专题报告2 刘宏民-燕山大学-板形仪20120408

1、,2012年4月8日,燕山大学 冷轧带钢板形检测和闭环控制,燕山大学 ,2,2020/7/10,一、研发背景,1.市场背景 中国是钢铁大国，板带钢是最主要的钢材产品 冷轧带钢高端带材产品,机械性能好 尺寸精度高 板形精度高 表面质量高,应用：,优点：,燕山大学 ,3,2020/7/10,一、研发背景,2. 技术背景,：高级冷轧带钢的重要质量指标：冷带钢轧机核心技术、前沿技术、高端技术：在线检测带钢板形缺陷的板形仪 ：板形在线检测的“眼睛” 轧制过程的高端测控系统：被瑞典、英国、德国垄断 国内空白，全部进口,高精度板形板 形 控 制板形控制关键板形仪制造现状,世界级重大难题,燕山大学 ,4,20

2、20/7/10,一、研发背景,满足带钢板形指标要求,满足带钢表面质量要求,满足后续深加工的要求,板形闭环控制是显著提高冷轧带钢产品板形质量、表面质量及后续深加工质量的关键技术 板形在线检测是实现冷轧带钢板形闭环控制的前提和基础,燕山大学 ,5,2020/7/10,一、研发背景,2. 技术背景,： 中低产品： 高级产品： 1000万元/套，维护、备件费用高 国外只供货，不提供技术，卡脖子,无板形仪，仅设定控制有板形仪，闭环控制进口板形仪,3. 立项目的,（1）自主创新，工业应用，顶替进口，打破垄断封锁，为国争气 （2）提高板形控制技术水平，提高板形质量，生产高级冷轧带钢,燕山大学 ,6,2020

3、/7/10,二、总体方案-技术路线,1. 板形检测系统,板形检测辊,集流装置,DSP信号处理装置,工控机,板形检测软件,燕山大学 ,7,2020/7/10,二、总体方案技术路线,2. 板形控制系统,（1）预设定控制倾辊、弯辊、窜辊、冷却和辊型 （2）前馈与反馈控制,燕山大学 ,8,2020/7/10,三、关键技术,1. 提出与国际上流行的分段式板形辊不同的结构形式 研制整辊镶块式和整辊无缝式板形仪，避免划伤带钢,瑞典ABB公司,英国DAVY公司,德国 SUNDWIG公司,分段压磁式,以ABB公司检测辊为例，辊环热装于辊体芯轴上，分段式辊体结构，辊环间因温差产生不同热膨胀量，易划伤带钢表面，预压

4、力变化较大。,空气轴承式,以英国Davy公司空气轴承式检测辊为例，对工作环境要求苛刻，需要纯净空气，维护和装配困难，影响有效轧制时间，增加维修费用。,整辊压电式,以德国Sundwig测力元件(压电传感器)沿辊体表面均匀交错布置，横向间歇式测量板形信号，不能同步反映带钢瞬时板形，传感器极为昂贵。,燕山大学 ,9,2020/7/10,三、关键技术,主辊体,传感器,弹性块,本项目方案1：整辊镶块压磁式板形辊 已应用于鞍钢1250轧机,燕山大学 ,10,2020/7/10,三、关键技术,本项目方案2：整辊无缝无线式板形辊，2011年完成样辊 在河钢衡板1050冷轧机上完成工业试验,主辊体,传感器组合件

5、,燕山大学 ,11,2020/7/10,三、关键技术,2. 提出与国际上流行的干式集流环不同的信号传输方式 研制喷淋湿式集流环和无线传输装置，提高精度寿命,湿式集流环内部结构示意图图,方案1：喷淋湿式集流环，2008年应用于鞍钢1250冷轧机,燕山大学 ,12,2020/7/10,三、关键技术,方案2：信号无线传输装置，2011年应用于河钢1050冷轧机,检测通道,线缆,电源耦合器,无线传输,DSP信号处理电路板,集流装置,芯轴固定,辊体旋转,燕山大学 ,13,2020/7/10,3.提出与国际上流行的采集卡形式不同的信号处理方式 研制内嵌DSP板形信号处理系统，提高抗干扰能力,DSP数字 C

6、ontroller,WIFI 信号 发射 端,通道1,通道2,通道n-1,通道n,RAM,霍尔组件,锁相放大,锁相放大,锁相放大,锁相放大,AD 转换,磁耦 隔离,ROM,*预留,光电隔离,DSP信号处理电路板,磁耦 隔离,板形 检测 软件 系统 工控 机,CAN接口 USB等 标准接口,三、关键技术,WIFI 信号 接收 端,网卡,创新点：1. 将DSP板形信号处理系统集成于集流装置内，利用无线技术实现原始板形信号的动态输出传输 2. 编写底层驱动程序和动态链接库文件，借用工控机网卡，实现板形数字信号的快速采集,燕山大学 ,14,2020/7/10,三、关键技术,基本功能： 数字信号滤波 通

7、道异常处理 自动报警 板形显示 高级功能： 误差补偿 模式识别 目标板形 闭环控制,4. 研发板形控制智能化软件系统，实现高精度控制,燕山大学 ,15,2020/7/10,三、关键技术,（1）板形误差综合补偿模型,综合补偿,温度误差,边部覆盖,挠曲变形,安装误差,钢卷卷形,在线包角,Note: 综合补偿后的板形检测信号才能反映真实的在线带钢板形状况。,燕山大学 ,16,2020/7/10,三、关键技术,（2）板形模式识别模型,板形基本模式,作用：分解各次板形分量，为制定控制方案提供依据,实测板形,分解,倾辊,弯辊 横移 分段冷却,燕山大学 ,17,2020/7/10,三、关键技术创新,（3）板

8、形目标曲线模型,作用：为板形闭环控制提供目标,Note1: 目标曲线也叫标准曲线或参考曲线，是板形控制的目标，直接影响带钢板形控制稳定性和成品板形质量。 Note2: 采用失稳判别法制定目标曲线，判断板形是否失稳，综合控制板凸度和板形，考虑综合因素影响，通用性强。,燕山大学 ,18,2020/7/10,板形偏差,控制矩阵方程,执行机构调节量,+,_,板形模式识别,出口板形,板形仪,轧机,目标板形,板形闭环控制原理图,调节量,板形偏差,（4）板形前馈和反馈控制计算矩阵模型,三、关键技术创新,矩阵控制,板形仪,入口板形,预报出口板形,燕山大学 ,19,2020/7/10,三、关键技术创新,（5）板

9、形闭环控制系统，实现自动控制,板形调整执行机构,板形闭环控制系统,燕山大学 ,20,2020/7/10,三、关键技术创新,（6）板形检测和板形控制系统软件界面,板形检测和闭环控制系统界面,燕山大学 ,21,2020/7/10,四、工程应用典型案例,1250mm轧机主要技术参数 厚度: 0.21.0mm 宽度: 8001200mm 卷材内径:610mm 卷材外径:11002000mm 最大卷重:25t 最大轧制压力: 18000kN 最大轧制速度:1200m/min 卷取张力: 7140kN 工作辊:420/3701250mm 中间辊:470/4301310mm 工作辊弯辊：-220435kN

10、中间辊弯辊：800kN 中间辊横移：275mm,燕山大学 ,22,2020/7/10,四、工程应用典型案例,燕山大学 ,23,2020/7/10,四、工程应用典型案例,板形测量值实时采集数据,实际应用效果：带宽993 mm，出口厚度0.5mm，压下率21.3%，钢种ST12，第5道次板形控制实际数据。 板形辊各个测量段测量值稳定，无突变、无异常，检测精度为-0.5I0.5I。 板形辊测量值换算成总张力与张力测量辊测量值偏差小于3%，说明板形辊测量精度可靠。,燕山大学 ,24,2020/7/10,四、工程应用典型案例,冷轧带钢在线板形实测值,板形闭环控制投入后，沿带钢长度方向的板形统计值： 最大

11、值：11.47I 最小值：1.140I 平均值：2.672I,燕山大学 ,25,2020/7/10,四、工程应用典型案例,带宽1045mm，出口厚度为0.18mm，压下率为18.6%，钢种为ST12，成品第五道次板形控制实际数据。 板形测量系统和控制系统运行稳定，带钢平直度质量平均为6.7I，国际先进指标为10I。 控制系统适用于超薄冷轧产品的板形质量控制要求。,TM,燕山大学 ,26,2020/7/10,四、工程应用典型案例,西门子对宝钢1420冷轧机板形保证值,三菱对宝钢1220冷轧机板形保证值,上述平直度值均不适用于轧制出口速度在150m/min以下的情况,鞍钢1250冷轧机板形保证值,不适用于轧制出口速度在70m/min以下的情况,燕山大学 ,27,2020/7/10,五、国内外技术指标对比,鞍钢1250轧机板形仪及闭环控制系统国内外技术水平对比,注*：国际先进水平瑞典ABB公司分段压磁式板形仪 英国DAVY公司分段空气轴承式板形仪 德国SUNDWIG公司整辊压电式板形仪,燕山大学 ,28,2020/7/10,六、预期工业应用前景,预期前景,在河钢衡板厂1050冷