轧制过程控制第六篇厚度自动控制系统

1、北京科技大学 机械工程学院,板带钢轧制过程控制 第六篇厚度自动控制系统 张晓峰、张清东,2,2020/7/11,第 六 篇 厚度自动控制系统 6.1 厚度控制的基本目标理念 厚度控制的基本目标理念 热轧：首先全长厚度均匀，即偏差波动很少； 其次全长偏差在目标内，即目标厚度命中率高。 绝对精度相对较低：50um，20um （目标厚度可变调）即在需要时候，可以穿带头部厚度为新的控制目标。 尽管有来料厚度影响，但仍以末架为重点； 冷轧：必须全长上都命中目标厚度。 绝对精度相对较高：0.50.7%或1.52.0% （目标厚度不可调）来料的影响的90%以上消除1架，即HM1波动值很少，绝对厚度较稳定达到

2、目标值；末架保证命中目标厚度；,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,3,2020/7/11,6.2 厚度控制的数模结构设计的基本思想 1) 轧制过程被分成以下几个阶段过程/工况分别加以控制 稳态轧制（速度稳定） 穿带/升速轧制 甩尾/降速轧制 动态变规格轧制（FGC）（目前冷轧专用） 同规格过焊缝轧制（目前冷轧专用） 2) 对一卷/块钢分不同层次控制达到目标厚度 静态高精度预设定使轧制初始值尽量接近目标值，正常轧制（vv0）后投入动态实时控制，消除静态设定不准引起的误差和动态干扰，当前卷轧制结束后进行模型自学习（短期和长期）。 预设定追求高精度，所以往往模型规模大，计

3、算量大，复杂； 动态控制追求高响应，所以往往模型规格小，统计，计算量小，简单。 根据全部提供的实测值，尤其被控对象变量的实测值，设计每一架轧机的可配备的厚度控制环节，但配备多少检测元件则与要求精度水平和投资预算相关。 正常轧制时的动态实时控制环节的设计根据执行机构压下缸、主传动的水平，以及检测装置测厚仪、压力计、张力计、测速仪的数量和水平而进行。 发挥计算机网络系统和分布式数据库的优势，实施了正确、有效、高精度、智能化的自学习，针对巨量数据使用数据挖掘、知识发现技术，针对异常工况和系统周期性变化的不同采用短期自学习和长期自学习。 自学习也追求高精度，所以往往模型复杂，且智能化。,板带钢轧制过程

4、控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,4,2020/7/11,6.3 连轧厚度变化规律 （1）对连轧机各机架出口厚度的影响,A）入口来料厚度对各机架出口厚度的影响,入口来料厚度的变化按相同的比率影响各架出口轧件厚度，也就是如果入口侧厚度呈阶梯形变化，则第1机架出口轧件厚度将发生变化，其比率也将持续到后面机架。,各机架出口厚度变化影响系数,热轧板坯厚度的变化对各机架出口板厚的影响, (Dh/h)i / (DH/H)i ,机 架,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,5,2020/7/11,B）辊缝变化出口厚度的影响,辊缝变化对精轧板带厚度的影响以第1机架最为明显

5、，而第2、第5机架的影响较小，第3、第4机架几乎不受影响。,产品厚度变化影响系数,各机架辊缝变化对产品板厚的影响, (Dh/h)5/(DS/h)i ,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,6,2020/7/11,C）轧辊速度变化对各机架出口厚度的影响,轧辊转速对板带产品厚度的影响，以第1、第5机架最为明显，第2机架造成的影响很小，第3、第4机架几乎不产生影响。,产品厚度变化影响系数,各机架辊速变化对产品厚度的影响, (Dh/h)5/(Dv/v)i ,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,7,2020/7/11,D）摩擦系数变化对出口厚度的影响,第

6、1、第5机架摩擦系数的变化对板带产品厚度的影响很大，第2、第3和第4机架摩擦系数的 变化所造成的影响很小。,出口厚度变化影响系数,各机摩擦系数变化对产品厚度的影响, (Dh/h)5/(Dm/m)i ,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,8,2020/7/11,E）变形抗力变化对出口厚度的影响,第1机架轧件变形抗力的变化对产品厚度的影响最大，第5机架变形抗力的变化对产品厚度的影响次之，第2、第3和第4机架轧件变形抗力的变化对产品厚度的影响不大。,产品厚度变化影响系数,各机架变形抗力变化对产品厚度的影响, (Dh/h)5/(Dk/k)i ,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自

7、动控制系统） 张晓峰、张清东,9,2020/7/11,（2）对连轧机机架间张力的影响,A）辊缝变化对张力的影响,如图所示，增大第1机架的辊缝会使所有机架间的张量减小。,第1机架辊缝变化对各机架间张力的影响（无张力控制的情况）,各机架间张力变化影响系数, (Dt/t)i /(DS/h)1 ,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,10,2020/7/11,第2 机架辊缝变化对各机架间张力的影响,增大第 2 机架的辊缝将会增大第 1 与第 2 机架间的张力，其他机架的张力几乎不变。关于第3至第5机架辊缝的变化对张力的影响具有与第 2 机架辊缝变化对张力的影响相同的趋势，辊缝变

8、化将导致张力变化。,机架间张力变化影响系数, (Dt/t)i /(DS/h)1 ,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,11,2020/7/11,用辊缝控制机架间张力时，考虑其特性常采用紧靠机架间张力变化的后一机架的辊缝来进行控制。,连轧机机架间张力控制系统（采用辊缝进行张力控制）,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,12,2020/7/11,B）轧辊速度变化对张力的影响,增加第1 架的轧辊速度将造成所有机架间的张力减小。,第1机架轧辊速度变化对各机架间张力的影响 （无张力控制的情况）,各机架间张力变化影响系数, (Dt/t)i /(Dv/v)

9、1 ,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,13,2020/7/11,而增加第2 架的轧辊速度，会使第1 和第2 机架间的张力增大，使第2 和第3 机架间的张力减小。对于第3 至第5 机架的轧辊速度具有与第2 机架轧辊速度相同的趋势，增加某一机架轧辊的速度均会使该机架的后张力增加、前张力减小。,第2 机架轧辊速度变化对各机架间张力的影响 （无张力控制的情况）,各机架间张力变化影响系数,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,14,2020/7/11,改变轧辊速度时虽然造成该机架前后张力发生变化，但是，为了独立控制特定机架间的张力，有必要给予特别注意

10、。下图是控制第1和第2机架间张力的一个例子。由此可知，独立控制第1和第2机架间张力时，必须同时考虑(V/V)2、 (V/V)3 、 (V/V)4 和(V/V)5 。,改变第1和第2 机架间张力时轧辊速度的变化率 （用轧辊速度控制张力的情况）,各机架间速度变化率, (Dv/v)i / (D t/t)1,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,15,2020/7/11,连轧机 机架间张力控制系统 （用轧辊速度控制张力）,采用轧辊速度控制机架间张力时，必须使进行张力控制的后一机架轧辊速度进行连动。,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,16,2020/7

11、/11,各机架辊缝变化对产品厚度的影响,由下图可知，进行定张力控制时（第1种情况），后部机架辊缝变化对产品厚度有影响，而不进行张力控制时（第2种情况） ，给产品厚度造成影响的是第1机架辊缝，其他机架辊缝的变化对产品厚度几乎不产生 影响。,各机架产品厚度变化影响系数,各机架辊缝变化, (Dh/h)5/(DS/h)i ,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,17,2020/7/11,图4-1 电动液压混合AGC系统,6.4 热轧厚度自动控制系统,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,18,2020/7/11,6.5 冷轧厚度自动控制系统,板带钢轧制过

12、程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,19,2020/7/11,冷轧厚度反馈控制系统（FB-AGC）,板带钢轧制过程控制（第五篇过程控制的基础理论） 张晓峰、张清东,20,2020/7/11,冷轧厚度前馈控制系统（FF-AGC）,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,21,2020/7/11,反馈式秒流量AGC的控制系统,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,22,2020/7/11,厚度计式AGC,板带钢轧制过程控制（第六篇厚度自动控制系统） 张晓峰、张清东,23,2020/7/11,冷连轧机（机架间秒流量）厚度与张力解耦控制方法,

13、第1步：由超厚厚差信号先调节S1架的速度使其减小。 第2步：由于S1架速度减小从而引起1/2架间张力变大。 第3步：通过S1-S2间张力环调节S2机架压下。 第4步：最终经轧辊的压下调节量，消除厚差。 第5步：使S1-S2架间张力变小回复到原来的设定值。,板带钢轧制过程控制（第五篇过程控制的基础理论） 张晓峰、张清东,24,2020/7/11,24,24,6.6.1 油膜厚度变化补偿,对于支撑辊采用液体摩擦轴承的轧机，其轴承油膜厚度随着轧制压力和轧制速度的变化而变化，这将对轧件的轧后厚度造成影响，引起厚差。因此，在轧制过程中，需要根据轧制压力和轧辊转速的实测值，计算出油膜厚度的变化量，然后调节

14、压下对油膜厚度的变化单独进行补偿，消除其对轧出厚度的影响。 在纵向厚差方程式中，令xe=xt=xm=F=0和h=0，可得到用以补偿油膜厚度变化所需要的压下位移调节量为 xp = ,6.6 厚度补偿控制,板带钢轧制过程控制（第五篇过程控制的基础理论） 张晓峰、张清东,25,2020/7/11,25,25,是实际轧制条件下相对设定轧制条件的油膜厚度改变量 在通过试验测出基准压力Pf下油膜厚度f随轧辊转速n变化的曲线用折线代替，并以表格形式存放在内存储器中。计算机根据实际轧辊转速用插值法近似地计算油膜厚度。 而不同的轧制压力下的油膜厚度则用轧制压力校正系数kf进行修正，即 = kf f,板带钢轧制过

15、程控制（第五篇过程控制的基础理论） 张晓峰、张清东,26,2020/7/11,26,26,支撑辊的偏心对空载辊缝和轧后厚度造成周期性的影响。当轧后厚度增加时，轧制压力减小；当轧后厚度减小时，轧制压力增加。这将会引起P-AGC系统误动作，进一步加大厚差，所以需要单独给予补偿。由纵向厚差方程式可得到用以补偿轧辊偏心量xe所需要的压下位移调节量为 xp = xe 电动压下对此无能为力，因为压下螺丝不可能周期性的频繁动作。而液压压下则有可能解决这一问题。,6.6.2 支持辊偏心补偿,板带钢轧制过程控制（第五篇过程控制的基础理论） 张晓峰、张清东,27,2020/7/11,27,27,3.8.5 轧辊偏

16、心补偿,液压压下的轧机AGC没有对轧辊偏心单独进行补偿： 在纵向厚差方程式中，仅考虑xp和xe的影响，即令xt=xm=F=0，并考虑到液压系统的补偿特性xp= (P/M)，则有 由于此时的P仅是由于h引起的，所以 P = Wh + F = Wh 可见，采用= ，M=0的等压轧制方式对消除轧辊偏心影响是最有利的。这时，不管xe为何值，总有h=0。,板带钢轧制过程控制（第五篇过程控制的基础理论） 张晓峰、张清东,28,2020/7/11,28,28,对于支撑辊偏心的影响，最直接的办法是准确地磨去偏心量。但目前轧辊磨床的精度只能达到10m左右，这对于轧0.150.40mm的薄板来说，有明显的影响。一般在低速轧制时留下的偏心痕迹较大，而在高速时，由于液压压下系统的响应频率和偏心波动频率相差不多，偏心的影响较小。轧机的等效纵向刚度模数越大，偏心对厚差的影响就越大，对偏心进行单独补偿的必要性也越大。,板带钢轧制过程控制（第五篇过程控制的基础理论） 张晓峰、张清东,29,2020/7/11,29,29,该系统由脉冲发生器和轧辊偏心控制器组成。 轧辊偏心波形被输送给液压压下控制器。液压压下控制器根据接收到的轧辊偏心波形（幅值、频率和相位等参数）发出控制信号，反向（相位差180）调整压下装置，以消除偏心的