带材板形的自动控制

1、带材板形的自动控制 带材板形的自动控制带材板形的自动控制 板形自动控制是板带材轧制的核 心控制技术之一，是一项综合技术， 生产中必须通过先进的控制手段与工 艺参数的合理匹配，才能获得理想的 板形。 近年来随着科学技术的不断进 步，先进的板形控制技术不断涌现， 并日臻完善。 板形控制的目的是要轧出横向厚 差均匀和外形平直的板带材。 带材板形的自动控制 一、板形的概念 在直观上是指板带材的平直度， 即浪形、瓢曲、翘曲、折皱或旁弯等 板形缺陷的程度，其实质是指带钢内 部残余应力分布状况，即轧件在宽度 方向变形的均匀程度。 二、板形缺陷常见种类 有：浪形、瓢曲、翘曲、折皱或旁弯 等。 带材板形的自动控

2、制 三、板形控制系统的类型 板形闭环控制系统 板形开环控制系统 板形复合控制系统 板形闭环控制系统 （1）控制原理：通过板形仪及其信号处 理装置获取实际板形信号，计算实际 板形与目标板形的偏差，经板形控制 计算机处理后，将调节信号送到板形 调节机构，由板形调节机构对带钢进 行在线调节，使带钢板形得以纠正。 带材板形的自动控制 （2）组成三部分，即板形检测装置、 控制系统和板形调节系统（执行机构） 板形检测装置板形仪形状针： 获取实际板形信号。 控制系统：由比较环节、板形控制计算 机等构成 输出调节控制信号给板形 调节系统 板形调节系统执行机构：启动、调 节、控制板形 带材板形的自动控制 由于板

3、形控制的实质是对承载辊 缝的控制，因此通过调节有载辊缝的 形状，使其与来料断面形状保持一 致，满足均匀变形条件，使板形平直 凡是可以改变有载辊缝的形状的 轧机部件、装置或工艺参数，均可作 为调节板形的执行机构。 带材板形的自动控制 把轧机上的部件或装置作为执行机构，把轧机上的部件或装置作为执行机构，常 用的有： 液压弯辊装置 双阶梯支撑辊 大凸度支撑辊 变接触长度支撑辊技术 压下装置 轧辊冷却系统 张力卷取机 中间辊可轴向移动的辊系结构：HC系列等 轧辊凸度可变的辊系：CVC、VC、DSR 轧辊交叉辊系：PC 带材板形的自动控制 2. 板形开环控制系统 （1）控制原理：依据轧机参数和原始轧 制

4、条件，用理论计算方法或统计方 法预测出各执行机构的最佳参数， 并把它作为预设定模型，由计算机 进行在线控制。 （2）特点：执行机构一旦设定完毕，在 轧制过程中一般是不随实际轧出带 钢的板形好坏加以调节。 带材板形的自动控制 5.2 带钢板形控制的基本理论 一、板形缺陷的表示方法 波形表示法 相对长度差表示法 张力差表示法 向量表示法 带钢断面形状的多项式表示法 带材板形的自动控制 二、带钢平直条件 板形良好条件 带材板形的自动控制 三、影响有载辊缝因素 轧辊的弹性弯曲 轧辊的弹性压扁 轧辊的热膨胀 轧辊的磨损 轧辊的辊型设计原始凸度的设计 带材板形的自动控制 四、板形的改善（控制）方法 工艺上

5、： （1）方法：采用设定初始辊缝形状、改 变轧制规程（变弯矩控制法）、调整 张力分布以及调整轧辊热凸度等。 （2）特点： 响应速度慢 不能实现在线的即时控制 1.对异常板断面（如局部高度）等缺陷 无法控制 带材板形的自动控制 2. 设备上：前已述 液压弯辊装置 双阶梯支撑辊 大凸度支撑辊 变接触长度支撑辊技术 压下装置 轧辊冷却系统 张力卷取机 中间辊可轴向移动的辊系结构：HC系列 轧辊凸度可变的辊系：CVC、VC、 DSR 轧辊交叉辊系：PC 带材板形的自动控制 从种种板形控制手段来看，目前 各种板形控制技术主要遵循两种技术 思路： 增大有载辊缝凸度可调节范围 增大有载辊缝的横向刚度，减少轧

6、制 对辊缝凸度的影响 带材板形的自动控制 五、板形检测技术与控制 带钢板形检测：由检测设备根据检测 内容获取被测带钢的实际板形曲线 （1）检测设备的类型有：有接触式、非 接触 （2）检测内容分： 测量带钢平直度(纤维长度)，以检测 带钢的显性板形 检测带钢横向张应力的分布，以检测 带钢的隐性板形 带材板形的自动控制 实际检测时： 热轧带钢的板形检测仪要求在高温、 潮湿的恶劣环境中工作，且热轧带钢 是在无（或小）张力下轧制，故采用 非接触式的板形检测仪，以测量带钢 的各纤维长度，检测出其显性板形的 好坏。最常见的是激光板形检测仪， 采用非接触激光测距，直接检测带钢 的显性板形即可。 带材板形的自

7、动控制 冷轧带钢一般采用大张力轧制，而掩盖 了实际的板形缺陷。因此要求板形仪必 须能够检测出带钢的隐性板形，即精确 地检测带钢内部张应力分布，才能及时 通过轧机自动控制系统进行板形调整， 从而保证实际板形的良好。冷轧板形检 测采用最多的是瑞典ABB公司的分段接 触式板形辊。目前西门子公司于20世纪 末开发出一种采用电涡流传感器检测的 SI-FLAT非接触式板形仪，并已在冷轧机 上得到了成功的应用，应用前景广阔 带材板形的自动控制 2. 板形目标曲线的确定 （1）概念 板形目标曲线：指板形控制系统调节带 钢板形(由板形仪测得的 前张应力)应达到的目 标。 板形目标曲线代表了生产者所期望 的实物板

8、形质量，其研究过程经历了三 个发展阶段。 带材板形的自动控制 由于来料情况不同，或是根据客户 的需要，或是根据生产的实际情况，如 裂边、浪形、楔形等，可选择不同的目 标曲线组织生产。板形仪一般可以存贮 近50条目标曲线，供操作人员选择。 目标曲线的选用可分为两个参数： 形状，即目标曲线号 幅值，即曲线正负值的大小。 带材板形的自动控制 3. 板形调控机构的设定计算 （1）概念 设定计算 ：利用数学模型计算出板形调 控机构各相关的调节量，并 输出到执行机构的过程。 设定计算的正确与否将直接影响到 带钢板形质量和轧制稳定性。 带材板形的自动控制 （2）设定计算的给定方法 手动给定：凭经验给定 计算

9、给定：按数学模型计算给定，包 括统计法、表格法、解析 法和数值法4种。 （3）设定计算的控制策略：根据板形调 控手段的数量和各自特点，确定设 定计算调节的先后顺序或称优先 权，以及计算初值和极限值如何选 取。 带材板形的自动控制 优先权选择原则以保证动态调节 的速度和效率为前提 按照响应慢的、灵敏度小的、轧制过 程中不可动态调节的调控手段先调。 轧制过程中对在带材走行过程中不能 调节的手段先调 在板形调控手段中，CVC横移属于 响应慢的、灵敏度小的一类；工作辊弯 辊属于响应快、灵敏度高的一类；中间 辊弯辊介于二者之间；PC角属于动态不 可调的一类。 带材板形的自动控制 设定计算的基本过程：根据

10、各调控手 段的优先权，按照选定的初值，具有 高优先权的先进行计算，对辊缝凸度 进行调节，当调节量达到极限值时， 辊缝凸度尚未达到要求且还有控制手 段可调时，剩余的偏差则由具有次优 先权的调控手段进行调节，依次类 推，直到辊缝凸度达到要求或再没有 调控手段可调为止。 带材板形的自动控制 4. 板形自动控制的实现 实际板形测量曲线减去目标曲线之 差即为板形偏差，板形偏差用于板形控 制部分，根据板形偏差的大小来改变轧 机板形执行机构的调整量及乳化液冷却 喷淋量，调节轧机有载辊缝形状，使实 测板形趋近于目标曲线，而达到板形控 制的目的。 eg.某六辊冷轧机的板形控制系统 带材板形的自动控制 5.3 带

11、钢板形前馈（开环）控制带钢板形前馈（开环）控制 一、功能 应用前提：在实际轧制时，由于： 轧件在其不同位置其厚度总有一定的偏 差，为保证出口带材的厚度恒定而启动 厚度自动控制系统 P波动 轧辊弹 性变形变化 辊缝形状变化影响带 材的板形 热轧来料的温度在不同的位置有一定的 偏差轧辊的热凸度波动辊缝形状变 化影响到带材的板形 带材板形的自动控制 2. 功能：设定最佳参数，通过对轧制工 艺参数的实时测量而相应建立的板形 控制系统，即为板形前馈控制，该系 统主动干预板形控制，提高板形控制 的精度水平和响应速度，以提高带钢 的实际板形。 板形前馈控制时，热轧的工艺参 数主要包括轧制力和带钢初始温度 （

12、影响轧辊热凸度），而对于冷轧来 说，主要是轧制力。 带材板形的自动控制 二、热轧的温度和轧制力前馈控制 调控方式 现代热连轧机调节板形的手段有弯 辊、窜辊、轧辊交叉等多种，但在一 根带材的轧制过程中可以动态调节板 形的手段一般只有弯辊，因此热轧前 馈控制的输出量一般是弯辊力的变化 值。 带材板形的自动控制 2. 前馈控制量的计算：即弯辊力调节量 的计算 思路：热轧时，在热凸度、弹性弯曲 及弯辊力作用下，带材凸度的变化量 为： 而板形前馈控制的目的是在轧制 力和热凸度变化时带材凸度不发生变 化，则有C=0 弯辊力的调节量为 trt pF PF CKC KK Ftrt p P FKKC K 带材板

13、形的自动控制 三、冷轧的轧制力前馈控制 调控方式：压下系统、张力、弯辊、 窜辊、轧辊交叉等多种。 前馈控制量的计算： 思路：采用与设定计算相类似的方法。 首先用最小二乘拟合法得到板形调控手 段对轧制力变化的前馈调节比例系数 F ，即 ffff 0 F n 2 ff i= 0 n p i eiei ei 带材板形的自动控制 其次依轧制力变化的大小计算各控制手 段的前馈控制量F=FPg ，再根 据各调控手段的补偿优先次序进行剩余 偏差的调节。 带材板形的自动控制 5.4 带钢板形反馈控制带钢板形反馈控制 一、闭环反馈控制的功能 板形闭环反馈控制的目的是为了消除 板形实测值与板形目标曲线之间的偏差。

14、 该控制系统包含了板形测量装置 、控制器 和执行机构。投入闭环反馈控制的前提条 件是有准确的板形实测信号，而控制器是 板形控制的重要组成部分，其控制精度， 直接影响到实物板形的质量。 带材板形的自动控制 热连轧机的闭环反馈控制，主要是根 据精轧出口处的板形测量仪的实测结 果，反馈调整最后一个或几个机架的 弯辊力，达到保证带钢平直的目的。 冷连轧机的闭环反馈控制，一般在最 末机架安装板形测量辊，与最末机架 形成闭环反馈。有的轧机在第一机架 也装有板形测量辊和闭环反馈系统。 带材板形的自动控制 二、反馈控制策略：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。 反馈

15、控制策略总体上可以分为两 大类，即接力方式与分配方式。 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。 带材板形的自动控制 1. 接力方式 （1）接力方式思路：首先确定控制层 次，一般分为一次偏差、二次偏差和高 次偏差控制3个层次。在每个控制层次之 中，如果有不止一个调控手段，则根据 各调控手段的优先权，对具有高优先权 的先进行调节。 带材板形的自动控制 （2）优先权的选择原则： 控制层次的选择： 第一层次：倾斜 第二层次：工作辊弯辊、中间辊弯 辊、CVC横移 第三层次：分区冷却。 同一层次中各调控手段优先权的选取， 按照响应快的、灵敏度大的调控

16、手段 先调的原则。 与设定计算时的原则 正好相反，以保证控制的响应速度 带材板形的自动控制 （3） 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。 带材板形的自动控制 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

17、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。 带材板形的自动控制 （4）接力方式的特点 ：类似于数据传 输里的串行方式。 2. 分配方式 （1）内容： 按照某种分配方式将板形偏差分配到 各个调控手段上 分别计算各个调控手段的调节量。 如果有两种或两种以上的板形调 控手段的效果相似，在控制时各个调 控手段仍可同时动作。 带材板形的自动控制 （2）特点：类似于数据传输里的并行方 式。 （3）分配方式的控制策略：主要有三种 比例分配法 XO点法 登山搜索法等 带材板形的自动控制 三、反馈控制的计算模型 板形测量信号一般都是离散的信号。 其计算模型有多种，其中主要的有