冷轧计算机控制系统

冷轧计算机控制系统冷连轧生产工艺的发展是以装备、电子和控制等技术成就为基础的，特别是它的控制和调节已经不是人力所能胜任的，因此要进一步提高产量和质量，只有依赖于计算机自动控制才能实现。轧机系统是一个多输入多输出的非线性时变系统，每一个工艺参数就是一个复杂、多变的子系统，它们彼此又是互相联系、互相制约的，并且在随时变化之中计算机控制的基本任务是：根据工艺目标和变化的实际情况确定最佳的工艺控制参数值，即最佳化设定计算；按照设定值对生产过程进行实时的控制和调节。

11.冷轧工艺对计算机控制的要求

冷轧生产要求计算机除了具备常规轧制的工艺参数设定、厚度自动控制和多种自动操作等功能外，还必须解决好焊缝检测与跟踪，也就是要求计算机应具有更多的控制功能和更高的控制精度。2生产过程控制的数学模型化，即可以用数学模型公式来描述生产过程中各个工艺参数的定量关系，而且具有自适应自学习功能，使得模型的设定计算精度更接近不断变化的实际过程。生产过程各种操作和调节的高度自动化。除了上料、卸卷、穿带和甩尾等操作要求自动化外，工艺参数调节和质量控制也要在计算机的直接控制下工作。计算机既要按一定程序进行工艺控制，又要在操作人员监视下工作，必要时还要接受干预的指令。系统要有广泛的数据交换，既有足够的数据显示和图像显示，又有过程控制终端进行人机对话。计算机过程控制的高度实时性、精确性和可靠性，要求系统在毫秒级响应、按时序节拍无误地工作。32.厚度控制技术

•厚度精度指纵向厚度的精度和横向的精度。纵向厚度的精确度主要取决于有载辊缝的大小。•横向厚度的精确度主要取决于有载辊缝的形状。

厚度是板带钢最主要尺寸质量指标之一，厚度自控是现代板带生产中不可缺少的重要组成部分4

轧机刚度系数K＝tgα=∆P/∆fkg/mmK物理意义：当轧机产生单位弹性变形时所需施加的负载量。（1）典型图示S0’：原始空载辊缝

f：轧机弹性变形量HhP∆P

∆f

P

S0’h

α

f

gklS0f

P

2.1P－h图的建立2.1.1.1弹性曲线－－表示轧机弹性变形与轧制力间关系曲线5对应弹跳方程：

P0：预压靠力

S0’：原始空载辊缝

S0：考虑预压变形时的(相当)空载辊缝S：压力为0时辊缝指示器读数

（2）考虑预压变形时弹性曲线

l’

P

SS0’S人工零位

S0

S0

hf=(P-P0)/k

h（f）

g

k

l

k’

0

P0

压缩

拉伸

f

f’

α

gkl与0k’l’对称gf＝0f’=S

0f=S0’+S＝S0

HhP=P0辊缝指示器0xxx62.1.1.2塑性曲线当B、H、R、…….均一定时,可认为P随h而变

定义：件塑性刚度系数

h3h1h2H(H)h∆hi

∆Pi

P

β72.1.1.3弹－塑性曲线（P－H图）为了讨论方便，弹、塑性曲线均用直线代替：

（1）不考虑预压变形时P－H图PP0S0βH(H)hh

α

对应弹跳方程基本形式：

S0：将曲线以直线取代时的（假定）空载辊缝K：轧机刚度系数8

可较直观地分析H、h、P以及S0等参数关系，是弹跳方程和塑性方程联解的一种图解形式；直观地反映了轧制条件和轧机刚度对h的影响，并能对轧机操作调整进行分析，是厚控的基础。

S0

(P-P0)/kH(H)hh

P

P0

0

P

β

αC—等厚线弹跳方程：

h：出口厚度

S0：考虑预压变形时的(相当)空载辊缝P0：预压靠力P：轧制压力K：轧机刚度系数（2）考虑预压变形时P－H图92.2厚度变化原因及特点（规律）

2.2.1厚度差（h↕）类型：

（1）头部厚度偏差：主要原因：空载辊缝设置不当；来料参数↕时未能及时调整S0

；件厚

设定值

件长

1231‘2‘3‘（2）同板厚差（纵向厚差）：主要原因：是P↕→使辊缝S0不变的情况下h↕

102.2.2厚度变化主要原因及特点

（1）影响K的因素

K：当轧机产生单位弹性变形时所需施加的负载量

K＝f（P、B、V、辊材质、凸度、D工与D支接触状态…..）一般认为：在一定轧机上对一定产品B，可认为K不变0S0h2h1Hh(H)

K1

K2>K1

K2P

K↑→有利轧更薄

目前一般K>500～600t/mm

11（2）影响S0的因素

S0

决定轧机弹跳起始位置，包含：

压下位置↕→即S0↕→h↕；

轧机部件热胀、辊磨损、偏心→S0↕→h↕；

0S2S1S3h2h1h3Hh(H)

P

12（3）影响P的因素←轧件及工艺方面原因1）轧件温度、成分、组织性能不均等

T2ْC<Tْ1C

h2>h1

0S0h1h2Hh(H)

P

1

2

P1P2热轧TْC↕－－TْC↓→σ↑（K↑）→P↑→P/K↑→h↑

σ2>σ1

0S0h1h2Hh(H)

h2>h1

P

2

1

P2

P1

冷轧－－σ↑（K↑）→P↑→P/K↑→h↑

13V2>V1（f2<f1）

0S0h2h1Hh(H)

P

2

1

h2<h1

P1P2冷轧V↕→f↕→P↕→S↕→h↕

→油膜厚度↕→P↕→S↕→h↕

V↑→f↓→σ↓→P↓→P/K↓→S↓→h↓

2）速度变化－－通过f、油膜厚度、变形抗力等起作用

P

V2>V1

0S0h2h1Hh(H)

h2<h1

1

2

油膜厚度↑

P2P1热轧辊速V↕较大时油膜厚度↕→S↕→h↕

V↑→油膜厚度↑→S↓→∆h↑→h↓

SS↓V↑

14

3）张力变化－－通过Qp、K起作用

例：穿带、抛钢时，带钢头、尾张力是突然↑or消失的

1

0S0h2h1Hh(H)

h2<h1

2

q2>q1

P

P1P2带张力时的轧制力

入口、出口张力因子

m1取0.5～0.667、m2取0.335～0.5）

q↕→Qp↕、K↕→P↕→头尾出现两个厚度增大区→↑切损15

4）坯料尺寸变化0S0h1h2H1H2h(H)

H2>H1

h2>h1

2

1

P

P2P1

通过预设定可使h↕大大↓，且轧机K↑→越易消除H↕的影响→↑h精度

B↕、H↕→∆h↕→P↕→P/K↕→S↕→h↕

H↑→∆h↑→P↑→P/K↑→S↑→h↑

162.3厚度控制方法

厚度控制是通过测厚仪or传感器（如辊缝仪、压头等）对带钢实际轧出厚度h连续进行测量，并据实测值与给定值相比较后的偏差信号，借助控制回路和装置or计算机的功能程序，改变压下位置S、张力or速度，把厚度控制在允许偏差范围内。实现厚度的系统－－AGC按厚度调节方式不同分－－反馈式、厚度计式、前馈式、张力、液压式等

172.3.1调压下－－调厚

2.3.1.1用测厚仪测厚的反馈式厚控系统(1）控制方法

已知：M、K、h实测：h*→δh→求δS厚度差运算

厚控装置

执行机构

δSh*hδh

测厚仪

L

18称“压下有效系数”or辊缝传递系数

称“放大系数由几何关系：

T2>T1h2<h1

S2>S10S1S2h2h1Hh(H)

e

f

g

i

α

δS

δh

δP

P1

P2Pβ

T2T1C例：当来料温度TْC↑时→h↓控制措施－－调压下－－↑S

19δSδh（2）特点讨论：压下效率低M大、K小时→C小δSδhδhM小→C大δSδh20

P↕→对板形不利，不适合精调；

存在时间滞后；δSδhPP2P1执行机构

δSh*hδh

测厚仪

L

厚度差运算

厚控装置212.3.1.2厚度计式（GM－AGC、P－AGC）

把整个机架作为测厚仪，在P发生↕时自动快速调整辊缝。

（1）控制方法

实测：P*、S*－－通过弹跳方程计算任何时刻h*

=S*+P*/K→δh→调δS

执行机构

δSh*δh

L

h++h*P*S*22T2>T1h2<h1

S2>S10S1S2h2h1Hh(H)

e

f

g

i

α

δS

δh

δP

P1

P2Pβ

T2T1h*P*S*+同理：

23

对压下机构的电气、机械系统及计算机程序运行等的滞后仍不能消除；（2）特点讨论克服了传递时间的滞后→↑灵敏度；h*P*S*+δ：辊热膨胀、磨损补偿

G：油漠厚度补偿

间接测厚，精度不高，要进行补偿；24δHi*

δSiHiHi*

i架

L

（1）控制方法：测Hi*δHi*

前馈送信号给第i架,提前调整压下δSi

2.3.1.3前馈式－－主要用于H↕时的控制250S2S1h1h2H1H2

h(H)δS

δhδHabcdg12P1

P2Pα

β

H2>H1h2>h1S2<S1由几何关系：

例－－当H↑→h↑控制措施－－可↓S

26（2）特点讨论克服了反馈时间滞后问题；

轧机对来料有自动纠偏能力,M↑→纠偏能力↑

属开环控制，控制精度不高：δHi*

δSiHiHi*

i架

L

272.3.2调张力AGC0S0h1h2H1H2

h(H)δhδHg23PPα

β

H2>H1h2>h1Q3>Q21利用前后张力来改变轧件塑性曲线斜率

厚控（1）控制方法实测h*δh据厚差值调节轧机速度调活套机构给定转矩由弹跳方程增量形式：

压力方程增量形式:

当时：

28（2）特点讨论

控制中可使P保持不变；惯性小、反映快、稳定、精度高；控制效果受限制；0S0h1h2H1H2

h(H)δhδHg23PPα

β

H2>H1h2>h1Q3<Q21一般应用于：冷轧末架←M大、辊压扁严重时；热轧h较小时←与调压下配；292.3.3调速度－－调厚AGC

因为：V↕→Q↕、TْC↕、f↕….→P↕→P/K↕→h↕

典型的：热连轧加速轧制→↓头尾温差→↓纵向厚差

据实际情况不同，可采用不同的厚控方式，往往多种厚控方法相结合

M不太大、δh↕大时→调压下为主

M较大、δh↕较小时→调张力为主几个厚控方程：302.4秒流量AGC（或物流AGC、质量流AGC）秒流量液压AGC的关键是精确测量辊缝中的带钥厚度。该方法是将进入辊缝的带钢通过安装在轧机入口的数字式光电码盘分成等长度的区段(50～80mm)，然后通过入口测厚仪和安装在出口的数字式光电码盘分别测出每段的轧前厚度和轧后长度。根据金属秒流量相等的原理，就可以计算出每段的实际轧出厚度。设入口测厚仪测量的每段带钢厚度为H，通过计算机移位贮存，然后在该段离开辊缝时取出，轧前的带钢长度L由入口光电码盘测出,与此同时，该段轧后的长度l31由出口光电码盘测出。根据金属秒流星相等的原理(忽略宽展)，使可以计算出该段带钢的实际轧出厚度h为：秒流量AGC带钢厚度测量原理32H——入口段带钢厚度；h——出口段带钢厚度；L、l——入、出口段带钢长度；——入口带钢速度；——出口带钢速度。或33厚控系统的取样、信息存贮移位、数据输出、计算和控制周期的控制(此处的周期为长度，不是时间)都由入口光电码盘控制。假若光电码盘的脉冲数为20000个／m，则50mm带钢长度便对应于1000个脉冲。当入口光电码盘脉冲记数由0达到1000时，便自动发出指令，执行上述功能，然后再接着开始下一次的脉冲记数。2.5现代液压压下系统的—般结构现代化液压压下系统的加速度能达到500mm/s2，加速和减速时间只几十毫秒。加速大约在10ms的空载之后开始，8ms后能使最大速度达到4mm／s，再经17ms的匀速调节之后便开始减速，经8ms后可使压下系统制动。液压压下调节移动100μm总共需要43ms，如果调节距离再小一些，以匀速移动，其调节时间会更短些。34伺服阀既是定位器，又是对实际压下位置进行反馈的位置传感器。被加速的物质是液压缸内的油。500mm／s2以上的加速度是通过液压缸内的工作压力和蓄势器压力之间的压力差来实现的。压下位置的测量是直接在液压缸上进行，滞后现象便被消除掉了。

液压厚度控制系统35为了防止因液压缸倾斜而出现测量误差，将两个压下位置传感器以1800错开排列方式进行安装。因此送给位置控制系统的实际位置值，便是两个位置传感器所测结果的平均值。伺服放大器用于确定实际位置与目标位置(给定位置)的偏差，然后将此偏差信号直接送给伺服阀的功率放大器，经伺服阀去调节流入液压缸的油量，使之增加或减少，以便实现压下位置的改变。在轧制过程中，液压缸上有490．35kPa的稳定压力作用在活塞杆上。液压缸是密封的，以防空气进入缸盖里。在高达21．58MPa的工作压力下，没有密封不足的问题。如果从工作端到活塞杆末端间有渗油，可以通过490.35kPa的液压系统排出。轧机的传动侧和操作侧都装有单独的位置控制回路，按给定位置的目标值进行控制．保证两边轧辊平行工作。速度同步一般是由外加的同步控制器来保证。36

液压系统的油箱、系统内的和系统与轧机之间的连接管线都用不锈钢制造。低压区过渡器网眼的尺寸为3μm，高压区的挡栅过滤器网眼尺寸为25μm，通过它们来保证循环油所必需的纯度。当采用了这些措施之后，伺服阀工作几年也不需更换一次。373.冷轧板形控制冷轧以控制带材平直度为核心；辊径/辊身长比值→小辊径化→降低轧制力；复合板形的控制以反馈控制为主，连轧机以末架控制为主热轧板形对冷轧的影响和遗传因素383.1工作辊直径与板形缺陷发生特点393.2板形控制系统的执行机构1轧辊倾斜2弯辊A力作用在辊颈上B力作用在辊身上3轧辊横移A中间辊横移BCVC辊横移4影响辊型A通过冷却水B通过内压401液压压下

2工作辊横移

3工作辊弯辊

4HS

5精细冷却CVC-4轧机

的结构特点3.3冷轧机的主要机型411工作辊弯辊2HS3中间辊弯辊4中间辊横移5液压压下6精细冷却CVC-6轧机

的结构特点42BUR传动的4辊轧机1工作辊轴向移动2HS3WRB4支撑辊传动5液压压下6精细冷却436辊CVC轧机的轧辊水平稳定化装置44冷却水精细冷却精细冷

却系统

的喷射

装置45精细冷

却系统

的喷射

装置46冷却水精细冷却的状态47HC轧机的原理48UCM轧机的特征49UCM轧机的特点边部有效各宽度预设定控制中部有效IMRB效果对带钢各部均有效IMRS效果WRB效果仅仅UCM轧机可以对负荷波形实现灵活的凸度控制4辊轧机不可能UCM轧机的效果带钢宽度挠度M型M型W型W型50UCM轧机的特征51UCM轧机的调整52UCM轧机的调整533.4.1四辊轧机的板形控制方案压下水平调整位置控制回路液压压下初始设定横移位置量位置控制回路WR横移初始设定弯辊调整量压力控制回路WRB基本冷却精细冷却值偏差类型数学分析控制变量计算基本曲线测量值处理设定特性3.4冷轧板形控制系统543.4.2六

辊轧机板形自动控制系统553.4.3板形基本曲线的确定原则生产者期望的板形质量：平直或一定大小的浪形→转换成与板形仪检测结果含义相同、计算机能识别的张应力值（包括后续工序的要求）补偿或消除板形仪实测信号中的非板形信号：带材横向温度分布、测量辊的挠曲、卷取机轴线偏斜、带卷外廓凸度、带材边缘对最外侧测量区覆盖不完全、设备安装和磨损产生的位置偏差等造成的附加应力56板形基本曲线的举例-ABBFt(x)=(K/100)×(A0+A2x2+A4x4+A8x8)K----目标曲线的幅值百分比系数A0、A2、A4、A8----系数x----无量纲宽度，取值范围－1.0~＋1.0A2、A4、A8由工艺确定；A0由下式确定：573.4.4反馈控