冶金机械自动化-5

1,（6）对每一道次，已知轧入厚度hi-1、轧制厚度hi、速度vi及该机架的工作辊半径Ri后，即可用下列公式计算出有关中间变量：,2,（7）已知第i架的变形温度T、变形速度u、变形程度后即可用变形阻力计算出各钢种的变形阻力值，或计算基准钢（K）值以及本钢种的钢种系数。,（8）用应力状态公式计算n，而n公式中l/hn参数需要首先算出考虑压扁后的l，而l又需先知道值n，这就造成了n和l互相依赖的关系。实际计算时，一般l的初始值采用l，然后计算得到n、P后再计算l，反复迭代多次后求得l和n的精确值。（9）在已知l、n和K值，以及按所轧钢种确定钢种系数Kg后，即可算出轧制力值。,3,（10）根据轧制力可计算出弹跳量，并计算出空载辊缝S0i。油膜厚度Oi=f（v），可根据实验所得的曲线确定。,框图中的（6）（10）项，每个机架计算一次共计算n次（n为连轧机组的机架数）。图5-3只表示了设定模型计算原理框图，不是编制程序所用的细框图，因此只是表示了大致的控制思想，各有关公式已在前面介绍过，这里不再重复。,4,二、设定模型执行时序,精轧设定的时序为：（1）第一次设定计算，可以用安装在粗轧机组后的测温仪取得的粗轧机出口带钢的实测温度来预计带钢到达精轧机入口处的温度，并利用测厚仪，测宽仪所测得得厚度及宽度进行计算。这样，由于用了实测参数而提高了精度，同时也达到提前对精轧机组进行调整的目的。,5,（2）第二次设定计算在轧件到达中间辊道中间偏后位置时进行。此时，根据轧件到达此位置时的实际运行时间与一次设定计算时预计的运行时间之差是否在允许范围之内（如果时间差太大，则一次设定的精轧机组入口和各机架温度将不准确），决定是否需要按实际时间来重新计算带钢精轧机组的入口温度和进行所有参数的二次设定计算（当精轧机组咬入条件不具备时，带坯将在E辊道上游荡等待，每游荡一次就需进行一次、二次设定计算）。,6,（3）经过以上两次（或多次）设定，虽然采用了本块料的实测参数进行计算，但轧制力预报精度尚不能完全保证，这是由于：第一，轧件表面温度与内部温度不均匀引起实测温度的偏差；第二，各块带钢的化学成分的偏差更无法在线识别。为了考虑这些不可预估的条件变化，近年来精轧机设定控制又增加了动态设定内容，即在轧件咬入精轧头二三机架后，根据实测信息对后面机架再调整。这一功能可称为动态设定，它使轧机预报精度大大提高。此外，当轧件全部轧入精轧机组后，根据实测数据为下一块料进行模型系数自学习，通过学习可显著提高设定模型的精度。,7,第四节设定模型系数自学习,一、指数平滑法单纯依靠设定模型本身来实现计算机控制，其预报精度是有限的。影响模型精度的主要因数有：1、测量误差为了进行设定计算，需要测取带坯有关参数的实际值，如粗轧出口侧的厚度，温度及各机架的轧制力、轧制速度等。由于检测仪表都存在一定的测量误差，因此设定模型中已知参数也存在误差，这样影响预报精度。,8,2、系统特性的变化模型的建立，特别是模型系数的定量化，需要通过大量实测数据的统计处理才能实现，数据少了，不能保证精度（因为测量仪表存在误差），数据多了，又产生新的问题，即如何保证大量数据的环境条件相同。以轧制力为例，为了建立轧制力模型，往往需要测量几千个钢卷的数据，但在此期间，实际的轧制状态并不是始终不变的，例如轧辊磨损和更换。现代带钢热连轧机约每隔4h（能轧制一百多条带钢）更换一对新辊。轧辊表面状态在新辊时和快要换辊时总是不同的，它将对轧制力产生影响。又如热连轧机轧辊与高温带钢相接触，辊温将逐渐升高，到一定值时才平衡，而机架间用的冷却水的水温和水量的波动又将不断的影响此热平衡状态，包括周围的温度在内，可以说，轧机的状态在不断变化着的。这些因素单独起不到多大的作用，但从整体上看，则能使轧机状态发生变化。因此，用长时间测量的数据建立起来的模型必然带来平均的性质，用此带有平均性质的模型来预报每一块处于特定条件下的带钢轧制力时，必然要存在一定的偏差，例如图5-4中压力回归曲线对新辊和旧辊状态下的轧制力预报都将存在误差。,9,图5-4,10,根据系统状态的变化，不断利用实时信息进行模型参数的修正，以保证模型的精度，这种功能称为自学习功能。数学模型一般可用下式表示：,11,系统状态的变化用系数B来反映，即系统的状态产生变化时，可对模型中系数B作相应的修正计算以适应系统特性的变化。为此，可应用与当前临近的实测数据，根据（5-24）或式（5-25）反算出B，此值即表示临近时刻的系统状态。如果用来求B的临近数据没有误差，则将此新求得的值用于下块钢的预报。由于采用了接近实际环境的B值而使模型更符合实际环境条件，提高了模型预报精度。但考虑到临近的实测数据必然存在测量误差，如果取另一极端，即测量误差非常大，甚至完全测错了，则很明显就不应该用此临近实测数据取修正B值，否则必然会降低模型预报精度。一般情况是，临近实测数据有测量误差，但不很大，因此可用临近实测数据反推算出的B值的部分信息来校正模型。,12,其具体方法用如下列指数平滑递推公式进行学习：,13,式（5-26）的意义是，在进行第N次设定时，用第N-1次的实测数据B*N-1及原先对B的估计BN-1，按式（5-26）算出BN，用此预报的BN值来进行第N次的设定，在进行第N次设定后，当轧件进入精轧机组后，即可获得第N次的实测数据值B*N与BN的差别，表示了模型存在的误差系统状态的变化。考虑到B*N实际上是反映系统特性的即时状态，为提高模型精度，可以利用获得的新信息的部分值对BN进行修正，得到用于N+1根钢B参数的预报B*N+1。由于所得到得第N次实测值B*N反映了当前的系统状态，这样每进行一次学习计算，可使模型不断适应系统的状态变化情况，从而使模型精度不断提高。由于BN中包括（B*N-1-BN-1）的信息，而BN-1又包括了（B*N-2-BN-2）的信息，因此可以说BN+1中包括（B*N-BN）、（B*N-1-BN-1）、（B*N-2-BN-2）、（B*0-B0）所有的信息，但由于P）。因此使用此法调厚时轧机负荷将增加。从图6-12中还可以看出，如果轧件较硬（当轧合金钢或轧件较薄时，轧件塑性变形线较陡），则移动压下来调厚的效率较低，S值很大时，能消除的h值较小，大部分都转成轧机弹性变形了。,60,对于轧机方面的原因造成的厚差，如是热膨胀等缓慢变化量，则可用相应的压下移动来补偿此实际辊缝值的变化，使轧件厚度不变。对于频繁变化的偏心影响，如是液压压下，则尚可高速地给予补偿，如是电动压下，则不能用来移动压下的方法消除。过去，一般采用在调节系统中设有非灵敏区（死区），使在此频繁小偏差量作用下系统不工作。,近来为了提高板厚精度，倾向于采用液压压下系统，这时利用变刚度控制来消除偏心影响，其实质相当于改变轧机刚度（当量刚度），以保证恒轧制力（见图6-13）,61,（2）利用张力改变轧件塑性线来进行厚度控制,例如，当存在H而产生h时，可用改变张力（改变塑性斜率）来消除此h（见图6-14）。此法有时用于精轧机组的末机架间（此时轧件较薄，压下效率较低），但张力变动范围有限，变动过大容易造成宽度不合格，因此控制效果受到限制。,62,P-H图用于定量分析时，遇到的主要困难是轧件塑性线（轧制力）为一非线性函数。考虑到用P-H图分析厚度控制等问题时所涉及的都是各参量的小变化量，因此，为了便于P-H图用于定量分析，可利用塑性线某工作点的切线来代替塑性线本身，。,工作点不同时则切线也不同（见图6-15），切线和横轴相交角的正切称为塑性线（在此工作点时）的刚度，即塑性刚度Q，以和弹性刚度CP相应,63,如工作点的轧制力为Pa，其相应的轧件轧出厚度为ha，可取某一假想轧出厚度hb，设相应对于hb可从塑性线上取得Pb，则Q值可以计算如下：,64,2.1S和H的关系,（见图6-16）由图可知，当压下移动S时，轧件厚度变化并不是S，而仅仅是h，它们间的关系可推导如下：S=abh=cbtg=CPtg=Q,65,66,过去一般AGC系统根据偏差量h来控制压下系统进行厚度控制，由式（6-6）可知，实际上厚差总是不能完全消除的（即使压下及时移动了h量，轧件厚度变化仍将小于h），因此应该在求得轧件厚度偏差信号h后，通过一比例放大器，使输入控制系统的信号为S，即,67,由于Q决定于轧件具体情况（温度、钢种、厚度等等），因此K值为一变值，需根据具体轧制情况来决定。这一问题只有采用计算机控制才能解决，即由计算机来计算确定AGC系统中的比例放大的增益，这样就使厚度调整精度大为提高。,68,一般情况下，AGC系统是根据反馈原理工作的，即利用直接或间接测厚（间接测厚即用P和辊缝信号，用弹跳方程来测厚），检测出实际轧出厚度h后，同给定值h*相比，求得实际厚度偏差h，并用此偏差信号去控制压下进行厚度控制，使h0。但反馈AGC的主要缺点为，实际调厚的点不是所检测之处存在滞后现象。为了克服这一缺点，在采用计算机控制基础上，可采用预控原理来调厚，即入口测厚仪或用上一机架弹跳方程测出入口厚度H，当它和给定值H*相比有偏差H时，可预先估计出将产生的h值，由此可确定应有的S值（为了消除此h值），然后根据检测点进入轧机的时间，并考虑移动S所需的时间提前进行控制，使控制点即为此检测点。,2、预控AGC的S值确定,69,进行预控调整板厚，需要建立H,h和s之间的关系，三者关系如图所示。,70,H、h和S的关系可推导如下：,71,当然预控属于开环控制，它不能检查效果，控制精度直接决定于预算公式的精度，因此目前一般常采用预控和反馈控制相结合的办法，互相取长补短，以提高总的控制精度。,72,3、S和Q的关系如果来料参数t0、B等波动，将造成Q值有Q波动时，h的变化如图6-18所示。,73,74,忽略h、tg和项，则有,75,3、自动厚度控制系统,自动厚度控制系统利用的基本方程，仍然是弹跳方程。但为了进一步提高精度，需对各种影响间接测厚精度的因素增加补偿措施，方程可写为：,76,其中，O为考虑轧机速度变化使支撑辊的油膜轴承的油膜厚度发生变化，从而对辊缝产生的影响（速度变大，油膜厚度加大，因而使辊缝减小）。油膜轴承的油膜厚度和轧制力大小及轴承的线速度有关，O=f（P，v）的曲线一般用实验的方法直接在现场生产轧机上求得。在前面曾介绍过用压靠法直接在现场生产轧机上求得轧机刚度CP值的方法。为了区分轧机刚度和油膜厚度，一般规定轧机的刚度实验应在轧辊线速度固定在某一数值下进行，在此基础上，进一步求油膜厚度。,77,当采用电动压下时，自动厚度控制系统采用的是位置内环、厚度外环方式（见图719a），由于长期以来热轧厚差精度都在50m以上，对偏心影响往往采用死区回避。现代热连轧机普遍采用全液压压下，其自动厚度控制系统可以采用常规的位置内环、厚度外环方式，或采用单恒轧制力环（见图719b）来消除偏心影响。但单恒轧制力环将放大带钢带来的外扰（来料厚差等），因此一般很少单纯采用轧制力环，而是采用轧制力内环，厚度外环（见图719c）方式。轧制力内环用来消除偏心，而在轧制力内环再加上厚度外环以消除轧件带来的外扰。,78,位置内环、厚度外环和轧制力内环厚度外环的控制算法不同。,图6-19自动厚度控制a位置内环、厚度外环；b恒轧制力环；c轧制力内环、厚度外环,3.1厚度锁定方式,（1）绝对方法以设定厚度为目标，计算间接实测厚度与目标值比较，使实测值与目标值一致。若头部厚度与目标值相差太大，会造成压下系统负荷过重或带钢头尾厚差。（2）相对方法不论带钢头部温度是否符合要求，以头部的实际厚度为基准来控制整个长度上的带钢厚度。厚度均匀，但厚度未必和目标厚度一致。,79,3.2厚度控制方法,厚度控制的最终动作是控制压下量其中位置环设定的辊缝未知量；消除厚差调节量；由利用实测轧制力和辊缝值间接获得。,80,轧制力内环、厚度外环,此方式控制的轧制力，厚度环输出的是轧制力：其中为初始设定轧制力的值；消除厚差所用的调节值。的确定：（1）轧辊偏心时采用恒轧制力，通过调节压下量消除厚差，该值为零。（2）板坯厚度变化时：,81,（3）板坯温度变化时将会同时导致板厚和轧制力变化：为消除板厚差需要压下为压下引起的压力变化为,82,轧制力设定值,因此对于后面两种情况轧制力的设定值为：上面式中分别为轧机弹性刚度系数和轧件塑形刚度系数。,83,3.3预控,根据来料情况，提前确定调整量。对于水印造成的厚差比较有效。由上一机架到本机架的时间：考虑到系统反应延时时间,84,3.4补偿控制,（1）压下调厚，将改变压下率，使前滑值改变，从而改变带钢轧制速度，改变秒流量平衡影响活套的工作。因此压下需要活套补偿。（2）压下调厚，轧制力发生变化，轧辊变形影响带钢断面形状，需要进行版型补偿。（3）改变轧制速度、喷水量时轧制温度发生变化，从而轧制力发生变化，带钢厚度和板形都会发生变化，需要相应的补偿。,85,3.5尾部补偿,当带钢尾部离开第i个机架时，必然导致第i+1个机架上的带钢张力减小，将使轧制力变大，轧制厚度变大，需要进行补偿。采用拉尾方法进行补偿：当带钢尾部离开第i个机架时，加大第i+1和第i+2机架之间的张力，以补偿第i个机架和第i+1个机架之间的张力变化。,86,87,第七章带钢板形自动控制简介,第一节板形的基本概念第二节板形控制的基本思路,88,板形是带钢产品的主要质量指标之一。良好的板形不仅是带钢用户的永恒要求，也是生产过程中保证带钢在各条连续生产线上顺利通行的需要。因此，解决产品板形问题、提高实物板形