内科大材料成型控制工程基础课件09板带材生产过程的自动控制

9板带材生产过程自动控制主讲：李振亮教授———厚度自动控制2本节主要内容：

9.1热轧板带轧制过程控制的基本内容

9.2厚度自动控制39.1热轧板带轧制过程控制的基本内容CSP工艺流程特点CSP工艺自动化过程CSP工艺控制对象4CSP工艺流程特点连铸坯液芯压下顶弯、拉矫液压摆式切头剪均热炉事故飞剪高压水除磷立辊轧边F1-F6精轧层流冷却地下卷取机5■CSP工艺自动化过程6CSP工艺流程自动化过程高压水除磷立辊轧边地下卷取机连铸坯液芯压下液压摆式切头剪均热炉事故飞剪F1-F6精轧层流冷却连铸坯钢坯端口7

厚度自动控制温度自动控制板形自动控制张力自动控制温度自动控制■CSP工艺控制对象89.2厚度自动控制

9.2.1P-H图是板带厚度控制的理论基础

9.2.2轧制过程厚度变化的基本规律

9.2.3厚度自控系统的基本形式和自控原理9知识要点：三个概念：轧机刚度K、轧件刚度M、压下有效系数C三种厚度控制基本形式：测厚仪式（反馈式）

厚度计（反馈式）

整机架式（前馈式）厚度自动控制原理10

9.2.1P-H图是板带厚度控制的理论基础

(9.1)

其中：h——轧制出口厚度

S0——预设辊缝值

ΔS——轧制弹跳值

P——轧制压力

Km——轧机刚度系数，表征使轧机生产单位弹跳量所需的轧制压力11A线—轧机弹性曲线；其斜率Km称轧机刚度系数B线—轧件塑性曲线；其斜率M称轧件塑性刚度12由公式（9.1）可知：轧件出口厚度主要取决于S0、Km和P分析轧制过程厚度变化基本规律，或从工艺方面阐明厚度自动控制基本原理时，都应从分析这三个因素入手

13总之：诸多影响因素最后都要归结到对

预设辊缝值S0、

轧制压力P

轧机刚度系数Km

的影响来影响板带厚度。其中：δK前张力；δH后张力；δs变形抗力149.2.2轧制过程中厚度变化的基本规律厚度随辊缝变化的规律厚度随轧机刚度变化的规律厚度随轧制压力变化的规律15■厚度随辊缝变化的规律16小结：◆轧机的原始预设辊缝值S0决定着弹性曲线A的起始位置，

A曲线左移，出口厚度减小◆采取预压紧轧制时，即在进行轧制之前，使上、下轧辊以一定的预压力P0互相压紧，能将轧件轧得更薄◆轧制过程中，因轧辊热膨胀、轧辊磨损或轧辊偏心而引起的辊缝变化，也会引起S0改变，从而导致轧件出口厚度h发生变化17■厚度随轧机刚度变化的规律18小结：◆提高轧机刚度有利于将轧件轧得更薄，目前板带材轧机的刚度通常大于500～600t/mm

◆实际轧制过程中，由于轧辊的凸度大小不同，轧辊轴承的性质以及润滑油的性质不同，轧辊圆周速度发生变化，也会引起刚度系数发生变化19■厚度随轧制压力变化的规律20小结：◆S0和Km值保持一定的条件下，来料厚度减小，则B曲线的起始位置左移，且斜率稍有减小，即材料的塑性刚度稍有减小，故实际轧出厚度也减小

◆减小摩擦系数时，轧制压力会降低可使的带钢轧得更薄

◆变形抗力增大时，B曲线斜率增大轧件出口厚度也增厚

◆张力增大时，B曲线斜率减小，可使轧件轧得更薄

219.2.3厚度自控系统的基本形式和自控原理22AGC不同分类：控制信息流动和作用分：

反馈式、前馈式、监控式、张力式、秒流量式

执行机构分：电动AGC、液压AGC机架和轧辊看做整体测厚装置：

轧制压力AGC、厚度计式AGC（GaugemeterAGC）设定方式和轧机压下效率补偿环节不同：

轧制压力AGC、厚度计式AGC、相对值AGC、绝对值AGC带钢承受作用不同，各种补偿厚度控制系统：

速度补偿、宽度补偿、支持辊偏心补偿、油膜厚度补偿、带钢尾部补偿等23用测厚仪测厚的反馈式厚度自控系统原理厚度计式厚度自控系统原理前馈式厚度自控系统原理24■用测厚仪测厚的反馈式厚度自控系统原理为什么？用压下位置闭环控制和轧制压力变化补偿的办法，是可以进行压下位置调节的，但是它不能消除轧辊磨损、轧辊热膨胀对空载辊缝的影响以及位移传感器与测压仪元件本身的误差对轧出厚度的影响。为了消除上述因素的影响，必须采用反馈式厚度自动控制才能能实现。2526当δh＝0时，控制器输出恒定，辊缝保持不变，当δh≠0时，控制器将δh变换为辊缝调节量控制信号，控制压下螺丝作出相应调节，从而改变辊缝值消除δh

为消除厚度偏差δh，需求出辊缝调节量δS，因此必须找出δh与δS关系27故：即：28由上式可知，为消除厚度偏差δh，必须将压下螺丝使辊缝移动（1＋M/km）δh的距离。当km和M为定值时，即（1＋M/km）为常数，则δS和δh成正比关系，只要检测到厚度偏差δh

，便可计算出为了消除此厚度偏差应作出的辊缝调节量δS

29“压下有效系数”的概念？

由前式可知，当轧机的空载辊缝S0改变δS时，所引起的轧件出口厚度变化量δh要小于δS，δh与δS之间的比值C=δh/δS称为“压下有效系数”，表示压下螺丝位置改变量能造成多大的轧件出口厚度变化量。30当轧机刚度较小或轧件塑性刚度较大时，δh/δS比值很小，压下效果甚微，换句话说，虽然压下螺丝下移了不少，但轧件出口厚度却未减薄多少。因而增大δh/δS的比值对于实现快速厚度自动控制就有极其重大的意义。所以在实际的生产中，增加轧机整体的刚度是增大δh/δS的重要措施。如果能使轧机具有超硬性刚度，那么辊缝改变一个δS，则轧件出口厚度也就能变化一个δS。31由于辊缝调节量δS与厚度偏差δh之间成一定比例关系（压下有效系数C），故在AGC中采用比例调节器，如下图所示。比例控制方块图32当轧制不同尺寸和不同材质的轧件时，因M的改变会导致M/km的改变，故在此种控制系统中的比例系数应该是可变的（通常是在比例调节器中用一个电位器进行调节）。33用测厚仪进行测厚时，由于考虑到轧机结构的限制，测厚仪的维护，以及为了防止带钢断裂而损坏测厚仪，测厚仪一般安装在离直接产生厚度变化的辊缝较远的地方，就1700mm热连轧机而言，它与工作辊缝中心线的间距约为750~1750mm

34因为实测厚度并非轧件出口瞬间的厚度，所以轧件出口厚度的波动不能及时反映，导致AGC的操作存在滞后时间τ，τ用下式表示：

式中：——轧制速度；

——轧辊中心线到测厚仪的距离。35测厚仪反馈测厚的本质：

按比例进行厚度控制由于存在时滞，这种按比例进行厚度控制的系统很难实现稳定的控制。为了克服这个问题，因此可以采用厚度计式厚度自动控制系统

36■厚度计式厚度自控系统原理本质？根据“轧机弹跳方程P-h图”测得的厚度值进行厚度控制的系统称为GM-AGC或称P-AGC

在此种情况下，等于把整个机架作为测量厚度的“厚度计”。这种检测厚度的方法称为“厚度计法”（简称GM），以区别用测厚仪检测厚度的方法。37GM-AGC工作原理图38■前馈式厚度自控系统原理引入的原因？用“测厚仪”和“厚度计”测厚的反馈式AGC，都无法避免信号传递的滞后，因而限制了控制精度的进一步提高，特别是当原料厚度波动较大时，更会影响轧件出口厚度的精度为克服此缺点，在现代的冷热连轧机上都广泛采用前“反馈式”厚度自动控制系统，简称“前馈AGC”、或称为“预控AGC”。39前馈式工作原理:

用测厚仪或以前一机架作为“厚度计”，在带钢未进入本机架之前测量出其入口厚度Hi，并与给定厚度值H0相比较，当有厚度偏差ΔH时，便预先估计出可能产生的轧出厚度偏差Δh，从而确定为消除此Δ

h值所需的辊缝调节量ΔS，然后根据该检测点进入本机架的时间和移动ΔS所需的时间，提前对本机架进行厚度控制，使得厚度的控制点正好就是ΔH的检测点404142上式表明，当Km愈大和M愈小时，消除相同的来料厚度差ΔH压下螺丝所需移动的ΔS也就愈小，因此刚度系数Km比较大的轧机，有利于消除来料厚度差。4344由于前馈式AGC属于开环控制系统，单独使用难以得到优良的控制性能，一般是将前馈式AGC与反馈式AGC结合使用，所以它的控制效果也只能与反馈式AGC结合在一起进行评定45

复习参考题1.CSP生产自动化系统的设备特点和模块控制功能是什么？2.CSP生产自动化系统数据传输、通讯方式如何实现？3.板带钢轧制时厚度波动的原因？4.什么叫p-h图，有哪些用途？5.弹跳曲线为什么存在直线段和曲线段？6.厚度自动控制的类型有哪些？7.“压尾”轧制的作用是什么？8.试解释厚度计式AGC、压力AGC、P-AGC、GM-AGC、BISRA(英国钢铁协会)-AGC系统之间的区别和联系？9.厚度补偿的目的是什么？常用的有哪几种补偿控制措施？10.改变位置补偿系数α大小，液压AGC系统如何实现轧机刚度的不同控制方式？11.板形良好的条件是什么？如何用临界内应力曲线来分析同时保证带钢凸度、平直度的控制策略？12.实现板形控制的具体手段