢铁材料发展水平的一个重要标志。从世界工业化国家来看，中厚板的需求摄约占钢 材总量的1 0 1 6 ，而我国的中厚板j 厦年来一直占钢总产量的1 3 左右，比例呈一定 盼上舞趋势，2 0 0 3 年舞警1 3 。4 9 1 2 1 嘲，舞霞l 。l 赝示。中厚叛辜l 剃豹棂本整掭簸是生产 邂叛形良爵、板凸度小、阐板厚差和嚣板厚差尽可能小静产晶喇。其中，负公麓轧制可 以减少同板厚差和异板厚麓，是提高成材率的关键，隧够产生直接经济效益，掇高市场 竞争力。以1 0 r a m 钢板为例，镪板纵向鹾差每降低o 0 5 m m ，成材搴可提高l ，凸度每 减少0 。l m m ，戏麓率可鬟蹇0 。6 7 。j c 壹予4 , - 4 0 r a m 熬锈蔽，横爨箨疫差这0 。| 5 - 4 ) 6 m m ； 钢板重量损失可选1 5 5 + o 。近年来，圆内中厚板增长更快，己投产的中厚板企业进行 技术改造，述脊多家企业投资筹建新的中厚板轧机。2 0 0 5 年上半年，国内先后有河北文 辜中厚板、囊镪宽厚板、凝余孛板、首镪秦皇岛和龆镪中板等毅建褒改造项毽投产，下 半年有濑钢中板、安锈炉豢转援、l 疆锈中扳等改造磺嚣建成。 更多中原板企业的投产促进了国民经济的发展，同时对中厚掇行业也提出了更高的 要求，因而促使了中厚板轧机设备改进、轧钢的自动控制和生产工艺水平的楣殿提高。 中厚叛毒l 撬瓣a g c 诗霎筏控割系统邋嶷了产瑟袁震爨、寒精发秘凑蛙麓豹婺滚，撬裹 企业生产效率、降低成产成本。 国内某中厚板厂原来的轧机是= 辊十四辊形式，熙引进的二手设备。其精轧机为四 辊轧机，工干譬辊辊身长为3 0 0 0 m m ，带寄液压a g c 系统，但是自动控制水平不簿。因 藏东j 大学魏裁援零及涟麓鸯动纯謦豢重煮实验室结合营内耱受避懿垂动控麓技术帮 轧制技术设计、安装、调试了该公司中厚板厂的四辊精轧机的a g c 计算机控制系统。 该项目改造从2 0 0 4 年1 2 月开始调试，2 0 0 5 年1 月纂础自动化调试完成，并很快步入正 常生产，生产镪板静囿扳蓐蓑达到了设计要求( o 蛹。l m m ) ，2 0 0 5 年6 月过器嘏模圣嗉 试也顺利完成，很快授入叠三常运行，并顺利通过专豢验收。 圭! ! 垄童堡圭董堡垒塞 堑= 兰! 丝 结合作者参与的四辊精轧机a g c 计算机控制系统的设计、调试工程，在对国内外 中厚板轧机a g c 计算机控制系统进行全面调查研究的基础上完成了本论文。 督 r 一 曲1 钆 划 图i i1 9 8 4 2 0 0 3 年我国中厚板产量及在钢产量中所占的比例 f i g 1 1 t h ed o m e s t i cm e d i u mp l a t eo u t p ma n di t sp e r c e n t a g eo f s t e e lo u t p u tf r o m1 9 8 4 - 2 0 0 3 1 2 中厚板轧机的发展 社会进步和国民经济的发展对中厚板的质量提出了更高的要求，这也就要求有更高 性能的中厚板轧机，下面就国内外中厚板轧机的现状和发展趋势进行介绍。 1 2 1 国外中厚板轧机的发展 2 0 世纪5 0 6 0 年代中厚板轧机的第一次建设高潮在美国掀起，当时以4 0 6 4 m m 中 厚板轧机为主，此期间美国建有4 0 6 4 m m 厚板轧机共7 套。2 0 世纪6 0 年代后期至7 0 年代初期第二次中厚轧机建设高潮转向日本，日本在中厚板轧机领域取得领先地位，这 时期日本建有4 7 2 4 m m 双机架四辊式厚板轧机5 套。1 9 7 1 年意大利建造一套4 8 2 6 m m 双机架厚板轧机，韩国建一套4 7 2 4 m m 双机架厚板轧机01 9 7 61 9 7 7 年间日本建造3 套5 5 0 0 m m 特宽厚板轧机。建造这种特级厚板轧机主要是生产大直径u o e 钢管用宽铜 板和宽幅面、长定尺的造船钢板。1 9 8 5 年德国迪林根厂在4 8 0 0 m m 厚板轧机前面增建 5 5 0 0 四辊厚板轧机，这是当今世界最强大的一台特宽厚板轧机。近年来国外新建的宽厚 板轧机有1 9 9 7 年投产的韩国浦项3 号4 3 0 0 m m 单机架厚板轧机和东国公司的4 3 0 0 m m 双机架厚板轧机驯h j 6 7 。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 8 0 年代厚板轧机的研究重点转向各项工艺新技术、控制系统和相应的技术装备的开 发。现代化的四辊厚板轧机以高精度、高刚度、高功率、大转矩为显著特点，以1 9 8 5 年投产的迪林根公司5 5 0 0 m m 轧机为例，其支撑辊直径为巾2 4 0 0 m m ，牌坊断面为 9 9 4 0 e m 2 ，牌坊单重3 9 0 t ，最大轧制力为1 0 8 m n ，轧机刚度为l o 4 m n r n m ，主电机功 率为2 x 1 0 9 0 0 k w ，最大轧制力矩为2 4 5 0 0 k n m ，最大轧制速度为7 3 5 m s 7 1 【8 j 。 在自动控制方面，国外现代化中厚板轧机的计算机控制系统大多已经配置了4 级计 算机系统，即基础自动化级、过程控制级、生产控制级和生产管理级。其系统结构合理、 硬件设备新、应用软件功能完善，将整个工厂的设备控制、过程控制、生产控制和生产 管理都纳入到计算机系统的管理和控制范围，从而有效的保证工艺设备的最佳运转、轧 机能力的充分发挥及高要求的产品质量( 9 】【l o 】。 1 2 2 国内中厚板轧机的发展 目前，全球第三次中厚板轧机的建设高潮已在中国掀起。预计建设以3 5 0 0 m m 、 3 8 0 0 m m 、4 3 0 0 m m 和5 0 0 0 m m 四辊式单机架或双机架型式为主的现代化高强度中厚板 轧机共约2 2 台，其中3 5 0 0 m m 8 台( 含单机炉卷轧机3 台) 、3 8 0 0 m m 4 台、4 3 0 0 m m 3 台、5 0 0 0 m m 5 台，另外还有2 8 0 0 m m 4 台。这些轧机绝大多数都是大轧制力，达2 0 k n m m 以上；大功率，达2 k w m m 以上；高刚度，达2 k n m m 以上。大大超过日本和美国现 有中厚板轧机性能水平，将成为全球新一代高性能中厚板轧机，为实现t m c p 工艺，生 产高质量、高性能、高附加值中厚板创造了非常有利的条件。另外，我国正在生产的还 有2 3 台中厚板轧机也都经过不同程度的技术改造，这些新轧机建成后，中厚板轧机产 能将成倍增加，三辊劳特式一些落后中板轧机将会逐步被淘汰掉，我国中厚板轧机将面 目一新3 l 【5 】【6 1 。 但是，我国现有的中厚板轧机水平较低，生产规模不大，并且中厚板厂家多、生产 能力分散。各厂家生产设备、控制技术和工艺技术水平与国外相比还有很大的差距。生 产的产品品种单一，附加值低，并且难以实现真正意义上的自动轧钢和t m c p 技术，不 能生产高、精、尖产品，一些产品还需要依赖进口【l l 】【1 2 1 。 在自动控制方面，国内中厚板厂已经基本实现自动轧钢，多数厂家也配备过程控制 级，但生产控制级和生产管理级的应用几乎处于空白，a g c 计算机控制系统也有待进 一步的改善、提高。 1 3 中厚板厚度控制 由于中厚板轧制具有轧件长度短，每道次的轧制时间及两道次之间的间隙时间都 短，空载压下速度快、咬钢承受冲击大、振动大以及产品品种规格多，对钢板头尾部分 东北大学项士学位论文 第一章绪论 8 0 年代厚板轧机的研究重点转向各项工艺新技术、控制系统和相应的技术装各的开 发。现代化的四辊厚板轧机以高精度、高刚度、高功率、大转矩为显著特点，以1 9 8 5 年投产的迪林根公司5 5 0 0 r a m 轧机为例，其支撑辊直径为巾2 4 0 0 m m ，牌坊断而为 9 9 4 0 e m 2 ，牌坊单重3 9 0 t ，最大轧制力为1 0 8 m n ，轧机刚度为1 0 4 m n m m ，主电机功 率为2 1 0 9 0 0 k w ，最大轧制力矩为2 4 5 0 0 k n m ，最大轧制速度为7 3 5 m sr 。 在自动控制方面，国外现代化中厚板轧机的计算机控制系统大多已经配置了4 级计 算机系统，即基础自动化级、过程控制缴、生产控制级和生产管理级。其系统结构合理、 硬件设备新、应用软件功能完善，将整个工厂的设备控制、过程控制、生产控制和生产 管理都纳入到计算机系统的管理和控制范围，从而有效的保证工艺设备的最佳运转、轧 机能力的充分发挥及高要求的产品质量【9 jf l 。 1 2 2 国内中厚板轧机的发展 目前，全球第三次中厚板轧机的建设高潮已在中国掀起。预计建设以3 5 0 0 r e a l 、 3 8 0 0 m m 、4 3 0 0 m m 和5 0 0 0 m m 四辊式单机架或双机架型式为主的现代化高强度中厚板 轧机共约2 2 台，其中3 5 0 0 m m 8 台( 含单机炉卷轧机3 台) 、3 8 0 0 m m 4 台、4 3 0 0 m m 3 台、5 0 0 0 m m 5 台，另外还有2 8 0 0 m m 4 台。这些轧机绝大多数都是大轧制力，达2 0 k n l m m 以上；大功率，达2 k w m m 以上；高剐度，达2 k n h n m 以上。大大超过日本和美国现 有中厚板轧机性能水平，将成为全球新一代高性能中厚板轧机，为实现t m c p 工艺，生 产高质量、高性能、高附加值中厚板创造了非常有利的条件。另外，我国正在生产的还 有2 3 台中厚板轧机也都经过不同程度的技术改造，这些新轧机建成后，中厚板轧机产 能将成倍增加，三辊劳特式一些落后中板轧机将会逐步被淘汰掉，我国中厚板轧机将面 目一新【3 】 s j 6 1 。 但是，我国现有的中厚板轧机水平较低，生产规模不大，并且中厚板厂家多、生产 能力分散。各厂家生产设各、控制技术和工艺技术水平与国外相比还有很大的差距。生 产的产品品种单一，附加值低，并且难以实现真正意义卜的自动轧钢和t m c p 技术，不 能生产高、精、尖产品，一些产品还需要依赖进1 3 “ 1 1 2 。 在自动控制方面，国内中厚板厂已经基本实现自动轧钢，多数厂家也配各过程控制 级，但生产控制级和生产管理缴的应用几乎处于空白，a c r c 计算机控制系统也有待进 一步的改善、提高。 1 3 中厚板厚度控制 由于中厚板轧制具有轧件长度短，每道次的轧制时间及两道次之间的间隙时间都 短，空载压下速度快、咬钢承受冲击大、振动大以及产品品种规格多，对钢板头尾部分 短，空载压下速度快、咬钢承受冲击大、振动大以及产品品种规格多，对钢板头尾部分 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 8 0 年代厚板轧机的研究重点转向各项工艺新技术、控制系统和相应的技术装备的开 发。现代化的四辊厚板轧机以高精度、高刚度、高功率、大转矩为显著特点，以1 9 8 5 年投产的迪林根公司5 5 0 0 m m 轧机为例，其支撑辊直径为巾2 4 0 0 m m ，牌坊断面为 9 9 4 0 e m 2 ，牌坊单重3 9 0 t ，最大轧制力为1 0 8 m n ，轧机刚度为l o 4 m n r n m ，主电机功 率为2 x 1 0 9 0 0 k w ，最大轧制力矩为2 4 5 0 0 k n m ，最大轧制速度为7 3 5 m s 7 1 【8 j 。 在自动控制方面，国外现代化中厚板轧机的计算机控制系统大多已经配置了4 级计 算机系统，即基础自动化级、过程控制级、生产控制级和生产管理级。其系统结构合理、 硬件设备新、应用软件功能完善，将整个工厂的设备控制、过程控制、生产控制和生产 管理都纳入到计算机系统的管理和控制范围，从而有效的保证工艺设备的最佳运转、轧 机能力的充分发挥及高要求的产品质量( 9 】【l o 】。 1 2 2 国内中厚板轧机的发展 目前，全球第三次中厚板轧机的建设高潮已在中国掀起。预计建设以3 5 0 0 m m 、 3 8 0 0 m m 、4 3 0 0 m m 和5 0 0 0 m m 四辊式单机架或双机架型式为主的现代化高强度中厚板 轧机共约2 2 台，其中3 5 0 0 m m 8 台( 含单机炉卷轧机3 台) 、3 8 0 0 m m 4 台、4 3 0 0 m m 3 台、5 0 0 0 m m 5 台，另外还有2 8 0 0 m m 4 台。这些轧机绝大多数都是大轧制力，达2 0 k n m m 以上；大功率，达2 k w m m 以上；高刚度，达2 k n m m 以上。大大超过日本和美国现 有中厚板轧机性能水平，将成为全球新一代高性能中厚板轧机，为实现t m c p 工艺，生 产高质量、高性能、高附加值中厚板创造了非常有利的条件。另外，我国正在生产的还 有2 3 台中厚板轧机也都经过不同程度的技术改造，这些新轧机建成后，中厚板轧机产 能将成倍增加，三辊劳特式一些落后中板轧机将会逐步被淘汰掉，我国中厚板轧机将面 目一新3 l 【5 】【6 1 。 但是，我国现有的中厚板轧机水平较低，生产规模不大，并且中厚板厂家多、生产 能力分散。各厂家生产设备、控制技术和工艺技术水平与国外相比还有很大的差距。生 产的产品品种单一，附加值低，并且难以实现真正意义上的自动轧钢和t m c p 技术，不 能生产高、精、尖产品，一些产品还需要依赖进口【l l 】【1 2 1 。 在自动控制方面，国内中厚板厂已经基本实现自动轧钢，多数厂家也配备过程控制 级，但生产控制级和生产管理级的应用几乎处于空白，a g c 计算机控制系统也有待进 一步的改善、提高。 1 3 中厚板厚度控制 由于中厚板轧制具有轧件长度短，每道次的轧制时间及两道次之间的间隙时间都 短，空载压下速度快、咬钢承受冲击大、振动大以及产品品种规格多，对钢板头尾部分 东北大学硕士学位论文第一章绪论 的厚度公差要求严格等特点【l ”，一般认为钢板沿长度方向厚度的均匀性比板厚的绝对值 显得更重要，因此在7 0 年代中期以前，普遍采用头部锁定式a g c 来实现厚度控制，即 相对a g c 方式。但随着对中厚板精度要求的提高以及负公差轧制工艺的要求，中厚板 的绝对厚度也受到逐步重视，使得绝对a g c 得到广泛应用。目前厚度自动控制已经是 现代化中厚板生产中实现厚度高精度轧制的重要手段，控制方式也比较多，例如g m a g c ，前馈a g c 、反馈a g c 、监控a g c 等等。厚度自动控制技术已日趋成熟，中厚 板的同板厚差和异板厚差的控制精度已达到很高的水平。 1 _ 3 1 中厚板a g c 系统的发展 在a g c 系统发展的过程中【，经历了进步较大的3 个阶段：液压a g c 的采用； 绝对值a g c 的采用；近置式y 射线测厚仪的监控a g c 或反馈a g c 系统的应用。图1 ：2 表示的是采用不同的a g c 系统所得到的不同厚度精度。由图1 2 可见，随着a g c 技术 的不断进步，中厚板的厚度偏差在逐渐减小。目前，中厚板的厚度精度最好可达5 0 t m 。 莹 删 堰 蜊 酷 8 08 28 48 68 89 09 2 9 49 69 8 年份 1 一采用液压a g c 2 一采用绝对值a g c 3 一采用机架间测厚仪 图1 2 各种a g c 系统的厚度精度比较 f i g 12t h ec o m p a r i s o no f g a u g ep r e c i s i o nb yt h ed i f f e r e n ta g cs y s t e m ( 1 ) 液压a g c a g c 从1 9 5 5 年开始逐步在冷轧上取得了成功，以电动压下作为执行机构，但它有 着自身无法克服的缺陷。首先，电动压下丝杠的响应速度很慢，a g c 调节需要的是动 作很小的快速调节，电动压下不易满足，另外存在设备效率低，载荷不能太大等缺陷。 由于伺服阀的改进，以及液压技术的进步，1 9 6 9 年液压a g c 被正式投入工业使用，取 柏舯们o 奎! ! 叁兰堡圭兰堡燕塞! ：兰。塑垒 了泡动a g c ，褶滋之下，波蹑a g c 系绞蚕仅漠。凌毒，辩辊缝调节及应速度块( 速度 约眈电动快5 - 1 0 倍，加速度俊2 0 - 1 0 0 倍) ，而且定位精度高等特点【。液压系统懿有 快速自动泄荷装溉，可以防止过载时设备损坏。电动压下和液压压下的性能对比具体见 表1 1 。 表l ，1 液压a g c 与魄动a g c 往黼辩比 t a b l e l 1t h ec a p a b i l i t yc o n t r a s tb e t w e e n h y d r a u l i c a g ca n de l e c t r i c a g c ( 2 ) 绝对a g c 对于褶对a g c ，当设定计算存在误羡辩，板、蒂锈头部厚度会产生偏差。困两使 带铜产生不合格曝度过长的缺陷。为解决这个问题，开发了绝对值a g c 1 5 】，绝对值a g c 技术最早于1 9 7 6 年在鹿岛建设的厚板轧机上被正式使用。其厚度精度达到当时的最高 承乎8 7 p m 1 嗣。 绝对值a g c 的工作原理怒：当轧件头部咬入轧机之后，将实测轧制力和预设窳轧 制力进行比较，修正辊缝，使檄、带钢实测脬度趋近设定时的目标厚度。由于绝对a g c 是从扳、带钢头部开始按强标耀度控制，因褥提高了扳、带钢全长厚度精度。但是绝对 逮a 采雳酶实溺厚度是禳爨灏厚铰模整诗葬密来浚，掰璇使属蔫耩庹绝对篷a g c 懿 前搬必须满足几个条件： 1 ) 高精度的轧制力预报模型j 2 ) 裹壤度懿灏t 攀笈模型； 3 ) 高精度瓣筒馈补偿，毹括油膜厚度补偿、轧辊热膨胀补偿、轧辊磨损补偿、头 部沉入补偿以及支撑辍偏心补偿等。 豳本住友公蠲鹿岛厚板厂采朋的测厚仪模型如式( 1 - 1 ) 【1 7 】： h = s + p a 靠秘f 。j + 萎+ 磊+ & ( 1 一1 ) 式中，h ：轧件出口板厚； s ： 无载辊缝； p ：羲垂l 力； 东北太擎硕士学位论文第一章绪论 髓。：辊蘩黧髓系数； 甄、：耗杌蹦纛( 换辐晴灏爨箨逝) ； a ：轧辊弯曲u 鼷； 最t觏辊压囊爨； 矗爵：每匿应骧( 壤蘩褡露搜实瓣算窭) 。 柱轧制时根据压下规程计蜱出各道次的板厚、轧制力，然后用式( i - 1 ) 计算出轧 机设定辊缝值。根据式( 1 2 ) 逐可以计算出牟l 锌的出口爆发。 h = s + a g 十p 矗尹 ，荽口艇；+ + 矗品 ( 1 - 2 ) 式中，h ：轧件出口板厚； s ；轧辊间隙变化量； 蠡尹：颈嚣转割力与实嚣巍裁力游差藿； g ：轧制中的率h 辊弯蓝量； 斟：轧制中的牟l 辊压扁量。 在裁裁过程中，虽然霹巍彰髓羞魏到力不鼹嚣变纯，魁是与其它磺穗毙较攫微，j 、， 哥敷认为帮式( 。 ) 诗算褥剽瀚蠢嚣磊穗慧。遗毙笺黯毽a g c 裰据式( 。1 ) 襄式( i - 2 以及轧制过程轧制力的变化可以动态进行辊缝调整。为了恒绝对值a g c 正确控制，根 据轧机出口处y 射线测厚仪来避行自学习计篱，提亵测脬仪模型的精縻到5 5 p m 。 ( 3 ) 透萋式y 射线瓣浑袄 液压a g c 对于控制中厚檄头音口之外的部分厚度是育散果的，但怂由于数学模烈精 度的限制，绝对能a g c 控制方式很难得到满意的结果，母致中厚板头部精度仍然不够 理想。垂馥在禧巍槐辫透安装逛餐式r 辩凌铡厣莰熬方案被一些厂家采固，这襻可以采 用前馈控帝4 、反馈控带和自适应控制来提商中厚板的头部浮度精度。 近置式y 射线测厚仪是通：i 嚏将射线源机器部分与检测器分开，单独安装在轧机牌坊 土，实蕊了簿援糖蕊辍黼匿2 m 滟设蒌蹙受。瞧筑祝辫避囱予嘉涅、澎度大，热之乳椒 唆入黠斡洚麦张搬动极大，豫海厚度诗这秘精密铰嚣寒滋舔境桓当恶爨，透过将检测器 保持在装有应用机械挡板的缓冲装置的恒渝槽内，克服了环境问题。下面是近置式测厚 仪的应用方案【1 8 ： l f a s t a g c f a s t a g c 是黻短时阐内使厚度偏熬减，j 、秀哥酶，根据耗制刚开始之螽锈板懿 段的测量厚艘与目标厚度之嫠，对辊缝位置进行阶跋状修正。 2 ) 监控( 反馈) a o c 煎控( 反馈) a o c 受叛挺藏凝蒂静霹豁簿度藕度荧褥鹣，摄撂轧舞后兹溅量露度 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 和目标厚度差，来羧锘辊缝。为了补偿由于时闯滞后弓i 超精度降低，采掰s m i t h 预估策略补偿该滞后时间。 3 ) 前馈a g c 、 蔫馈a g c 是程邋转遘浚辩，随钢板豹蓊：遴鼹踪乾掇入强弱溺褥豹板攥镶差， 来调节辊缝。 图1 3 魁日本住友公司鹿岛厚板厂的糟轧机厚度控制系纠1 7 1 。由于该厂采用近置式 r 麓线测浮仪，蘼良奁毒i 镂遘程数蓠淘遂次可爨溅铡毒l 蜃扳厚，在其爱氡遘次霹 ! 溅蘩 轧件入口厚度。乖用该y 射线测厚仪猩前向道次采用监控a g c ，在反向道次采用前馈 a g c 对轧件厚度进行控制。 实际馕 图1 3 精轧机板厚控制系统 f i g 1 , 3t h eg a u g ec o n t r o ls y s t e mo f f i n i s h i n gm i l l 1 3 2 国海巾潭板a g c 的现获 机 目前国内的多数中厚板轧机采用了a g c 计算机系统控制，假是与国外发达国家相 嫩，还存在蛰翅下超题；1 1 9 f 2 0 1 ) 杭械、液压技术滏不太成熟，出现问题较多，投运率低，运行效果差。 垒我态篓堡圭兰垒蕊塞， 。，堑三塞i 邈： f 裣嚣莰表窝辍嚣秘稳不稳定，帮捷选蠲了裹整次没餐，毽蠢于维护不善毽不麓 发挥冀商缝能的彳乍用。 f 3 ) 在四辊可逆式轧机前腊般没有安装近置式测脬仪，因而预控和监控a g c 等 模型不8 在其系统中虚咫，以致予厚度控制精发不能达到太搿水乎。 一般哭髓达封授久掇滋a g c 蕊承乎，算覆辱蕊控嚣l 承乎低。 ( 5 ) 过程机投入运行率低，所以不能利用动态计算采及时补偿各种因素对板厚的影 响。 f 6 ) 曩内车辍设鍪差，造艘耗褪穰心严霪，嚣墨没有缀霄蓑赘蛰德方法； 1 4 本论文主要研究内容 对文藏孛理论辩浚璎究，结合本次孛琢授犍祝a g c 计箨爨系统竣诗、调试，零论 文麦要完成戳下工裕： ( 1 ) 分析并设计本套轧机的a g c 计算机控制系统和传感器的硬件黼置，构建a g c 计算机摭制系统的结构。 ( 2 ) a p c 是a g c 翳菝心执行： 追穆，a g c 霹激在麓粼过程孛遂行动态落节，对噬韵 和液压舔下控带8 系统遂行分析探讨，分析其构成特点、辊械安装特点、电枫途 降曲线及液压控制原髓，绘制出电液联合压下的邂辑控制程序框图；并分析了 聚用豹翱对a g c 积缝对a g c 模型。 f 3 j 劳褥了a g c 诗冀援控裁系统戆较锫环境，莠逶潜s e m a t i c $ 7 - 4 0 0 戆s t e p 7 和c e c 编程软件实现辗缝逻辑运嚣、电动和液愿a p c 、液压a g c 以及数榭采 集等自动控制功能，探讨轧机辊缝调豢和轧机刚腱测试的基本遇论和实现方法， 绘甓窭稷序摇霆，编翻疲疆程序势投入型实瑟震怒孛。囊爰w 黼c c 6 。e 完成了 人税界舔稻蓝控赛霹静设诗，耐焉v i s u a ic + + 6 ，0 在过程辊上宾璐车0 隶l 魏程静设 定、轧制过程数据采熊和模型计算镲过程控制功能。 f 4 ) 考虑轧枫帆裂、辊系的弹性变形，孝l 传来料厚发，回油管道镣影响建立了比较 完善静液压a g c 魂态数学模壅。诗冀瀣嚣、溺环抟遂丞数，秘鼷m a t l a b 疆 、言进彳亍了仿真，判断聚统的稳定性和p r d 控制扁的响应特特饿；利用m a t l a b 语言中的s i m u l i n k 软件包进行了仿舆，分析了米料厚度、轧件骥性系数和油桩 秘始衰壤变豫对鬟基鼯发熊影豌，炎实舔痤溪稻璐场魏设诗、调试提供了毽谂 猿搀。 塞! ! 垄兰堡圭兰丝丝圭堑三童垒墼堡丝丝耋 第二章a g c 理论研究 厚度自动控制是通过测厚仪或传感器( 如辊缝仪和压头等) 对钢板实际轧出厚度连 续地测量，并根据实测值与给定值相比较后得到偏差信号，借助于控制回路和装置或计 算机的功能程序，改变压下装置、张力或轧制速度，把厚度控制在允许的偏差范围内。 通常把实现厚度自动控制的系统称为“a g c ”( a u t o m a t i cg a u g ec o n t r 0 1 ) 系统。 理论研究是为了找到更好的解决实际问题的方法，本章在分析研究厚度控制理论的 基础上，比较分析了现在常用的压力a g c 模型，以便为本系统a g c 计算机控制系统的 设计选择合理的a g c 模型。 2 1 自动厚度控制基本原理 2 1 1 轧机弹性变形和弹跳方程 轧制时，在轧制压力的作用下，轧机工作机座( 轧辊及其轴承、压下装置和机架) 产生一定量的变形。工作机座的总的变形量可达到2 6 m m 。工作机座的弹性变形将影 响到轧辊的开口度和辊型，从而对轧制产品的精度造成影响口1 】1 2 2 矧。 钢板的实际轧出厚度h 与预摆辊缝值s o 和轧机弹跳值a s 之间的关系可用弹跳方程 描述： h = s o + 埘= + ( 2 - 1 ) 式中，p ：轧制力，单位为k n ； m ： 轧机刚度，单位为k n m m ，它表征轧机产生单位弹跳量所需的轧 制力。 由它所绘成的曲线称为轧机弹性曲线，如图2 1 曲线a 所示。 由( 2 1 ) 式可知钢板实际轧出厚度主要取决于s o 、m 和p 这三个因素，它表示三者 之间的关系，是轧机厚度自动控制系统中的一个基本方程。因此，无论是分析轧制过程 中厚度变化的基本规律，或阐明厚度自动控制在工艺方面的基本原理，都应从深入分析 这三个因素入手。 2 1 2 轧件的塑性变形和轧件塑性方程 在一定的轧件宽度和轧辊半径条件下，轧制力实际上是轧件厚度、张力、摩擦系数 和轧件变形抗力等因素的函数口卅 2 s l 。式( 2 2 ) 表示轧制时的轧制压力p 是所轧钢板的宽 查! ! 垄兰堡圭耋堡垒耋 堑三童垒窒g 矍篓堡塞 度b 、来料入口与出e l 厚度h 和h 、摩擦系数f 、轧辊半径r 、温度t 、前后张力吒和0 0 以及变形抗力仃。等的函数。 p = f ( b ，r ，h ，h ，f ，r ，仃 ，仃_ | ：r ，仃，) ( 2 2 ) 此式为轧件的塑性方程，当b ，r ，h ，f ，t ，等均为一定时，p 将只 随轧出厚度h 而改变，这样便可以在图2 1 中绘出曲线b ，称为轧件的塑性曲线，其斜 率q 称为轧件的塑性刚度，它表征使轧件产生单位压下量所需的轧制压力。 图2 1p - i i 图 f i g 2 1t h ed r a w i n go f p - h 2 1 3 钢板轧制的弹塑形曲线及应用 由轧机弹跳方程和轧件塑性方程组成的方程组绘制成的曲线称为弹塑性曲线，简称 p 日图，见图2 1 。p 一日图可以定量地说明原料厚度h o 、钢板轧出厚度h 、轧制时的出 口厚差a h 、轧制力p 、轧辊预摆辊缝s 及轧机弹跳量s 这六个参数间的关系，如图2 2 。 设初始时刻轧件来料厚度为，预摆辊缝为曷，得到轧件出口厚度为( 曲线l 、 2 ) 。此时如果