轧制过程控制重点.doc

第一章轧钢生产技术也进入飞跃发展的阶段，其发展的主要趋势和特点是：(1)高精度轧制；(2)轧制生产过程日趋连续化；(3)SFR自由规程轧制(Schedule Free Rolling)；(4)智能化轧制；(5)高速轧制；(6)轧制生产的形式和规模日趋专业化和大型化；(7)用户对产品精度和质量的要求日益提高。大型复杂机械设备正向着 大型化、连续化、高速化、自动化和 紧凑化的方向发展一般控制系统的组成： 对象、主要干扰因素、检测装置、目标、执行机构、信息流、控制器（软件、硬件）。主要控制方式：闭环反馈控制把系统输出信号反馈到其输入端并通过比较环节参与对对象调节的控制方式。开环前馈控制系统直接检测出外扰，并在外扰影响控制量（对象）之前就进行必要的调节修正的控制方式。第二章厚度基本定义：带钢中心线全长上的厚度值；钢板各处厚度的平均值；在线检测：测厚仪测到的厚度值；（轧制线中心对应处的带钢厚度值）控制手段：轧机辊缝中点开度值。（检测受带钢走偏和测厚仪定位精度影响）宽度（描述指标与定义一致）基本定义：钢板各处宽度值的平均值；在线测定：带钢横向水平面内与轧向垂直的投影宽度；控制手段：立辊轧机的开口度；（检测受连轧活套张力（转角）的稳定性、带钢水平度、波浪度的影响）检测方法离线：手工尺子测量，或机械接触式测量；在线：非接触反射式（CCD或可见光灯管），非接触透射式（X射线）板形的定义：（描述指标与定义不完全一致）基本定义理论上：带钢横截面轮廓几何外形和纵向表观平直性，具体包含凸度、边降、楔形度、局部突起量、平坦度、翘曲度等六方面内容。有多种描述方法和指标。横截面几何外形（板廓）的描述及指标：凸度（中心区域）：中心与边部厚差，是整体的凸度比例凸度 （ 中心区域 ）：即凸度与横截面中点厚度之比。比例凸度 （ 中心区域 ）：即凸度与横截面中点厚度之比。边降（边部区域）：边部（厚度陡降）区域的横向厚差，也称边部减薄量。平直性的描述及指标：有浪高、陡度（急峻度、波浪度）、平坦度、翘曲度等多种描述方法和指标。其中平坦度可以是纵向纤维相对长度差或张应力差张力检测方式 （ 张力计 ）A）测张力式板形平坦度仪可以提供带钢总张力板形仪也是一种张力计。B）张力检测方式：与带钢同步旋转辊包角压力检测方法。通过机架间的张力计测量机架间带钢的总张力实现自动控制的对象指标及其控制环节针对张力（速度）指标：热轧/冷轧设定（开环），前馈控制，反馈控制，自学习；针对厚度指标：热轧/冷轧设定（开环），前馈控制，反馈控制，自学习；针对板形凸度指标：热轧设定（开环），自学习，反馈控制；针对板形平坦度指标：热轧/冷轧设定（开环），前馈控制，反馈控制，自学习；针对板形边降指标：冷轧设定（开环），反馈控制，自学习。张力、厚度及板形自动控制系统的对象与执行机构（同体、共用）：被控制的对象（过程）热轧精轧机组F1F7与冷连轧机组G1G5；张力控制的执行机构主传动马达（速度）、压下液压缸，厚度控制的执行机构压下液压缸、主传动马达（速度）板形控制的执行机构弯辊、窜辊、压下倾斜和分段冷却。热、冷连轧的AGC和AFC系统，表现出在 空间上的结构、组成、功能和 时间上的流程、层次、顺序，并且前者主要由硬件表现，后者主要由软件表现。除操作者（人）和操作对象（轧机与轧件）之外，硬件和软件可以认为是控制系统的全部。轧机的弹跳曲线和弹跳方程表示了轧件厚度与空载辊缝、轧制力和轧机纵向刚度之间的关系轧件塑性变形曲线可以近似认为是直线，其斜率 M 称为轧件的塑性刚度系数，它表征了使轧件产生单位变形所需的轧制力轧件的塑性方程无论轧制过程如何变化，总使轧机弹性曲线A与塑性曲线B相交于等厚轧制点，从而得到恒定厚度的带钢板带厚度控制的实质 ： 不管轧制条件如何变化，总要使A线和B线交到C线上入口厚度H、轧机刚度系数K、轧件塑性系数M、初始辊缝S 0是厚度h的四项基本决定因素1 ）轧件温度、成分和组织性能不均匀的影响温度变形抗力轧制压力轧机弹跳厚度变薄2）来料厚度不均匀的影响来料厚度轧制压力轧机弹跳板厚度变薄3张力变化的影响张力变形抗力轧制压力轧机弹跳板厚度变薄4 ）轧制速度（摩擦系数）变化的影响通过影响摩擦系数和变形抗力来改变轧制压力。摩擦系数变形抗力轧制压力轧机弹跳板厚度变薄5 ）原始辊缝的影响原始辊缝减小，板厚度变薄6 ）轧机刚度的影响轧机刚度增大，板厚度变薄板形平坦度良好条件 ： 比例凸度相等、纵向延伸率相等（假设来料板形平坦度良好） 轧制力分布均匀、张力分布均匀（不需假设来料板形平坦度良好实际轧制中，轧件厚度不均匀压缩的一部分转化为纵向不均匀延伸，另一部分被金属横向流动消化，板形良好并不需绝对比例凸度绝对相等，即有shohet板形良好判别式张力的产生原因张力的产生：由于在轧件长度方向上存在着速度差，使得轧件上不同部位处的金属有相对位移而产生张应力 张力张力的控制技术1）辊缝式调张法将测量的实际张力值与给定的张力参考值相比较，将形成的偏差信号传给张力控制器，张力控制器最终给出下游机架辊缝的附加调节量。如果机架间的张力低，则增大辊缝开度，反之亦然。2）速度式调张法将形成的偏差信号传给张力控制器，张力控制器的输出作为下游机架轧辊线速度的附加调节量。第三章（一）衰减振荡具有衰减振荡的瞬态过程如图所示：(1) 延迟时间 td：输出响应第一次达到稳态值的50%所需的时间。(2) 上升时间tr ：输出响应第一次达到稳态值y()所需的时间。或指由稳态值的10%上升到稳态值的90%所需的时间(3) 峰值时间 tp：输出响应超过稳态值达到第一个峰值y max 所需要的时间。(4) 调节时间或过渡过程时间 ：第五章带钢厚度与压下串级控制系统前述两种方案各有优缺点，不妨将两种方案结合起来，即将厚度反馈控制器的输出作为压下控制器的设定值，而压下控制器的输出去控制液压系统的伺服阀优点：压下控制器及时并有效地克服辊缝波动引起对出带钢厚度的扰动；厚度控制器用来克服轧辊弹性变形、带钢成分变化等其他因素影响；从而显著提高控制品质。串级控制副环具有快速作用，抗干扰能力增强，能有效地克服进入副环的二次干扰；副环起了改善过程动态特性的作用；由于副环起了改善过程动态特性的作用，因此可以加大主控制器的增益，提高了系统工作频率和控制作用的快速性，缩短了振荡周期，从而改善了系统控制质量；由于副环的存在，对负载变化适应性增强。串级控制系统主要应用于p 对象容量滞后较大；p 纯时延较大；p 扰动幅值较大和负荷变化较大的过程；p 非线性过程。整定方法 逐步逼近法具体步骤为：先断开主回路，整定副控制器；后闭合主回路，整定主控制器；重新调整副控制器参数；若未达到控制要求，再调整主控制器参数；以上步骤循环进行，直到满足(逼近)控制指标为止。比例控制器比例控制器存在稳态偏差积分作用： 消除稳态误差时域上看：只要有偏差，就要积分；频域上看：稳态增益为无穷大。微分作用： 超前控制作用，能按被控参数变化速度的大小来校正被控参数的偏差，它对克服超调现象能起很大作用。时域上看：稳态偏差为0，控制量就为0；频域上看：稳态增益不是无穷大微分先行和中间微分反馈控制方案均能 有效克服超调现象， 改善了过程动态特性，且无需特殊设备，具有一定使用价值；p 无论采用何种方案，被控量 均存在较大的超调，且响应速度很慢，难以满足控制精度要求高的场合，必须采用其他控制手段。史密斯预估补偿方法是得到广泛应用的方案之一。它的特点是 预先估计出过程在基本扰动下的动态特性，然后由预估器进行补偿，力图使迟延了时间 的被控量超前反映到控制器，使控制器提前动作从而明显地减少超调量，加速调节过程。步逼近法是先副后主，逐步逼近。该方法较繁琐。逐第六章板廓形状（Profile ） 检测获得凸度、边降、楔形度、局部突起量基本原理同厚度测量，分为测中心区域的凸度仪（热轧用多）和测边部区域的边降仪（冷轧）；按测量原理分：非接触透射式（使用同位素或X射线），和非接触反射式（使用激光、电涡流），接触式不适合于在线测量。按工作原理分：单点（双点）移动扫描式（C型框架可大范围移动，测得Z字型轨迹）；多点同步小幅移动（半固定）式（门型框架，各测头可横移40mm，测得几十个Z字型轨迹）。平坦度（Flatness ） 检测获得浪高、陡度、平坦度、翘度可以测浪高，也可测张力分布。平坦度测量仪器在冷轧上多称板形仪，在热轧上多称平坦度仪。按测量内容分：几何测距（浪高、波长）式（多测点、非接触、光学原理、直接测量）；测张力分布式（多测点、接触、电磁学原理、间接测量），包括分段式接触直接测张力分布（压磁/压电传感器）和多点式非接触间接测张力分布式（电涡流传感器）。板形平坦度仪的关键：现有各种平坦度检测方法（几何式、应力式）的检测对象都是 纵向纤维的相对长度差 ，不是钢板内部的 残余应力分布。同位素板廓测量系统测量原理：在这种断面形状检测仪中，两个铯137放射源装在一个C形框架的上架中，总共放射出54条离子束，它们沿带钢宽度排成平行的两排沿整个带钢宽度互相搭接的多通道同时精确测量带钢断面形状C形框架与轧制方向成直角摆动，每个通道每秒可覆盖80mm的带钢宽度在两秒的摆动周期内，沿带钢每隔10mm的间隔，可以测量两次带钢厚度边降测量带钢边降的测量事实上属于带钢断面形状测量的范畴，是对带钢边部的厚度进行专门的、持续的、无接触的厚度测量结构：该测量系统包括一个C型框架在该框架上配置3个测量头，包括2个边部测量头和1个中心线测量头2个边部测量头的每一个又包括多个监测器，对带钢边部进行多通道测量扫描模式：标准的边部减薄量测量装置扫描模式是：边部测量头根据不同的带钢宽度自动地占据其相应的位置，而在设定宽度发生变化时，测量头位置进行预置。平坦度测量接触式板形仪具有信号检测直接，信号处理较易保真的特点非接触式板形仪的硬件结构相对简单且易于维护平坦度应变 检测法位移法原理：通过对来自传感器信号的连续处理来测量传感器和轧件之间的距离，从而输出带钢的平坦度基本结构：包含若干个非接触式感应传感器，分成平行的两排，沿带钢横向排列。纵向相邻的一对传感器测量通过这些传感器的那段带钢的平坦度。多点非接触 激光测距 式测距式（三角法）板形平坦度仪通过检测到的各点对应带钢上的波高变化值结合带钢运行速度及采样周期计算相应的带钢（纤维）长度这种检测方法的工作前提是带材上没有张力作用ABB 带钢板形检测仪瑞典ABB公司的分段接触式板形辊是应用最多的冷轧板形的检测装置通过将测量辊分成若干个测量区段，并在每区段内安装测量传感器测量带钢沿宽度方向上各段的径向力分布，再经数学转化得到相应张应力分布，从而来判断板形缺陷的类型及大小BFI 带钢板形检测仪原理： 此板形检测仪与ABB带钢板形检测仪相同的原理结构及特点：1）该检测辊仅仅外面的套圈和球轴承是转动的，所以惯性矩非常小， 在加速和停机时不会因检测辊和带钢之间滑动而擦伤带钢表面2）这种板形检测装置不需要采用滑环来引出检测信号，因为它的检测元件不是固定在转动轴上，这就使结构大为简化西门子SI-FLAT 非接触式板形仪振动 法平坦 度检测方法原理：对带钢进行周期性的激振，测量带钢沿宽度方向的激振高度，用激振波高的分布来衡量带钢的张力分布及板形第八章对于变换规格的焊缝，其前后热轧卷可能会是： 不同钢种、不同宽度、不同厚度 ，并 要求前后热轧卷生产出不同规格（成品厚度）的冷轧成品卷动态变规格时，冷连轧机组内将存在两种规格带钢及二者间的楔形区，楔形区一个机架一个机架的前移，而各机架亦随着变规格点（楔形过渡区的起始点）的到达进行辊缝和速度的调节，并改变张力设定值为了保持前面带钢（A 材）和变规格后的带钢（B 材）都能按自己的设定值稳定轧制，需控制各机架间秒流量恒定，因此当对变规格机架的辊缝及速度调整时，需同时对上游或下游机架进行级联调整为此有两种调节方式：顺流调节，即对下游机架进行级联调速；逆流调节，即对上游机架进行级联调速顺流调节当变规格点达到Si机架时，一方面要对Si机架的辊缝、速度进行变更，同时要调节S (i+1) 机架到S5机架的速度，以保持 S (i+1) 机架到S5机架的张力当变规格点到达S1 时，变更S1 的辊缝以适应B材的轧制规范，此时不变更S1的速度为了继续保持S1与S2间以及后面各机架间A材规范的张力不变，需顺流对S2S5的速度进行调节 当变规格点到达S2时，将S2辊缝按B材轧制规范调节，同时变更S2速度使S1和S2间张力改为B材规范的张力设定值而且还要对S3S5 速度调节以维持S2与S3以及后面各机架间的张力不变（为A材的张力设定值），当变规格点到达S3 时控制策略可以此类推顺流调节的优点S1机架的粗调AGC能尽早稳定运行，对保证B材精度有利由于S1速度不变，因而不需对入口侧S 辊及活套系统进行调节顺流调节的缺点S5要多次调速，对A材的精调AGC工作不利辊缝调节时后张力变动比前张力大，因此将影响B材质量如果主传动速度调节系统响应特性和精度不高将破坏A材尾部的正常轧制逆流调节当变规格点到达S(i)机架时，一方面要对S(i)机架的辊缝（速度）进行调节同时要调节S(i-1)机架到S(1)机架的速度，以保持 S(1) 到 S(i) 机架各机架间的张力当变规格点进入S(1)时，变更S(1) 的辊缝满足B材的规范，同时改变S(1)速度以维持S(1)S(2)间张力不变（A材张力设定值）同时使 S(1)S(5) 间各架轧制过程不受到干扰，保持A材能继续维持稳定轧制使其尾部质量得到保证当变规格点进入S(2)时，对S(2)辊缝按B材规范设定，并调S(2)速度维持S(2)、S(3)间的张力不变（A材张力设定值），同时调S(1)速度以使S(1)、S(2)间建立B材要求的张力 以此类推逆流调节的优点保证下游各机架按A 材规范稳定轧制对上游机架调速可对传动系统的快速性要求降低逆流调节的缺点S1要多次调速，对B材的粗调AGC工作不利要相应变更S辊及入口活套速度目前大多冷连轧在动态变规格时采用逆流调节方式第十张凸度反馈控制 提高带钢全长的凸度控制精度 根据凸度仪的实测结果调节上游机架的弯辊力p 平坦度反馈控制 根据平坦度仪的实测结果调节末两机架的弯辊力 提高带钢全长的平坦度控制精度反馈控制的计算流程（以冷轧检测带钢横向张应力为例） 测量信号处理：对板形测量设备的信号进行处理，转化为带材横向张应力的分布 ，以获取实与目标张应力的量纲一致的实际板形信号 板形偏差计算：目标张应力分布减去实测张应力分布 板形偏差 板形偏差分配：根据板形控制策略，对各板形调控手段分配其板形偏差 计算调控量：根据反馈计算模型计算各板形调控手段的调控量 分段冷却计算：剩余板形偏差，一般采用分段精细冷却的方法进行控制p 反馈 控制策略：亦称为 板形分工策略，根据板形调控手段的数量和各自特点，确定对于这些板形调控手段如何分配板形偏差 接力方式：确定控制层次及优先调节权 分配方式：分配板形偏差，并计算各个调控手段的调节量接力方式的具体过程 首先计算实测板形与板形目标曲线之间的偏差。通过在板形偏差和各控制手段的调节效果之间作最小二乘拟合，确定各控制手段的调节量 本层次调节量计算循环结束后，按接力控制的顺序开始计算下一个控制层次的调节量。此时板形偏差需作更新，即要从原有值中减去可由上次计算中得出的调节量消除的部分，并在新的板形偏差的基础上进行下一层次调节量的计算(增量式调节) 在同一控制层次之中，如果有两种或两种以上的板形调控手段的效果相似，在按照优先权的顺序只调节一种。当高优先权的调节量达到极限值，但板形偏差仍没有到达要求且还有控制手段可调时，剩下的偏差则由具有次优先权的调控手段进行调节，以此类推，直至板形偏差到达要求或再没有调控手段可调为止 在所有控制手段的调节量计算业已完毕后，进行调节量输出总复习1 板带生产过程的计算机控制系统5 个级别 ： 第 第 0 级 （L0 ） 数字传动控制级 第一级 （L1 ） 基础自动化级 第二级 （L2 ） 过程自动化级 第三级 （L3 ） 生产控制级 第三级 （L3 ） 生产控制级 第四级 （L4 ） 企业控制级 （ 生产管理级 ） 板形平坦度良好条件 热轧中 凸度与平坦度控制目标解耦 在上游机架适度偏离几何相似条件以达到比例凸度的目标值 ， 在后续下游各机架控制这一比例凸度值互等 ， 实现平坦度控制目标 冷轧中 边降与平坦度控制目标解耦 在上游机架适度偏离几何相似条件以达到比例边降的目标值 ， 在后续下游各机架控制这一比例边降值互等 ， 实现平坦度控制目标5 板形控制技术与方法 板形控制实质 ： 板形控制的方法就是控制承载辊缝形状 ， 即控制纵向延伸的分布 沿横向/ 宽度方向或者垂向/ 厚度方向 板形控制原理性方法 变形辊 （ 含初始辊形 、 热辊形 、 在线有效辊形 ）， 如分段冷却 、CVC 技术 、 变形辊 （ 含初始辊形 、 热辊形 、 在线有效辊形 ）， 如分段冷却 、CVC 技术 、PC 技术 、 弯辊 变轧制力 （ 大小和分布 ）， 如压下负荷分配 、DSR 技术 变横刚度 （ 变接触线或变轧制力分布 ）， 如HCM 技术 、UCM 技术 、VCR 技术 变张力 （ 大小和分布 ） 变入口轧件 上一架出口板形目标6 轧机