轧钢过程自动化论文

轧钢过程自动化报告厚度自动控制学生名称：乔磊学号： 1361142114专业：材料成型和控制工程类别： 13-表单-1指导教师：李振亮董瑞目录1 .引言2二.概念23 .轧机厚度控制原理24 .轧钢厚度控制系统44.1轧钢厚度控制DDC系统的硬件44.2轧制厚度控制DDC系统的软件45 .带钢生产中的厚度控制应用65.1厚度控制的类型和比较65.2 AGC控制系统在冷轧带钢生产中的应用75.3提高和改善带钢纵向精度的有效措施76 .轧机压下装置液压系统(AGC )的优化设计86.1建立适当的设计指标86.2优化系统的主要功能107. AGC控制技术的发展趋势10八.总结119 .参考文献11摘要综述了板带轧制厚度控制技术的控制原理、轧制厚度控制系统的硬件和软件结构、厚度控制在板带生产中的应用及AGC控制系统的优化、发展。关键词 :轧机厚度自动控制(AGC )前馈控制反馈控制PID； DDC；一、引言在轧板行业，厚度质量是轧板轧制过程中最重要的工艺指标之一，直接关系到产品的质量和经济效益。 在轧钢自动化的发展过程中，除了基础自动化的改造，首先引起重视的是厚度ACC。 厚度自动控制(ACC )是50年代发展起来的新技术，进一步提高了带钢的纵向尺寸精度。 我国在60年代开始了AGC技术的研究和实验，近年来，适应我国当前的设备改造和产品质量提高的需要，开始了推进AGC技术的新高潮。二、概念1 .轧机：轧机是实现金属轧制过程的设备。 指完成轧材生产全过程的装备。 有主要设备、辅助设备、起重机运输设备和附属设备等。2 .厚度自动控制(AGC ) :人不需要直接参与其运行的控制系统控制带钢的厚度，由控制系统和控制系统构成。3 .前馈控制：将受控变量的一个或多个影响条件的信息转换到反馈电路以外的其他角色的控制。4 .反馈控制：将系统的输出信息发送到输入侧，与输入信息进行比较，利用两者的偏差进行控制的过程。 反馈控制实际上是在过去的情况下指导现在和将来。5.PID :比例积分。6.DDC :直接数字控制。三、轧机轧制厚度控制原理用轧机轧制成形的带材的厚度依赖于轧机的两个辊之间的辊间隙宽度1。 轧带钢材厚度的控制，实际上是轧机两辊间辊隙宽度的控制。 轧机的两个辊分别为操作侧和传动侧，辊的两侧可分别为两个控制电路，两个控制电路的参数大致对称。 如果同时调节两个控制电路，则可以调节操作侧和传输侧，减少调节时间，提高控制精度。 由于两侧的控制原理相同，因此在此仅叙述操作控制电路。 控制电路如图1所示。 给定某个辊间隙宽度的值s时。 (即带材的厚度)之后，该信号通过调节器进入功率放大器，放大后变换为与输入电压成正比的电流信号，发送给伺服阀。 当电流流过伺服阀线圈时，伺服阀打开，具有油管压力PS的高压油进入液压缸，使缸内的柱塞相对于缸体移动。 滚筒与柱塞连接，不仅可以旋转，还可以配合柱塞上下移动。 直到反馈电压等于规定电压，功率放大器输出为零为止，伺服阀关闭，油管中的油封闭，缸体中的柱塞停止运动，此时，在上下两辊之间形成一定的辊隙宽度。 这是位置反馈调整过程(图1所示的电路1 )。图1轧制厚度调整原理图对轧机轧带的钢材施加力或其他原因，轧机机座弹跳(伸长变形)时，辊间隙的实际宽度与规定值之间产生偏差。 轧机机座受到的力越大，变形越大(弹性范围内)，轧机机座的这种变形使轧辊间隙变大。 此时，通过一个压子检测器检测压力，将检测出的变化压力通过压电转换器转换为一定大小的信号电压，在该信号电压上加上调节器的另一个输入端，通过与规定的工厂之间的差抵消由于框架的弹性引起的辊、狭缝的增加，这是压力反馈的调节过程图2是DDC控制系统的框图四、轧钢厚度控制系统4.1轧钢厚度控制DDC系统的硬件轧制厚度控制是直接数字控制(DDC )系统，DC系统使用微机“智能”部件实现，即将图1的模拟调节器置换为PID数字控制器。 图2示出由PID数字控制器构成的直接数字控制(DDC )系统的结构的简化框图。 采用由微机组成的DDC控制系统，实现了轧机轧制厚度的控制。 该DDC系统有：轧机、伺服河、模拟输入端和模拟输出端、微表和显示接口电路、ZPU等。 在轧机厚度控制系统中构成结构图(图3 )。 将图中的各种模拟物理量通过放大器传送至模数转换器(Adc)D 7A、D 7A的输出数字信号输送至微机，在计算机处理后，该数字信号被传送至数模转换器(DC )，D/D转换器的输出模拟信号被致动器各种中断信号通过并行接口电路(tlu-ar-rt板)的输入端口发送到计算机，然后通过并行输出端口实现各种中断。 另外，微机还具有数字显示、极限警报等功能，因此还具备附件和接口电路图3轧制厚度控制DDC系统的硬件框图4.2轧制厚度控制DDC系统的软件轧制厚度控制的DDC系统的控制总流程图如图4所示。 该DDC系统的控制总流程图常用控制程序有：控制程序、中断程序、子程序库。图4轧制厚度控制DDC系统的总流程图4.2.1 .控制程序控制程序是DDC系统的核心程序。 此部分程序有： PID算法、采样滤波器、切片处理。PID算法PID算法由以下公式创建其中e是控制输入信号和反馈信号之间的差，即，偏差u是输出信号，并且是要施加到受控对象的控制信号采样滤波器输入信号e容易受到干扰，可能有较大的随机波纹。 采用平均值滤波器以去除随机噪声是下式切片处理数模转换器在双极操作中操作，并且数字容量为1字节，1字节的最高有效位为已编码比特处理，并且在127至128之间限制。4.2.2中断程序切断电路美用并行接口电路基板TUART与微机的连接。 由于DDC控制系统所需的中断的数目大于TUART板所提供的中断的数目，因此通过使用并行输入端口、并行输出端口和外部中断源添加具有串行接口电路的接口电路与该软件协作，能够完成多中断处理。 中断服务程序包括中断初始化程序、中断判别程序、外部中断服务程序三部分。4.2.3子例程库为了充分利用微电脑系统提供的资源(硬件资源和软件资源)，创建了一个库文件，组装了形成一个浮动地址的子例程库模板。 子程序库包括以下程序：外部接口电路检查程序、通道端口初始化程序、数据显示程序、极限警报程序、延迟程序。五、厚度控制在带钢生产中的应用5.1厚度控制的类型与比较厚度自动控制(AGC )系统以模拟系统为主，部分环节由超小型计算机完成，由于通带与轧制速度差异较大，除稳态轧制时的厚度控制外还存在加减速阶段的厚度控制问题，它们构成了与热轧带生产完全不同的厚度自动控制系统。 影响厚度指标的因素很多，而且它们之间有几千条联系2。 材料厚度和硬度的变化、轧制过程中速度和张力的不稳定、轴承浮动、辊升温偏心、辊隙间摩擦条件的变化等可能使产品出口厚度产生误差，为解决这些因素引起的厚度变动而采取的多方面措施统称为AGC功能。 典型的A GC主要有以下：(1)前馈AGC(2)反馈AGC (即，压力反馈AGC )(3)监视AGC(4)张力AGC其控制方法特征如下前馈表达式和反馈表达式：利用优势：前馈和反馈AGC，可在广泛的范围内去除日厚偏差。 缺点：在十精度要求内有小的偏差。 油膜厚度的变化、辊r的热膨胀、辊磨损等因素引起的缓慢变化的小偏差。 采用这两种比例控制方式的效果不太理想。 不能进行没有误差的调节。监视AGC :利用出口侧的厚度计进行比例积分调节。 能够使厚度系统成为无误差的节点。 冷连轧机由于加工硬化现象显着，一般在第1、2道次采用压下AGC控制，能够消除大部分偏差，但在后面的几道次压下效果显着降低。 此时，硬化剧烈，轧制材料变薄，偏差小。 张力容易加厚。 特别是出口厚度为0.5mm以下的厚度变动为士15m。 张力容许变动范围囚犯为士的30%，张力AGC效果最为显着。5.2 AGC控制系统在冷轧带钢生产中的应用5.2.1可逆轧机中的AGC系统以四辊可逆轧机为例。 一般用厚度计直接测量厚度，可调整辊隙的前馈和反馈AGC系统压力间接测量厚度， 可采用调整辊隙的压力AGC系统也可采用改变张力设定值的张力AGC系统生产厚带钢时，优选采用张力AGC或前馈AGC，与反馈(监视) AGC系统匹配的薄带在此，是四辊轧机基本特性：工作辊径： D=55rnrn； 支承辊直径： Do=260mm； 滚筒长度：L=200mm； 复合齿轮箱变速比： i=3.53； 最大轧制速度： v=4m/s； 最人轧制力： P=30t； 薄板传动马达：ZZ- 62，N=40kW，n=1500r/min； 按下电机的ZZ- 42、N=1. 5kW、n=1500r/min； 最大带厚度：2X 120mm； 最大压下速度： V=0.33mm/s。5.2.2 ACC系统用于串联轧机应考虑的问题连轧机与独立机的区别在于，在改变n机架的反张力时，必须同时改变n1机架的反张力，从而引起n机架入口的厚度变化，因此在连轧时必须考虑复合作用。 连轧机上张力ACC模型式的形式比较复杂，给出了形式简洁的实用式5.3提高和改善带钢纵向精度的有效措施不良材料的纵向厚度和硬度的变动、轧制速度的不稳定等是引起纵向厚度差的薄板的主要原因。 张力是干扰因素，也是控制因素。 在没有AGC控制系统的情况下，轧制工程已从实践中探索出有效的精度改善操作方法，即采用小张力、小压下量、多道轧制是提高带材尺寸精度的有效方法。 同样，轧制线材、型钢等在试制高精度碳钢带材时(使用T8A或T9A )，用该方法轧制成品为0. 06mm的钢带，其厚度差不到0. 0015mm，例如在生产不锈钢带材和精密合金带材时，也用该方法减少了热轧带材的劣化公差。 用4辊轧机破坏时，将4mm的不良材料用6道次轧制成1. 5mm厚的半成品，纵向厚度的差为0. 06mm 0. 07rnrn。 轧制同规格的不良材料，加2道次轧制成1. 5mm时，其纵厚差以与0.050. 06mm相同的方法，即使破坏1. 5mm厚的退火带，加23道次轧制成0. 9mm的合格品时，也能够明显改善成品条的纵厚差。 小压下量、多道次生产带钢，在经济和技术上都不合理。 这是因为必然会减少产量，增加能源消耗，提高产品成本。在国外，提高带钢尺寸精度采用厚度自动控制(AGC )方法。 在我国，AGC技术在60年代得到了普及，但很多技术理论问题还需要继续研究和探索。 此外，前几天国内许多老企业都在进行技术改造，随着轧机的技术改造，需要人力研究和推进AGC技术。六、轧机压下装置液压系统(AGC )的优化设计大型轧制机械在作业时产生约60000 kN的巨大轧制力，通过压下装置及压下孔传递到机座。 其压下孔底部直接承受轧制力3。 5000 mm中厚板轧机轧制钢板时产生的最大轧制力为67000 kN，峰值达到80000KN。 大型轧机(中厚板轧机)负荷大，其轧制压力可达数千万牛。 缸的直径多受轧机机壳的窗尺寸限制，活塞缸比柱塞缸占地面积大，没有特别要求时，通常采用柱塞缸，缸的直径根据轧机结构允许的条件选择尽可能大的柱塞直径同时，还要考虑主缸柱塞缸径与增压缸设计的合理匹配和密封的经济性。 在设计中，首先根据轧机厚度控制要求、系统控制精度、系统响应性能，确立适当的设计指标，进行轧机压下装置液压系统的优化。6.1建立适当的设计指标板状和板厚是热带钢最重要的两项质量指标。 带钢膨胀允许偏差在士3 um以内，钢板合格率一般在90%以上，膨胀控制精度在士2 um，板状控制精度在0.8%的范围内。 厚度自动控制系统的目的是保证纵向厚度的精度，板状自动控制系统的目的是保证带钢横向厚度的均匀性和良好的直线度。 但是，在一条热轧生产线上，很难同时控制形状和板厚这两个品质指标。 调整压下改变厚度，轧制力发生变化，出口断裂的形状和带钢的直线度，即影响带钢板状的板状控制系统切断弯曲辊调整形状，改变辊缝的形状，影响出口的厚度。 因此，采用液压自动厚度控制(Autanatic Gauge Control) AGC是解决该问题的关键。6.1.1液压AGC性能特性分析随着现代化工业的发展，semes (symac ) AGC技术作为轧制行业的高新技术得到了广泛应用。 所谓Semes AGC技术，实际上是稀油和油脂(通常称为干油)的联合液压伺服动力机构，通过液压控制系统和计算机自动控制系统的协调，完成伴随辊间隙的位置控制和轧制状态下的负荷的微量辊间隙调整，车实现纵向厚度的自动控制(参照图5 )Seanes AGC技术是机械、电、液一体化的典型例子，是基于稀薄的AGC技术而改进，与此并行发展的AGC技术，在国内被称为干燥的AGC技术，与稀薄的AGC区别开来。ACC系统包括三个主要部分(1)厚度测定部(2)厚度比较和调整