轧机过程控制

1、2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制冷连轧过程控制2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧自动化冷连轧自动化1 冷连轧控制系统特点2 冷连轧的三级控制系统介绍3 冷轧机的过程控制2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流1 冷连轧控制系统特点冷连轧控制系统特点 冷连轧带钢生产包括：酸洗、冷轧、脱脂、退火、平整、精整、镀涂层等多个生产工序，它是冶金、机械、材料、化学、控制、计算机等多学科技术的综合，是轧钢领域生产效率最高、自动化控制最完善的生产

2、部门，代表了轧钢技术的最高水平。 高响应、多变量、非线性、强耦合高响应、多变量、非线性、强耦合2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流1 冷连轧控制系统特点冷连轧控制系统特点 厚控相关新技术：多AGC系统，FGC系统 板形控制新技术：CVC, PC, HC, UC.新轧机 计算机控制技术：3 级计算机控制系统 其它：检测仪表，边部减薄控制，新型卷取机2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流2 冷连轧三级控制系统冷连轧三级控制系统冷连轧机组三级计算机控制系统：一级：直接数字控制级（DDC）二级：过程控制级（S

3、CC）三级：生产控制级（PCC）网络：工业以太网和环网组成数据传输网络传输速度为100Mbps/1Gbps，通过网络系统三级计算机联为一体。 2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流2 冷连轧三级控制系统冷连轧三级控制系统2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流2 冷连轧三级控制系统冷连轧三级控制系统一级计算机：一级计算机：直接数字控制级(DDC) AGCAGC、AFCAFC、ATCATC、APCAPC、FGCFGC二级计算机：二级计算机：过程控制级(SCC) 一般由服务器(在线，热备用)、工作站、若干台P

4、C组成，采用以太网联接。二级机与一级机通过光纤通讯。二级计算机主要功能包括：工艺参数设定计算、自适应学习、带钢跟踪、数据采集与交换、HMI监控、生产数据收集与分析。三级计算机：三级计算机：生产控制级(PCC) 由若干台PC机组成，通过以太网进行数据传送，完成生产计划编制、合同安排、初始带钢数据处理、向二级计算机提供设定计算参数、轧辊数据处理以及产品质量管理。 2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流2 冷连轧三级控制系统冷连轧三级控制系统 Level-3 生产控制级生产控制级 Level-2 过程控制级过程控制级PC 2LBPOPSPDI 数据传输轧

5、辊数据传输轧机实测数据轧机设定数据操作工干预操作工干预 Level-1 设备控制级设备控制级 AGC AFC FGC APC 工业以太网工业以太网 TCM 设定模型设定模型 轧制规程计算轧制规程计算 设定计算设定计算 模型学习计算模型学习计算 模型数据存储模型数据存储 OPS 数据输出 工程文件输出实测数据获得PC 1 轧机预设定2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制冷连轧过程控制Level 2（1）生产管理（2）生产跟踪（3数据通讯（4）数学模型（5）数据存储与分析（6）操作画面2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流

6、冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制带钢跟踪冷连轧过程控制带钢跟踪跟踪系统大体分两种，一种是钢卷跟踪，它是以一个物理钢卷为对象进行跟踪。另一种是生产过程跟踪，它是以带钢在生产线的生产状态为对象进行跟踪。生产过程跟踪由一级计算机微跟踪和二级计算机宏跟踪组成。二级计算机基于一级计算机发送的事件信号进行宏跟踪，控制轧机的生产状态，并在相应时刻触发其它控制功能，如自动设定和数据采集、通讯与交换等功能。 2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制数据采集冷连轧过程控制数据采集一级计算机在冷连轧过程中对实际数据进行采样，对生产设备

7、的实际数据进行收集和存储。这些数据包括：（1）轧制结果数据；如轧制速度、轧制力、辊缝、张力等。（2）生产结果数据；如钢卷长度、直径、重量、生产日期等。（3）设备消耗信息；如乳化液和轧辊的相关信息。（4）质量控制信息；带钢厚度、带钢板形等。数据收集有两种方式：周期性采样和根据事件收集数据。周期性采样可按轧制带钢的一定长度或一定时间间隔进行。 2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制冷连轧过程控制HMI2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制冷连轧过程控制HMI2010-5-

8、5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制冷连轧过程控制HMI2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制（数学模型）冷连轧过程控制（数学模型）轧制规程计算设定计算自适应学习 2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制（数学模型）冷连轧过程控制（数学模型）冷轧变形区构成冷轧变形区构成 kout 出口变形抗力 Feout 弹性恢复区轧制力 Fp塑性区轧制力 Fein : 弹性压缩区轧制力 kin 入口变形抗力hin入口厚度tin入口张

9、力hPin 塑性入口厚度hPout 塑性出口厚度hout出口厚度tout出口张力塑性区弹性恢复区弹性压缩区 km : 平均变形抗力2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制（数学模型）冷连轧过程控制（数学模型）变形抗力模型前滑模型轧制力模型轧制力矩模型功率模型辊缝模型轧机模量等等等等2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制（数学模型）冷连轧过程控制（数学模型）将负荷函数统一设为：将负荷函数统一设为：根据负荷成比例原则：根据负荷成比例原则： 建立负荷分配非线性建立负荷分配非线

10、性方程组方程组：),(1iiihhfpnnpppp:.:.:3213210),(21122101pphhhf.0),(32233212pphhhf0),(11121nnnnnnnnpphhhf2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制（数学模型）冷连轧过程控制（数学模型）迭代收敛计算压下规程功率平衡模式 轧制力平衡模式从#1std.到#5std.进行迭代计算压下率平衡模式 压下率和功率平衡模式压下率和轧制力平衡模式从#2std.到#4std.进行迭代计算压下率和压下率平衡模式 毛辊轧制模式从#1std.到#4std. (功率)以及#5

11、std. (轧制力)进行迭代计算迭代计算开始机架间带钢厚度厚度修正值目标负荷分配比更新迭代计算错误修正功能开关 ON 收敛检查 OK每一机架压下率每一机架轧制力每一机架电机功率机架间带钢厚度收敛结果机架间带钢厚度最终结果机架间带钢厚度模型计算Newton-Raphson 法迭代计算压下规程修正功能2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制（数学模型）冷连轧过程控制（数学模型）迭代计算压下规程迭代计算压下规程1234目标厚度张力极限电机功率极限轧制力矩极限轧制速度极限压下率极限轧制力极限迭代计算2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧

12、技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制（数学模型）冷连轧过程控制（数学模型）设定计算（1）轧辊辊缝（2）穿带速度（3）最大稳态速度（4）弯辊力（5）前后单位张力（6）各道次轧制厚度（7）前、后滑值（8）轧制力值（9）带钢宽度（10）轧辊横移位置（11）AGC控制参数（轧机模数、带钢模数、控制增益等）（12）AFC控制参数（目标控制板形、板形影响系数，控制增益等）（13）FGC控制参数（14）其它参数2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制（数学模型）冷连轧过程控制（数学模型）张力设定 带钢前后单位张力值根据带钢

13、的钢种、厚度和道次在层别表内查找。总张力由单位张力与各道次带钢面积之积确定。2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制（数学模型）冷连轧过程控制（数学模型）速度设定（1）穿带速度由设备常数确定。（2）稳态轧制速度初值由设备最大轧制速度确定，并在模型计算过程中对电机功率和轧制转数进行极限检查，超限则对最大轧制速度进行修正。（3）带钢出口速度确定后，根据前滑模型计算值，得到轧辊速度。2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流32145S1BS2BS3BS4BS5BS1AS2AS3AS4AS5AS1

14、T1S1AS2T2S2AS3T3S3AS4T4S4AS5AVR4BVR1BVR2BVR3BVR5BVR1AVR2AVR3AVR4AVR5AVR1T1VR1T2VR1T3VR1T4VR2T2VR2T3VR2T4VR3T3VR3T4VR4T4T1BT2BT3BT4BT5BT0Bh0BT1A T2AT3AT4AT5AT0A辊缝轧辊速度总张力厚度h1Bh2Bh3Bh4Bh5Bh1Ah2Ah3Ah4Ah5Ah0AFGC (Flying Gauge Change)特点： 不停机改变产品规格改变轧件厚度改变轧件宽度需要调整的参数：各架辊缝各架速度3 冷连轧过程控制（数学模型）冷连轧过程控制（数学模型）201

15、0-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制（数学模型）冷连轧过程控制（数学模型）模型自适应学习的目的模型自适应学习的目的数学模型是一组描述生产工艺操作与控制规律的方程。冷连轧的数学模型是轧制理论、控制理论与实践经验的产物，是近似的理论模型，需要不断的修正提高精度。数学模型学习的策略和任务就是通过比较计算机系统收集的实际数据与模型设定计算值之间的差异，反映出理论与实际的差别，以不断修正数学模型方程系数的方法，使数学模型逐步求精，逼近当前生产轧制的实际，从而使冷连轧机的过程控制系统获得更高的设定精度。 2010-5-5冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流冷连轧过程控制京唐极薄酸轧技术交流3 冷连轧过程控制（数学模型）冷连轧过程控制（数学模型）自动自动高速实测值收集更新学习