帶材板形的自動(dòng)控制.ppt

帶材板形的自動(dòng)控制,板形自動(dòng)控制是板帶材軋制的核心控制技術(shù)之一，是一項(xiàng)綜合技術(shù)，生產(chǎn)中必須通過先進(jìn)的控制手段與工藝參數(shù)的合理匹配，才能獲得理想的板形。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，先進(jìn)的板形控制技術(shù)不斷涌現(xiàn)，并日臻完善。板形控制的目的是要軋出橫向厚差均勻和外形平直的板帶材。,一、板形的概念在直觀上是指板帶材的平直度，即浪形、瓢曲、翹曲、折皺或旁彎等板形缺陷的程度，其實(shí)質(zhì)是指帶鋼內(nèi)部殘余應(yīng)力分布狀況，即軋件在寬度方向變形的均勻程度。二、板形缺陷常見種類有：浪形、瓢曲、翹曲、折皺或旁彎等。,三、板形控制系統(tǒng)的類型板形閉環(huán)控制系統(tǒng)板形開環(huán)控制系統(tǒng)板形復(fù)合控制系統(tǒng)板形閉環(huán)控制系統(tǒng)（1）控制原理：通過板形儀及其信號處理裝置獲取實(shí)際板形信號，計(jì)算實(shí)際板形與目標(biāo)板形的偏差，經(jīng)板形控制計(jì)算機(jī)處理后，將調(diào)節(jié)信號送到板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，由板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對帶鋼進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，使帶鋼板形得以糾正。,（2）組成三部分，即板形檢測裝置、控制系統(tǒng)和板形調(diào)節(jié)系統(tǒng)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）板形檢測裝置板形儀形狀針：獲取實(shí)際板形信號?？刂葡到y(tǒng)：由比較環(huán)節(jié)、板形控制計(jì)算機(jī)等構(gòu)成輸出調(diào)節(jié)控制信號給板形調(diào)節(jié)系統(tǒng)板形調(diào)節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：啟動(dòng)、調(diào)節(jié)、控制板形,由于板形控制的實(shí)質(zhì)是對承載輥縫的控制，因此通過調(diào)節(jié)有載輥縫的形狀，使其與來料斷面形狀保持一致，滿足均勻變形條件，使板形平直凡是可以改變有載輥縫的形狀的軋機(jī)部件、裝置或工藝參數(shù)，均可作為調(diào)節(jié)板形的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。,把軋機(jī)上的部件或裝置作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，常用的有：液壓彎輥裝置雙階梯支撐輥大凸度支撐輥?zhàn)兘佑|長度支撐輥技術(shù)壓下裝置軋輥冷卻系統(tǒng)張力卷取機(jī)中間輥可軸向移動(dòng)的輥系結(jié)構(gòu)：HC系列等軋輥凸度可變的輥系：CVC、VC、DSR軋輥交叉輥系：PC,2.板形開環(huán)控制系統(tǒng)（1）控制原理：依據(jù)軋機(jī)參數(shù)和原始軋制條件，用理論計(jì)算方法或統(tǒng)計(jì)方法預(yù)測出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最佳參數(shù)，并把它作為預(yù)設(shè)定模型，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行在線控制。（2）特點(diǎn)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)一旦設(shè)定完畢，在軋制過程中一般是不隨實(shí)際軋出帶鋼的板形好壞加以調(diào)節(jié)。,5.2帶鋼板形控制的基本理論一、板形缺陷的表示方法波形表示法相對長度差表示法張力差表示法向量表示法帶鋼斷面形狀的多項(xiàng)式表示法,二、帶鋼平直條件板形良好條件,三、影響有載輥縫因素軋輥的彈性彎曲軋輥的彈性壓扁軋輥的熱膨脹軋輥的磨損軋輥的輥型設(shè)計(jì)原始凸度的設(shè)計(jì),四、板形的改善（控制）方法工藝上：（1）方法：采用設(shè)定初始輥縫形狀、改變軋制規(guī)程（變彎矩控制法）、調(diào)整張力分布以及調(diào)整軋輥熱凸度等。（2）特點(diǎn)：響應(yīng)速度慢不能實(shí)現(xiàn)在線的即時(shí)控制對異常板斷面（如局部高度）等缺陷無法控制,2.設(shè)備上：前已述液壓彎輥裝置雙階梯支撐輥大凸度支撐輥?zhàn)兘佑|長度支撐輥技術(shù)壓下裝置軋輥冷卻系統(tǒng)張力卷取機(jī)中間輥可軸向移動(dòng)的輥系結(jié)構(gòu)：HC系列軋輥凸度可變的輥系：CVC、VC、DSR軋輥交叉輥系：PC,從種種板形控制手段來看，目前各種板形控制技術(shù)主要遵循兩種技術(shù)思路：增大有載輥縫凸度可調(diào)節(jié)范圍增大有載輥縫的橫向剛度，減少軋制對輥縫凸度的影響,五、板形檢測技術(shù)與控制帶鋼板形檢測：由檢測設(shè)備根據(jù)檢測內(nèi)容獲取被測帶鋼的實(shí)際板形曲線（1）檢測設(shè)備的類型有：有接觸式、非接觸（2）檢測內(nèi)容分：測量帶鋼平直度(纖維長度)，以檢測帶鋼的顯性板形檢測帶鋼橫向張應(yīng)力的分布，以檢測帶鋼的隱性板形,實(shí)際檢測時(shí)：熱軋帶鋼的板形檢測儀要求在高溫、潮濕的惡劣環(huán)境中工作，且熱軋帶鋼是在無（或?。埩ο萝堉?，故采用非接觸式的板形檢測儀，以測量帶鋼的各纖維長度，檢測出其顯性板形的好壞。最常見的是激光板形檢測儀，采用非接觸激光測距，直接檢測帶鋼的顯性板形即可。,冷軋帶鋼一般采用大張力軋制，而掩蓋了實(shí)際的板形缺陷。因此要求板形儀必須能夠檢測出帶鋼的隱性板形，即精確地檢測帶鋼內(nèi)部張應(yīng)力分布，才能及時(shí)通過軋機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行板形調(diào)整，從而保證實(shí)際板形的良好。冷軋板形檢測采用最多的是瑞典ABB公司的分段接觸式板形輥。目前西門子公司于20世紀(jì)末開發(fā)出一種采用電渦流傳感器檢測的SI-FLAT非接觸式板形儀，并已在冷軋機(jī)上得到了成功的應(yīng)用，應(yīng)用前景廣闊,2.板形目標(biāo)曲線的確定（1）概念板形目標(biāo)曲線：指板形控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)帶鋼板形(由板形儀測得的前張應(yīng)力)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)。板形目標(biāo)曲線代表了生產(chǎn)者所期望的實(shí)物板形質(zhì)量，其研究過程經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。,由于來料情況不同，或是根據(jù)客戶的需要，或是根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，如裂邊、浪形、楔形等，可選擇不同的目標(biāo)曲線組織生產(chǎn)。板形儀一般可以存貯近50條目標(biāo)曲線，供操作人員選擇。目標(biāo)曲線的選用可分為兩個(gè)參數(shù)：形狀，即目標(biāo)曲線號幅值，即曲線正負(fù)值的大小。,3.板形調(diào)控機(jī)構(gòu)的設(shè)定計(jì)算（1）概念設(shè)定計(jì)算：利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算出板形調(diào)控機(jī)構(gòu)各相關(guān)的調(diào)節(jié)量，并輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的過程。設(shè)定計(jì)算的正確與否將直接影響到帶鋼板形質(zhì)量和軋制穩(wěn)定性。,（2）設(shè)定計(jì)算的給定方法手動(dòng)給定：憑經(jīng)驗(yàn)給定計(jì)算給定：按數(shù)學(xué)模型計(jì)算給定，包括統(tǒng)計(jì)法、表格法、解析法和數(shù)值法4種。（3）設(shè)定計(jì)算的控制策略：根據(jù)板形調(diào)控手段的數(shù)量和各自特點(diǎn)，確定設(shè)定計(jì)算調(diào)節(jié)的先后順序或稱優(yōu)先權(quán)，以及計(jì)算初值和極限值如何選取。,優(yōu)先權(quán)選擇原則以保證動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的速度和效率為前提按照響應(yīng)慢的、靈敏度小的、軋制過程中不可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的調(diào)控手段先調(diào)。軋制過程中對在帶材走行過程中不能調(diào)節(jié)的手段先調(diào)在板形調(diào)控手段中，CVC橫移屬于響應(yīng)慢的、靈敏度小的一類；工作輥彎輥屬于響應(yīng)快、靈敏度高的一類；中間輥彎輥介于二者之間；PC角屬于動(dòng)態(tài)不可調(diào)的一類。,設(shè)定計(jì)算的基本過程：根據(jù)各調(diào)控手段的優(yōu)先權(quán)，按照選定的初值，具有高優(yōu)先權(quán)的先進(jìn)行計(jì)算，對輥縫凸度進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)量達(dá)到極限值時(shí)，輥縫凸度尚未達(dá)到要求且還有控制手段可調(diào)時(shí)，剩余的偏差則由具有次優(yōu)先權(quán)的調(diào)控手段進(jìn)行調(diào)節(jié)，依次類推，直到輥縫凸度達(dá)到要求或再沒有調(diào)控手段可調(diào)為止。,4.板形自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)實(shí)際板形測量曲線減去目標(biāo)曲線之差即為板形偏差，板形偏差用于板形控制部分，根據(jù)板形偏差的大小來改變軋機(jī)板形執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)整量及乳化液冷卻噴淋量，調(diào)節(jié)軋機(jī)有載輥縫形狀，使實(shí)測板形趨近于目標(biāo)曲線，而達(dá)到板形控制的目的。eg.某六輥冷軋機(jī)的板形控制系統(tǒng),5.3帶鋼板形前饋（開環(huán)）控制,一、功能應(yīng)用前提：在實(shí)際軋制時(shí)，由于：軋件在其不同位置其厚度總有一定的偏差，為保證出口帶材的厚度恒定而啟動(dòng)厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)P波動(dòng)軋輥彈性變形變化輥縫形狀變化影響帶材的板形熱軋來料的溫度在不同的位置有一定的偏差軋輥的熱凸度波動(dòng)輥縫形狀變化影響到帶材的板形,2.功能：設(shè)定最佳參數(shù)，通過對軋制工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)測量而相應(yīng)建立的板形控制系統(tǒng)，即為板形前饋控制，該系統(tǒng)主動(dòng)干預(yù)板形控制，提高板形控制的精度水平和響應(yīng)速度，以提高帶鋼的實(shí)際板形。板形前饋控制時(shí)，熱軋的工藝參數(shù)主要包括軋制力和帶鋼初始溫度（影響軋輥熱凸度），而對于冷軋來說，主要是軋制力。,二、熱軋的溫度和軋制力前饋控制,調(diào)控方式現(xiàn)代熱連軋機(jī)調(diào)節(jié)板形的手段有彎輥、竄輥、軋輥交叉等多種，但在一根帶材的軋制過程中可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)板形的手段一般只有彎輥，因此熱軋前饋控制的輸出量一般是彎輥力的變化值。,2.前饋控制量的計(jì)算：即彎輥力調(diào)節(jié)量的計(jì)算思路：熱軋時(shí)，在熱凸度、彈性彎曲及彎輥力作用下，帶材凸度的變化量為：而板形前饋控制的目的是在軋制力和熱凸度變化時(shí)帶材凸度不發(fā)生變化，則有C=0彎輥力的調(diào)節(jié)量為,三、冷軋的軋制力前饋控制,調(diào)控方式：壓下系統(tǒng)、張力、彎輥、竄輥、軋輥交叉等多種。前饋控制量的計(jì)算：思路：采用與設(shè)定計(jì)算相類似的方法。首先用最小二乘擬合法得到板形調(diào)控手段對軋制力變化的前饋調(diào)節(jié)比例系數(shù)F，即,其次依軋制力變化的大小計(jì)算各控制手段的前饋控制量F=FPg，再根據(jù)各調(diào)控手段的補(bǔ)償優(yōu)先次序進(jìn)行剩余偏差的調(diào)節(jié)。,5.4帶鋼板形反饋控制,一、閉環(huán)反饋控制的功能板形閉環(huán)反饋控制的目的是為了消除板形實(shí)測值與板形目標(biāo)曲線之間的偏差。該控制系統(tǒng)包含了板形測量裝置、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。投入閉環(huán)反饋控制的前提條件是有準(zhǔn)確的板形實(shí)測信號，而控制器是板形控制的重要組成部分，其控制精度，直接影響到實(shí)物板形的質(zhì)量。,熱連軋機(jī)的閉環(huán)反饋控制，主要是根據(jù)精軋出口處的板形測量儀的實(shí)測結(jié)果，反饋調(diào)整最后一個(gè)或幾個(gè)機(jī)架的彎輥力，達(dá)到保證帶鋼平直的目的。冷連軋機(jī)的閉環(huán)反饋控制，一般在最末機(jī)架安裝板形測量輥，與最末機(jī)架形成閉環(huán)反饋。有的軋機(jī)在第一機(jī)架也裝有板形測量輥和閉環(huán)反饋系統(tǒng)。,二、反饋控制策略：根據(jù)板形調(diào)控手段的數(shù)量和各自特點(diǎn)，確定對于這些板形調(diào)控手段如何分配板形偏差。反饋控制策略總體上可以分為兩大類，即接力方式與分配方式。接力方式：確定控制層次及優(yōu)先調(diào)節(jié)權(quán)。分配方式：分配板形偏差，并計(jì)算各個(gè)調(diào)控手段的調(diào)節(jié)量。,1.接力方式（1）接力方式思路：首先確定控制層次，一般分為一次偏差、二次偏差和高次偏差控制3個(gè)層次。在每個(gè)控制層次之中，如果有不止一個(gè)調(diào)控手段，則根據(jù)各調(diào)控手段的優(yōu)先權(quán)，對具有高優(yōu)先權(quán)的先進(jìn)行調(diào)節(jié)。,（2）優(yōu)先權(quán)的選擇原則：控制層次的選擇：第一層次：傾斜第二層次：工作輥彎輥、中間輥彎輥、CVC橫移第三層次：分區(qū)冷卻。同一層次中各調(diào)控手段優(yōu)先權(quán)的選取，按照響應(yīng)快的、靈敏度大的調(diào)控手段先調(diào)的原則。與設(shè)定計(jì)算時(shí)的原則正好相反，以保證控制的響應(yīng)速度,（3）接力方式的具體過程：首先計(jì)算實(shí)測板形與板形目標(biāo)曲線之間的偏差。通過在板形偏差和各控制手段的調(diào)節(jié)效果之間作最小二乘擬合，確定各控制手段的調(diào)節(jié)量。本層次調(diào)節(jié)量計(jì)算循環(huán)結(jié)束后，按接力控制的順序開始計(jì)算下一個(gè)控制層次的調(diào)節(jié)量，此時(shí)板形偏差需作更新，即要從原有值中減去可由上次計(jì)算中得出的調(diào)節(jié)量消除的部分，并在新的板形偏差的基礎(chǔ)上進(jìn)行下一層次調(diào)節(jié)量的計(jì)算。,在同一控制層次之中，如果有兩種或兩種以上的板形調(diào)控手段的效果相似，在按照優(yōu)先權(quán)的順序只調(diào)節(jié)一種。當(dāng)高優(yōu)先權(quán)的調(diào)節(jié)量達(dá)到極限值，但板形偏差仍沒有到達(dá)要求且還有控制手段可調(diào)時(shí)，剩下的偏差則由具有次優(yōu)先權(quán)的調(diào)控手段進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此類推，直至板形偏差到達(dá)要求或再沒有調(diào)控手段可調(diào)為止。在所有控制手段的調(diào)節(jié)量計(jì)算業(yè)已完畢后，進(jìn)行調(diào)節(jié)量輸出。,（4）接力方式的特點(diǎn)：類似于數(shù)據(jù)傳輸里的串行方式。2.分配方式（1）內(nèi)容：按照某種分配方式將板形偏差分配到各個(gè)調(diào)控手段上分別計(jì)算各個(gè)調(diào)控手段的調(diào)節(jié)量。如果有兩種或兩種以上的板形調(diào)控手段的效果相似，在控制時(shí)各個(gè)調(diào)控手段仍可同時(shí)動(dòng)作。,（2）特點(diǎn)：類似于數(shù)據(jù)傳輸里的并行方式。（3）分配方式的控制策略：主要有三種比例分配法XO點(diǎn)法登山搜索法等,三、反饋控制的計(jì)算模型板形測量信號一般都是離散的信號。其計(jì)算模型有多種，其中主要的有4種方法，即模式識別法參數(shù)評價(jià)法影響函數(shù)法人工智能法,四、反饋控制的計(jì)算流程,以檢測帶鋼橫向張應(yīng)力為例，分5步，即測量信號處理：對板形測量設(shè)備的信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為帶材橫向張應(yīng)力的分布，以獲取實(shí)與目標(biāo)張應(yīng)力的量綱一致的實(shí)際板形信號板形偏差計(jì)算：目標(biāo)張應(yīng)力分布減去實(shí)測張應(yīng)力分布板形偏差板形偏差分配：根據(jù)板形控制策略，對各板形調(diào)控手段分配其板形偏差,計(jì)算調(diào)控量