冷軋計算機控制系統(tǒng)

冷軋計算機控制系統(tǒng)

?冷連軋生產工藝的發(fā)展是以裝備、電子和控制等技術

成就為基礎的，特別是它的控制和調節(jié)已經不是人力

所能勝任的，因此要進一步提高產量和質量，只有依

賴于計算機自動控制才能實現(xiàn)。

?軋機系統(tǒng)是一個多輸入多輸出的非線性時變系統(tǒng)，每

一個工藝參數(shù)就是一個復雜、多變的子系統(tǒng)，它們彼

此又是互相聯(lián)系、互相制約的，并且在隨時變化之中

■計算機控制的基本任務是：根據(jù)工藝目標和變化的實

際情況確定最佳的工藝控制參數(shù)值，即最佳化設定計

算；按照設定值對生產過程進行實時的控制和調節(jié)。

1

1.冷軋工藝對計算機控制的要求

冷軋生產要求計算機除了具備常規(guī)軋制

的工藝參數(shù)設定、厚度自動控制和多種

自動操作等功能外，還必須解決好焊縫

檢測與跟蹤，也就是要求計算機應具有

更多的控制功能和更高的控制精度。

2

?生產過程控制的數(shù)學模型化，即可以用數(shù)學模型公式

來描述生產過程中各個工藝參數(shù)的定量關系，而且具

有自適應自學習功能，使得模型的設定計算精度更接

近不斷變化的實際過程。

?生產過程各種操作和調節(jié)的高度自動化。除了上料、

卸卷、穿帶和甩尾等操作要求自動化外，工藝參數(shù)調

節(jié)和質量控制也要在計算機的直接控制下工作。

?計算機既要按一定程序進行工藝控制，又要在操作人

員監(jiān)視下工作，必要時還要接受干預的指令。系統(tǒng)要

有廣泛的數(shù)據(jù)交換，既有足夠的數(shù)據(jù)顯示和圖像顯示,

又有過程控制終端進行人機對話。

?計算機過程控制的高度實時性、精確性和可靠性，要

求系統(tǒng)在毫秒級響應、按時序節(jié)拍無誤地工作。

2.厚度控制技術

厚度是板帶鋼最主要尺寸質量指標之一，厚

度自控是現(xiàn)代板帶生產中不可缺少的重要組

成部分

?厚度精度指縱向厚度的精度和橫向的精度。

縱向厚度的精確度主要取決于有載相縫的大

小。

?橫向厚度的精確度主要取決于有載相縫的

形狀。

2.1P—h圖的建立

2.1.1.1彈性曲線一一表示軋機彈性變形與軋制力間關系曲線

P

So，：原始空載輻縫

Hh

f：軋機彈性變形量

?軋機剛度系數(shù)K=tga=AP/Af

?K物理意義：當軋機產生單位彈性變形時所需施加的負載量。

5

(2)考慮預壓變形時彈性曲線

gkl與OkT對稱

S?！涸伎蛰d輻縫對應彈跳方程:

s0：考慮預壓變形時的（相當）空載輻縫

h=S0+^^-

S：壓力為0時輻縫指示器讀數(shù)K

6

2.1.1.2塑性曲線

當B、H、R、……均一定時,可認為P隨h而變

定義：件塑性剛度系數(shù)AP

7

2.1.1.3彈一塑性曲線（P—H圖）

為了討論方便，彈、塑性曲線均用直線代替:

s0：將曲線以直線取代時的（假定）空載輯縫

K：軋機剛度系數(shù)

8

(2)考慮預壓變形時P-H圖

P-P

彈跳方程：h=S0+—^

A

h：出口厚度

So：考慮預壓變形時的(相當)空載輯縫

Po：預壓靠力P：軋制壓力

K：軋機剛度系數(shù)

?可較直觀地分析H、h、P以及S0等參數(shù)關系，是彈跳方程和塑性方程聯(lián)

解的一種圖解形式；

?直觀地反映了軋制條件和軋機剛度對h的影響，并能對軋機操作調整進

行分析，是厚控的基礎。

9

2.2厚度變化原因及特點（規(guī)律）

2.2.1厚度差（hp類型：

（1）頭部厚度偏差：

主要原因：空載輻縫設置不當；

來料參數(shù)，時未能及時調整S0；

件厚

設定值

件長

（2）同板厚差（縱向厚差）：

主要原因：是埒一使輻縫S。不變的情況下hf

10

2.2.2厚度變化主要原因及特點〃=s0+2￥

(1)影響K的因素

K：當軋機產生單位彈性變形時所需施加的負載量

K=f(P、B、V、輻材質、凸度、％與D支接觸狀態(tài).....)

?一般認為：在一定軋機上對一定產品B,可認為K不變

?Kf一有利軋更薄

目前一般K>500~600t/mm

11

(2)影響So的因素

So決定軋機彈跳起始位置，包含：

-壓下位置，一即Sof-hj;-

?軋機部件熱脹、輻磨損、偏心一一hf;

12

(3)影響P的因素一軋件及工藝方面原因

1)軋件溫度、成分、組織性能不均等

Pt2t熱軋TC]

P2\'、/

TC1一of(Kf)一Pf一P/Kf一ht

.7、T2C<T；C

Pl

0Soh]h2Hh(H)

冷軋--o?(Kt)->PT-P/KT—hf

,

P

p】?V

P02>Gi.

0So%h2Hh(H)

13

2）速度變化一一通過f、油膜厚度、變形抗力等起作用

熱軋

2\/

?輻速Vj較大時油膜厚度，lSf—hf

p

>—1—7；v2>v1

一油膜厚度一

D-…/…--X、卜\油膜厚度T?VfT—S1AhT—h],

0-0

0Soh2h]Hh(H)

s

p

冷軋Vf「->l2\/

1一油膜厚度一城

P|3、V>V,

P2-----/\…2)

一。一一一；

VTo1PJ—P/K1SI-h,/Nh;..

0Soh2%H'h(H)

14

3）張力變化一一通過Qp、K起作用

例：穿帶、拋鋼時，帶鋼頭、尾張力是突然tor消失的

qj—Qp］、Kj—Pf一頭尾出現(xiàn)兩個厚度增大區(qū)—T切損

帶張力時的軋制力PE=P」（（加向+m2s2）

入口、出口張力因子⑼取0.5?0.667、Hi2取0.335?0.5）

15

4）坯料尺寸變化

Bj、H1一Ahf—P[-P/K1—S，—hf

Hf-Ahf—>Pf—P/KT—ST一hf

?通過預設定可使h［大大I,且軋機Kt一越易

消除町的影響fth精度

16

2.3厚度控制方法

厚度控制是通過測厚儀or傳感器（如輻縫儀、壓頭

等）對帶鋼實際軋出厚度h連續(xù)進行測量，并據(jù)實測值與

給定值相比較后的偏差信號，借助控制回路和裝置or計

算機的功能程序，改變壓下位置S、張力or速度，把厚度

控制在允許偏差范圍內。

實現(xiàn)厚度的系統(tǒng)一一AGC

按厚度調節(jié)方式不同分一一反饋式、厚度計式、

前饋式、張力、液壓式等

17

2.3.1調壓下一一調厚

2.3.1.1用測厚儀測厚的反饋式厚控系統(tǒng)

(1)控制方法

已知：M、K、h實測：h*fbh一求bS

18

例：當來料溫度位f時-hI控制措施一一調壓下一一fS

3h=fg=M

/M+K、

Ias=公rkJ

1JZL

6h/—K_「

7*M+K

Sh=--K-5S

M+K

(M\

3S=1+—Sh

稱“放大系數(shù)

"_宓_K八

~6S=M+K稱“壓下有效系數(shù)”or輻縫傳遞系

數(shù)

19

(2)特點討論：3h=—^—SS

M+K

?壓下效率低

20

21

2.3.1.2厚度計式(GM—AGC、P-AGC)

把整個機架作為測厚儀，在P發(fā)生1時自動快速調整輻縫。

(1)控制方法

實測：P*、S*——通過彈跳方程計算任何時刻h*=S*+P*/K-bh-調bS

22

Sh=fg=2

K+M=，1+絲］

M

KMIK)

同理：SS=fi'M+K、

、MK,

(M\

SP-fi3S=--1+—5P

K)

23

(2)特點討論

?克服了傳遞時間的滯后一t靈敏度;

?間接測厚，精度不高，要進行補償;

P-P

h=S+------^+K+G

K

,6：輻熱膨脹、磨損補償’

G：油漠厚度補償

?對壓下機構的電氣、機械系統(tǒng)及計算機程序運行等的滯后仍不能消除;

24

2.3,1.3前饋式一一主要用于出時的控制

(1)控制方法:

測％*64前饋送信號給第i架，提前調整壓下bSj

探

25

例一一當Ht-ht=＞控制措施一一可IS

6h

0S2Sihjh2HlH2h(H)

'K+M(K+MyM.'A"

3S=6h=C)ll

<K7IK)M+K

M

6S==-6H

K

26

(2)特點討論

?克服了反饋時間滯后問題；

?軋機對來料有自動糾偏能力Mt一糾偏能力t

M

8h=--------8H

M+K3h<3H

?屬開環(huán)控制，控制精度不高:

2.3.2調張力AGC

■利用前后張力來改變軋件塑性曲線斜率—=＞厚控

(1)控制方法

據(jù)厚差值調節(jié)軋機速度

實測h*匚二＞6h匚二＞____________________

調活套機構給定轉矩

由彈跳方程增量形式：3h=^S+—

°0K

8P=K(5h-3S^

壓力方程增量形式：9=里弗+更,

dhdQ

當6SQ=0時：

dP

3h/=/dQ

/bQ~K-切兒

0Sohjh2H[H2h(H)on

(2)特點討論

?控制中可使P保持不變；

?慣性小、反映快、穩(wěn)定、精度高；

?控制效果受限制；

一般應用于：

?冷軋末架一M大、輻壓扁嚴重時;

?熱軋h較小時一與調壓下配；

29

2.3.3調速度一一調厚AGC

因為：VLQ，、TC，、埒.…一P1-P/K,—hj

■典型的：熱連軋加速軋制一I頭尾溫差一I縱向厚差1?

據(jù)實際情況不同，可采用不同的厚控方式，往往多種厚控方法相結合

M不太大、6hf大時f調壓下為主

M較大、6hj較小時f調張力為主

幾個厚控方程：

3s=="3H

5S=1+—8h

IKJ

2.4秒流量AGC(或物流AGC、質量流AGC)

秒流量液壓AGC的關鍵是精確測量輻縫中的帶鑰厚度。

該方法是將進入輻縫的帶鋼通過安裝在軋機入口的數(shù)字

式光電碼盤分成等長度的區(qū)段(50?80mll1),然后通過入

口測厚儀和安裝在出口的數(shù)字式光電碼盤分別測出每段

的軋前厚度和軋后長度。根據(jù)金屬秒流量相等的原理，

就可以計算出每段的實際軋出厚度。

設入口測厚儀測量的每段帶鋼厚度為H,通過計算機移

位貯存，然后在該段離開輻縫時取出，軋前的帶鋼長

度L由入口光電碼盤測出，與此同時，該段軋后的長度/

■31

秒流量AGC帶鋼厚度測量原理

由出口光電碼盤測出。根據(jù)金屬秒流星相等的原理（忽略

寬展），使可以計算出該段帶鋼的實際軋出厚度力為：

32

HLVH

h7=——或hZ=-^H—

I%

H-入口段帶鋼厚度；

h——出口段帶鋼厚度；

L、I一入、出口段帶鋼長度；

入口帶鋼速度;

%——出口帶鋼速度。

33

厚控系統(tǒng)的取樣、信息存貯移位、數(shù)據(jù)輸出、計算和控制

周期的控制（此處的周期為長度，不是時間）都由入口光電

碼盤控制。假若光電碼盤的脈沖數(shù)為20000個/m,則50mm

帶鋼長度便對應于1000個脈沖。當入口光電碼盤脈沖記數(shù)

由0達到1000時，便自動發(fā)出指令，執(zhí)行上述功能，然后

再接著開始下一次的脈沖記數(shù)。

2.5現(xiàn)代液壓壓下系統(tǒng)的一般結構

現(xiàn)代化液壓壓下系統(tǒng)的加速度能達到500mm八2,加速和減

速時間只幾十毫秒。加速大約在10ms的空載之后開始，

8ms后能使最大速度達到4mm/s,再經17ms的勻速調節(jié)之

后便開始減速，經81ns后可使壓下系統(tǒng)制動。液壓壓下調

節(jié)移動100pm總共需要43ms,如果調節(jié)距離再小一些，

以勻速移動，其調節(jié)時間會更短些。

34

力側5側

壓下油、煎壓下油缸伺服閥既是定位器,

位置傳感器-

力側又是對實際壓下位

實際位置置進行反饋的位置

』I驅動

1—1電機傳感器。被加速的

實儲要制力□物質是液壓缸內的

空際扎制力

油。500mm/s?以上

武厚儀的加速度是通過液

壓缸內的工作壓力

和蓄勢器壓力之間

液選緊跣

T的壓力差來實現(xiàn)的。

$~硒欲差

I:壓下位置的測量是

音標出實測做

目標值/實測值直接在液壓缸上進

行，滯后現(xiàn)象便被

H手動設定值

L厚度控制系維實際厚度消除掉了。

I.I_

軋輕直役遺次數(shù)據(jù)

35

液壓厚度控制系統(tǒng)

為了防止因液壓缸傾斜而出現(xiàn)測量誤差，將兩個壓下位置傳感器以

180。錯開排列方式進行安裝。因此送給位置控制系統(tǒng)的實際位置值，便

是兩個位置傳感器所測結果的平均值。

伺服放大器用于確定實際位置與目標位置（給定位置）的偏差，然后將

此偏差信號直接送給伺服閥的功率放大器，經伺服閥去調節(jié)流入液壓缸

的油量，使之增加或減少，以便實現(xiàn)壓下位置的改變。

在軋制過程中，液壓缸上有490.35kPa的穩(wěn)定壓力作用在活塞桿上。液

壓缸是密封的，以防空氣進入缸蓋里。在高達21.58MPa的工作壓力下,

沒有密封不足的問題。如果從工作端到活塞桿末端間有滲油，可以通過

490.35kPa的液壓系統(tǒng)排出。

軋機的傳動側和操作側都裝有單獨的位置控制回路，按給定位置的

目標值進行控制.保證兩邊軋輻平行工作。速度同步一般是由外加的同

步控制器來保證。

_■_■__■__I_■__■_36

液壓系統(tǒng)的油箱、系統(tǒng)內的和系統(tǒng)與

軋機之間的連接管線都用不銹鋼制造O

低壓區(qū)過渡器網眼的尺寸為3Pm,高壓

區(qū)的擋柵過濾器網眼尺寸為25klm,通

過它們來保證循環(huán)油所必需的純度。當

采用了這些措施之后，伺服閥工作幾年

也不需更換一次。

37

3.冷軋板形控制

■冷軋以控制帶材平直度為核心;

?輻徑/輻身長比值一小相徑化—降低軋制力;

復合板形的控制

?以反饋控制為主，連軋機以末架控制為主

■熱軋板形對冷軋的影響和遺傳因素

38

3.1工作相直徑與板形缺陷發(fā)生特點

-j

-o

」

<u

ter

n

S-b

U-

-s

Eus

6s?d

Uv6p

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3o-y

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￡(P

3田

oQU

oN

BQ方8

u=J

ecC

2S

o:

Workrolldiameter

39

3.2板形控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構

1軋輻傾斜

2彎輻

A力作用在輯頸上

B力作用在輻身上

3軋輻橫移

A中間輻橫移

BCVC根橫移

4影響輻型

A通過冷卻水

B通過內壓

40

3.3冷軋機的主要機型

CVG4軋機

的結構特點

1液壓壓下

2工作輻橫

移

3工作輻彎

根

4HS

5精細冷卻

41

CVC6軋機

的結構特點

1工作輻彎輻

2HS

3中間輻彎輻

4中間輻橫移

5液壓壓下

6精細冷卻

BUR傳動

的4輻軋機

1工作相軸向移

動

2HS

3WRB

4支撐根傳動

5液壓壓下

6精細冷卻

43

6根CVC軋機的軋輻水平穩(wěn)定化裝置

IMRshiftingsystem

HSsystem

44

精細冷

卻系統(tǒng)

的噴射

裝置

精細冷

卻系統(tǒng)

的噴射

裝置

46

冷卻水精細冷卻的狀態(tài)

Coolingzone30s

47

HC軋機的原理

IDEALMILL

_,一_._.：*-一■--

(L-W)

ShapeEdaeUndesirableShapeF|at

contactarea

Wheny/orkrolldeflectionisincreased:

1.InitialcrownsarenvcvwaryForworkrolls.

2.WorkrollInvenlocyishigh.

3.Reductionofworkrolldiameterisdifficult.

4.Workrollbendingisineffective.48

UCM軋機的特征

UCMWitlEFFECT

1)CompoundSUinpeControl

2)kriprownerrlofstripshape

3)R?ducMiedgdrop

CausedPrerequisite

NeedsRequireir^ntsproblemsTechnology

CompoundBuckle

Shape

49

UCM軋機的特點

UCM軋機的特征

4H-MIIIHCM-MillUCM-Mill

CNthCrown)艇Roll)(FlatRoll)

GrownControl

{WithoutTheFial]

\Crown/

rnermalCrown

Capabilityof

CrownCentro

UCM軋機的調整

UCM軋機的調整

3.4冷軋板形控制系統(tǒng)

341四輻軋機的板形控制方案

位置控制回路

壓下水平調整

液壓壓下

初始設定

位置控制回路

橫移位置量WR橫移

初始設定

壓力控制回路

WRB

彎根調整量

設定特性基本冷卻

精細冷卻值

基本曲線

偏差類型

數(shù)學分析控制變量計算

54

3.4.2六輻軋機板形自動控制系統(tǒng)

55

3.4.3板形基本曲線的確定原則

生產者期望的板形質量:平直或一定大小的浪形

一轉換成與板形儀檢測結果含義相同、計算機能

識別的張應力值（包括后續(xù)工序的要求）

?補償或消除板形儀實測信號中的非板形信號：帶

材橫向溫度分布、測量根的撓曲、卷取機軸線偏

斜、帶卷外廓凸度、帶材邊緣對最外側測量區(qū)覆

蓋不完全、設備安裝和磨損產生的位置偏差等造

成的附加應力

56

板形基本曲線的舉例?ABB

248

Ft(x)=(K/100)X(A0+A2X+A4X+A8X)

K--目標曲線的幅值百分比系數(shù)

A。、A2>A4>A8-一系數(shù)

無量綱寬度，取值范圍一1?0~+1?0

A2、A4、Ag由工藝確定；A。由下式確定:

F(x)dx=0

—1

57

■■HHI

344反饋控制的策略一接力方式

?優(yōu)先權：響應快、靈敏度高的手段優(yōu)先權高

■控制層次：一次偏差；二次偏差；高次偏差

?同一層次中，以優(yōu)先權為序進行控制

例如，CVC—6軋機：

?第一層次：傾斜

?第二層次：WRB,IMRB,CVCshift（優(yōu)先權順序）

?第三層次：分區(qū)冷卻

58

反饋控制的策略一分配方式

?首先將板形偏差按照某種分配方式首先分配到各個調控手段上，然后

分別計算各個調控手段的調節(jié)量。如果有兩種以上的調控手段效果相

似，再控制時仍可各個調控手段同時動作。

?比例分配法：不同調節(jié)機構按照某種比例分別承擔板形偏差的控制；

?XO點法：將對稱板形部分經過最小二乘擬合，分解成為中部對稱板

形部分合邊部對稱板形部分，兩部分板形偏差分別有不同的機構進行

控制。（例中間部分由中間輻彎輻控制，邊部由WRB控制）

?登山搜索法：不事先規(guī)定各個機構控制的比例，而是按照最優(yōu)控制給

定不同板形機構的調節(jié)步長，試算調節(jié)效果，逐步逼近最優(yōu)點。

59

反饋控制計算模型一模式識別法

將板形檢測信號用最小二乘法擬合成為與板

形調控手段對應的若干種模式的綜合：

1.簡單的模式識別方法

x

8F(%)二/4(x)+a@i(x)+a2(/)2(x)+a3A()+a@4(x)+…

4(x)=1；C(x)=%；玄(X)=；A(x)=屹(x)=X4

60

3.4.5預設定基本思想

?根據(jù)來料規(guī)格制定軋制規(guī)程，選擇中間輻的最佳橫移

位置，并作為板形控制的粗調手段。

?中間輻橫移位置確定之后，根據(jù)目標板形值設定中間

輻彎輻力最佳值

?根據(jù)工作輻彎輻力和中間輻彎相力在給定的條件下的

最佳配合關系確定工作輻彎輻力的設定值。

61

〈開女D

I輸入扎制條件I

預

I計修單位寬軋而方］

設

根據(jù)板寬確定合適的中間轆橫兩1

定

計

算

［給定工作短彎輯加

程

序

框

圖

62

板凸度預報模型

?物理模型及假設條件

假設條件

-在任意分割單元內,

沿某方向相間接觸

壓力與沿該方向相

間軸線接近量成正

比

-軋件引起的工作輻

彈性壓編量與軋輯

受力成線性關系。

63

■

離散化方法及其基本方程

將支撐相轉身沿軸線方向劃分為2m+l個單元，坐標原點取在軋相

端部，各單元中點到坐標原點的距離為x(i)=(i-0.5)Axo

基本方程：

?力平衡方程

?力矩