在熱軋帶鋼精軋機(jī)帶鋼頭部新的張力控制.doc

1、在熱軋帶鋼精軋機(jī)帶鋼頭部新的張力控制摘要：在這方面，提出了一種新的張力控制計(jì)劃，提出了熱軋帶鋼精軋機(jī)在帶鋼頭部減少寬度收縮。擬議的管制計(jì)劃是應(yīng)用前活套控制啟動(dòng)，并組成個(gè)主要部分。首先，分析相關(guān)之間的寬度收縮，以及主電機(jī)電流的不同。第二，張力的計(jì)算方法是從相鄰的倆架軋機(jī)的電流差異中得出，第三，主電機(jī)控制速度由PI控制器和參考速度的速度差異來(lái)控制。這表明，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的光陽(yáng)1號(hào)熱軋帶鋼軋機(jī)的浦項(xiàng)制鐵表示，靠擬議的管制計(jì)劃，寬度收縮大大減少了。1介紹最近，當(dāng)在熱帶鋼精軋機(jī)帶鋼的厚度偏差，大大改善了，而帶鋼寬度質(zhì)量沒有改善。通常在熱帶鋼軋機(jī)帶鋼寬度控制在粗軋機(jī)。厚度控制，主要是在精軋，但是，如果在熱軋

2、帶鋼中寬度是不準(zhǔn)確控制，那么缺陷如寬度大的變化規(guī)律和寬度的收縮會(huì)發(fā)生（佐佐木，1996年；山田等人，1992年） 。在帶鋼頭部寬度收縮，這是界定為帶的一部分，從進(jìn)入下一個(gè)軋機(jī)，直到活套開始控制活套角度和張力，顯示在圖 1 ，依賴于原因，如過(guò)張力關(guān)系時(shí)，帶鋼達(dá)到每個(gè)軋機(jī)，速度安裝錯(cuò)配，高速干預(yù)經(jīng)營(yíng)者和響應(yīng)延遲的活套系統(tǒng)等（1992年；村田，1995年）熱軋帶鋼軋機(jī)帶鋼頭部的寬度收縮對(duì)生產(chǎn)力有不良影響。因此1張力控制系統(tǒng)是非常重要的，以盡量減少過(guò)張力，以防止帶鋼頭部寬度收縮。該中間機(jī)座張力的計(jì)算方法是當(dāng)前的活套電機(jī)，由于活套系統(tǒng)在帶鋼頭部具有響應(yīng)延遲，所以張力無(wú)法控制。傳統(tǒng)的張力控制系統(tǒng)從目前的一

3、個(gè)軋機(jī)上主要電機(jī)的差異，計(jì)算出張力。但是寬度收縮發(fā)生在中間機(jī)座過(guò)張力，這是密切相關(guān)，當(dāng)前的區(qū)別二主張根據(jù)之間的關(guān)系，寬度收縮和主要電機(jī)電流。此外，常規(guī)系統(tǒng)主要是應(yīng)用到張力控制的厚帶和前面的軋機(jī)（山下等人，1975年）。圖1 精軋機(jī)后的熱軋板帶的平面視角在熱軋帶鋼精軋機(jī)一些研究人員已經(jīng)開發(fā)出寬度控制計(jì)劃（1995年；希勒米和亞歷山大， 1968年；石井，1996年）。反饋AWC（自動(dòng)寬度控制）是發(fā)達(dá)國(guó)家從測(cè)量的寬度以控制第一第二軋機(jī)的電機(jī)速度。那個(gè)寬度衡量裝置安裝在第二和第三軋機(jī)間。前饋AWC使用第一架軋機(jī)的軋制力變化來(lái)控制寬度。該FAWC（精軋自動(dòng)寬度控制）（小倉(cāng)，1996年；村田，1996年

4、；森達(dá)，1998年）是發(fā)達(dá)國(guó)家以控制寬度由寬度衡量安裝兩架軋機(jī)和活套電流。在壽（1997年），寬度控制靠液壓AWC在粗軋機(jī)發(fā)展和最優(yōu)控制活套系統(tǒng)和寬度預(yù)測(cè)模型。以前提到的控制側(cè)重于活套系統(tǒng)控制帶鋼寬中部寬度，但帶鋼頭部的寬度收縮是沒有考慮?？恐虚g機(jī)座寬度計(jì)去測(cè)量和控制的寬度是不容易的由于測(cè)量等因素冷卻水，汽，圖2配置活套系統(tǒng)。振動(dòng)的軋機(jī)，房屋，等等。此外，F(xiàn)AWC不能有效的控制帶鋼頭部寬度因?yàn)閺埩κ菑幕钐纂娏饔?jì)算出來(lái)的。在本文中，我們首先分析寬度的收縮和目前的差異之間的相關(guān)性。在此基礎(chǔ)上的分析結(jié)果，一種新的張力控制計(jì)劃被推薦去盡量減少帶鋼頭部的寬度收縮。關(guān)鍵構(gòu)思所提出的算法是如下：中間機(jī)座張力

5、的計(jì)算方法是利用當(dāng)前的兩個(gè)相鄰軋機(jī)之間主電機(jī)的差異。主電機(jī)速度被PI控制器調(diào)整目標(biāo)張力，以避免帶鋼頭部的過(guò)張力。由作者看來(lái)，它將成為人類首次嘗試提出張力控制計(jì)劃，帶鋼頭部主電機(jī)的差異的應(yīng)用。該文件是安排如下：第2段給出了對(duì)寬度的收縮和控制問(wèn)題一個(gè)分析。在第三段，描述張力計(jì)算和控制的建議算法，在第4條，討論精確的張力控制仿真結(jié)果。在第5條，這是表明，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的光陽(yáng)1號(hào)熱軋帶鋼軋機(jī)的浦項(xiàng)制鐵表示，由擬議的控制計(jì)劃寬度收縮大大減小，結(jié)論提交在第6條。圖 2 活套系統(tǒng)的布局 2寬度收縮和控制分析圖2顯示了在熱精軋機(jī)組7個(gè)軋機(jī)中相鄰兩個(gè)活套和帶鋼的幾何關(guān)系?；钐字衅鹬匾饔茫召|(zhì)量流量的不平衡

6、那是由于中間機(jī)座帶鋼的速度差。在圖2中是一個(gè)帶單位張力（kg/mm2），是活套角度，VE是軋輥速度（MPM的），而i是軋機(jī)數(shù)目（i=1，2，7）。其中寬度收縮一個(gè)主要成因，為質(zhì)量流動(dòng)不平衡引起的過(guò)張力（低音大提琴和哈特曼，1987年）。 在熱軋帶鋼軋機(jī)，相鄰軋機(jī)間的寬度預(yù)測(cè)模型是代表用蠕變應(yīng)變張力如下（石井， 1996年；韓元，2002年）：W=W·exp(s/2-1) (1)s=·(/9.8)+·(/9.8)m· tn， (2)其中W是個(gè)寬度變化(毫米)，W是絕對(duì)的寬度(毫米)，s是張力蠕變應(yīng)變，t是張力適用的時(shí)間(s)，乃是定義為一時(shí)間間隔在這張力下

7、在蠕變?cè)囼?yàn)，m和n分別為常量。公式(一)和(二)確認(rèn)在這條件下縱和側(cè)面的方向那條是各向同性。從公式(一)可看到在質(zhì)量平衡條件下側(cè)面的蠕變應(yīng)變是時(shí)縱的蠕變應(yīng)變的(1/2) 從公式（1）及（2）可明顯知道，帶鋼寬度是直接影響了中間的帶張力，這是主要是通過(guò)控制每個(gè)軋機(jī)主電機(jī)和該中間機(jī)座活套（淺野等人，2005年；淺田等人，2003年）。圖3 寬度收縮時(shí)活套角和主電機(jī)電流圖4 主軋機(jī)電流的差異和寬度收縮不過(guò)，帶鋼頭部的張力通常是只能由速度主電機(jī)控制，因?yàn)樵摶钐紫到y(tǒng)響應(yīng)延遲。這意味著主電機(jī)電流可以控制帶鋼頭部寬度。圖3顯示當(dāng)寬度收縮時(shí)主電機(jī)電流的第六和第七架軋機(jī)和中間機(jī)座活套的角度，按F6-7活套角在這

8、個(gè)數(shù)字的手段的角度來(lái)看，活套安裝在第六和第七架軋機(jī)間。過(guò)張力主要發(fā)生在帶軋如（i+1）架軋機(jī)，我們可以通過(guò)活套角估計(jì)。在其他換言之，由于過(guò)張力扭矩活套的角度逐漸增大并停在12s。在圖三，過(guò)張力在11.7S出現(xiàn)，活套控制開始于12.7S，因此，帶鋼頭部寬度收縮是在1S內(nèi)。在此期間，第六架軋機(jī)電機(jī)電流逐漸減小，另一方面，該第七架軋機(jī)的電機(jī)電流逐漸增加，因?yàn)閹т摰呐まD(zhuǎn)張力增加。而第七架軋機(jī)電機(jī)電流相對(duì)高于正常的張力，也就是第六架軋機(jī)在12.5S前是比較低的，在目前的行為在正常的張力下，這是一個(gè)相反的的現(xiàn)象。只有張力扭矩表明目前的第六架軋機(jī)是不同的，因?yàn)檐垯C(jī)主電機(jī)在金屬咬入碰撞才能恢復(fù)到原來(lái)速度此時(shí)活

9、套控制沒開始。由于目前的兩架軋機(jī)區(qū)別是最大當(dāng)帶鋼在第七架咬入（11.7s），我們可以知道，這是寬度收縮一個(gè)主要的原因。在圖3寬度收縮發(fā)生在時(shí)刻，然后靠活套張力控制恢復(fù)。圖4顯示目前的主電機(jī)差異和第六和第七架軋機(jī)之間的寬度收縮的深度，它結(jié)果表明，深度，寬度收縮變大是由于目前的區(qū)別增加了。從圖第3和第4 的結(jié)論，我們提出了一種新的張力控制計(jì)劃，在下一節(jié)以盡量減少寬度收縮。3 帶鋼頭部張力控制本節(jié)主要內(nèi)容是分為兩部分，即張力計(jì)算模型和張力控制算法。3.1 張力計(jì)算模型圖5 中間機(jī)座帶鋼張力的布局在本款中，我們用主電機(jī)電流解釋張力計(jì)算模型（谷本等人， 1984年，1984b ；堀等人，1986年）圖5

10、所顯示的布局是中間機(jī)座的帶張力，其中g(shù)是軋制扭矩（公斤毫米），L是扭矩臂長(zhǎng)度（mm），P是軋輥部隊(duì)（噸），R是軋輥半徑（毫米），T是中間機(jī)座總張力（公斤），I是軋機(jī)的數(shù)目，n是多少轉(zhuǎn)（每分鐘轉(zhuǎn)速）和J是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2）。在圖5，主電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和軋制力之間的動(dòng)態(tài)，總張力是描述如下（山下等人，1975年）：Gi =Gi0+miTi1niTi， (3)Pi =Pi0piTi1qiTi， (4)如mi，ni，pi和qi是常量，這是取決于規(guī)格和條件及軋制過(guò)程。通常他們由減少比例給出(ri=(Hihi)/hi)，)，卷半徑(Ri)，變形的卷半徑(R).Gi0和Pi0是一個(gè)初始起伏轉(zhuǎn)矩和軋制力假設(shè)Ti

11、1=Ti=0和描述的如下Gi0=liPi0 (5)從公式（3）-（5），中間機(jī)座總的張力，（Ti）可以從軋制動(dòng)力學(xué)計(jì)算如下Ti =（liPiGi+aiTi1）/bi T0 = 0 (6)參數(shù)的ai和bi定義如下ai=mi+lipi， bi=niliqi， (7)轉(zhuǎn)矩臂（li）是作為一個(gè)功能的厚度輸入（H），輸出（h）和軋制力（P）如下li=f(Hi，hi，Pi) (8)注意到中間機(jī)座張力，可以通過(guò)如公式（6）所示的軋制扭矩（克），扭矩臂（升），軋制力（p）計(jì)算出。P可以通過(guò)軋機(jī)牌坊的稱重傳感器配備測(cè)量G和L都必須T通過(guò)如下計(jì)算得到張力。軋制扭矩（G）計(jì)算如下：Gi=GMiGAiGfi， (9)

12、其中GMi是主電機(jī)總的扭矩，GAi是加速轉(zhuǎn)矩和GFi是損失扭矩，他們下列方程所表示：GMi=C1i·（Ii·Vi）/NiGAi=（C2i·Ji）dNi/dt Gfi=f(Pi，Ni)， (10)I是一個(gè)主電機(jī)電流（A），V是該電壓（V），C1和C2是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)和f（x）的功能是的X，通常GFi是小于其他力矩，我們可以無(wú)視其效果。既然我們可以測(cè)量的GMI和GAi，只有轉(zhuǎn)矩臂（Li）要為模型計(jì)算中間軋機(jī)張力。 如公式（6）所示從公式（6）及（7）扭矩ARM描述如下表1 無(wú)活套和建議算法的比較項(xiàng)目無(wú)活套控制建議控制張力計(jì)算用第I 架軋機(jī)的電流（僅在第一架的電流不同）

13、用鎖電流的不同并且測(cè)量第I和(I+1)架軋機(jī)的電流（倆架軋機(jī)的電流不同）前張力絕對(duì)張力（公式6）張力差合適寬度厚板（6毫米以上）厚板和薄板（所有厚度）合適的軋機(jī)前軋機(jī)（第一和第二架軋機(jī)）所有軋機(jī)li=（GimiTi1+niTi）/（Pi+piTi1+qiTi） (11)在公式（11），最初的轉(zhuǎn)矩臂（li0），它是由帶鋼進(jìn)入(i+1)軋機(jī)前的扭矩臂定義的，它的表示如下：li0(Hi0，hi0，Pi0)=（Gi0mi0T(i1)）/（Pi0+pi0T(i1)） (12)凡標(biāo)“0”的價(jià)值是，當(dāng)張力（Ti）是零和Ti-1給出了。當(dāng)帶鋼通過(guò)（i+1）架軋機(jī)，軋制力和每個(gè)軋機(jī)的厚度各有不同，然后轉(zhuǎn)矩ARM

14、和中間機(jī)座的張力也各有不同顯示，如公式（6）和（8）所示。變化的扭矩，可以用微分形式來(lái)描述如公式（8）所示：li=li0K1i*Hi/Hi0+K2i*hi/hi0+K3i*Pi/Pi0， (13)Hi=HiHi0，hi=hihi0，Pi=PiPi0系數(shù)K1i，K2i，K3i是ri，Ri，hi的函數(shù)，他們有以下因素決定：Kji=f(ri，hi，Ri)，j=1，2，3 . (14)扭矩可從公式（12）和（13）中求出，如下所示：li=li0+li (15)據(jù)指出，上述張力模型類似于熱軋精軋機(jī)的無(wú)活套張力模型（山下等人，1975年；諸岡等人，1976年）。即，張力的計(jì)算是只能用主電機(jī)電流（ii），這

15、是簡(jiǎn)要介紹如下Ti=fT(Ii，Pi，li，) (16)不過(guò)，這是表明，從圖3和4 看出，帶鋼頭部的寬度收縮與相鄰兩架軋機(jī)主電機(jī)目前的差異有密切的關(guān)系。此外，從張力控制的角度來(lái)看，在張力的計(jì)算模型中考慮目前主電機(jī)的差異，這是可取的。因此，我們使用這兩種隨著電機(jī)電流和（i+1）次電機(jī)電流計(jì)算中間機(jī)座的張力，描述如下：Ti =Ti，ref +Ti， (17)其中Ti，ref對(duì)張力Ti和有參考價(jià)值，其中Ti可從公式（16）中描述。Ti=fT(Ii+1-Ii+1lock on)-(Ii-Ii，lock on)，Pi，li， (18)Ti=fT(Ii+1-Ii)，Pi，li， (19)當(dāng)中間機(jī)座的單位張

16、力(i =(Ti/hi·Wi)達(dá)到參考的單位張力(i，ref).，Ii，lockonIlock on+1是第i和(i+1)座軋機(jī)的主電機(jī)電流。在第2段看出，當(dāng)兩架軋機(jī)的電流差異達(dá)到最大時(shí)寬度收縮發(fā)生。因此，建議張力計(jì)算模型可由從式公式（6），（9）及（19）描述。Ti=1/biliPi-C1i·(Ii+1-Ii) Vi/Ni-C2i·JidNi/dt+aiTi-1 (20)3.2帶鋼頭部張力控制計(jì)劃擬議的張力控制計(jì)劃如圖6所示，圖6 熱軋精軋機(jī)新的張力控制系統(tǒng)ASR的主張自動(dòng)調(diào)速傳統(tǒng)的的無(wú)活套張力系統(tǒng)的張力用第i座軋機(jī)的主電機(jī)電流計(jì)算而計(jì)劃系統(tǒng)用第i和(i+1)座

17、軋機(jī)計(jì)算。單位張力（）用公式（20）計(jì)算。這些參數(shù)由過(guò)程計(jì)算機(jī)和軋制過(guò)程給出或?qū)崪y(cè)出。表2-仿真條件第6架第7架厚度（mm）3.132.53軋輥直徑(mm)608608軋制速度(mpm)484598寬度(mm)1240活套角度(mm)20單位張力(kg/mm2)0.86張力是通過(guò)調(diào)整第i架軋機(jī)的軋制速度來(lái)控制的，其中用的是PI控制。帶鋼頭部擬議的張力控制計(jì)劃，歸納如下，并顯示在圖7 。圖7 張力控制算法的流程圖第1步：決定帶鋼是否達(dá)到（i+1）架軋機(jī)。第2步：當(dāng)ii=ii，ref.每個(gè)軋機(jī)的'鎖'電流(Ii，lockon，I(i+1)，lockon)設(shè)置第3步：當(dāng)活套角（i）低

18、于參考值時(shí)測(cè)量電流和'鎖'電流之間的差異（Ii，Ii+1）被計(jì)算。第4步：?jiǎn)挝粡埩ψ兓挠?jì)算方法是通過(guò)(Ii+1-Ii)和公式（20），目前的差異大于一常數(shù)由過(guò)程計(jì)算機(jī)任意設(shè)置。第5步：第i架軋機(jī)的主電機(jī)速度，由PI控制器控制，當(dāng)i是大于一個(gè)常數(shù)。第6步：如果帶鋼不通過(guò)帶鋼頭部，則轉(zhuǎn)到步驟3。請(qǐng)注意，所提出的算法是有別于無(wú)活套系統(tǒng)如表1所示。4 仿真結(jié)果在本節(jié)中，從模擬分析了算法的有效性。我們考慮的第6和第7架軋機(jī)的張力變化，因?yàn)榇蟛糠莸膶挾仁湛s發(fā)生他們的軋機(jī)上。由于帶厚度是最薄和軋制速度是最快的，過(guò)張力很容易發(fā)生在軋機(jī)上。仿真條件如表2所示。圖8有張力控制和無(wú)張力控制的單位張

19、力圖8顯示這兩種情況下的單位張力，它決定該張力控制是否被執(zhí)行。在這個(gè)數(shù)字中，速度干擾增加到1.1S來(lái)獲取過(guò)張力和張力控制在0.7-1.7s這表明通過(guò)模擬結(jié)果，最大張力在該條件下張力控制是減少了10，相較于在頭部帶其他條件。帶鋼頭部張力控制對(duì)中間部分的張力一個(gè)良好的作用，圖9顯示主電機(jī)轉(zhuǎn)速為同一條件。這表明通過(guò)數(shù)字的速度與參考張力控制是不同的減小過(guò)張力，但對(duì)另一條件不是多種多樣的。因此據(jù)認(rèn)為，在提高帶鋼頭部張力控制的所提出的控制算法是非常有效。圖9有張力控制和無(wú)張力控制的第I架軋機(jī)的軋制速度圖10配置張力控制系統(tǒng)圖11厚帶現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果在本節(jié)中，這表明從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在帶鋼頭部寬度收縮

20、透過(guò)擬議的張力控制算法已減少。該算法是適用于該光陽(yáng)1號(hào)熱軋浦項(xiàng)制鐵帶鋼軋機(jī)，系統(tǒng)配置顯示在圖10。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器它能從過(guò)程計(jì)算機(jī)與PLC（可編程邏輯控制器）收集的過(guò)程中安裝數(shù)據(jù)，軋制數(shù)據(jù)。速度控制的計(jì)算是從張力控制器轉(zhuǎn)送速度的PLC。圖11顯示寬帶鋼現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果，（3.7毫米）。測(cè)量的張力，是指從活套電流后1秒以來(lái)計(jì)算的張力，帶鋼是在第7架軋機(jī)軋入。由于在1秒活套電流不穩(wěn)定， 從活套電流計(jì)算的張力，是不可靠的，不能用于張力控制。圖12薄帶鋼現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果，圖12薄板現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 在這個(gè)數(shù)字所代表的建議的控制算法，第7架軋機(jī)的軋制時(shí)間為11.6s。從這個(gè)數(shù)字可知，計(jì)算的張力是比目標(biāo)的張力大（1

21、.1kg/mm2），活套的角度低于目標(biāo)的角度（16）。在其他換言之，我們看到事實(shí)，在第6和第7架軋機(jī)之間的過(guò)張力已發(fā)生。即使過(guò)張力在中間機(jī)座出現(xiàn)，但寬度不收縮，那是因?yàn)樵趲т擃^部的提議控制。圖12顯示的為薄帶（2.7毫米）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果。目標(biāo)張力是1.3kg/mm2和目標(biāo)活套角18。測(cè)試結(jié)果與圖11類似。寬度收縮可以通過(guò)控制主電機(jī)速度盡量減少。圖13 -寬度回歸，電流差和活套角度。圖14 -寬度回歸和速度的差異圖13和14顯示，回歸結(jié)果從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試軋制所得的數(shù)據(jù)，相鄰兩軋機(jī)主電機(jī)電流的不同和最小寬度的復(fù)原，活套角顯示在圖13 。當(dāng)電流差距大，張力是正如前高度運(yùn)作。因此，活套角度低和最低的寬度也小。圖14顯示同樣的回歸之間的最低寬度和相鄰軋機(jī)速差的。從這些數(shù)字， 回歸模型可描述如下最小寬度=0.007x21+0.01x1+6.17， (21)最小