新型六輥冷軋機(jī)工藝控制系統(tǒng)的可行性研究

1、 9/9新型六輥輥冷軋機(jī)機(jī)工藝控控制系統(tǒng)統(tǒng)的可行行性研究究一、六輥輥冷軋機(jī)機(jī)工藝控控制系統(tǒng)統(tǒng)的簡(jiǎn)介介六輥冷軋軋機(jī)是國(guó)國(guó)際上最最新出現(xiàn)現(xiàn)的新型型冷軋機(jī)機(jī)，目前前國(guó)內(nèi)也也僅引進(jìn)進(jìn)了幾臺(tái)臺(tái)由德國(guó)國(guó)著名廠廠商SMMS DDemaag生產(chǎn)產(chǎn)的六輥輥冷軋，價(jià)格昂昂貴，但但由于其其產(chǎn)品的的質(zhì)量和和效率相相對(duì)于傳傳統(tǒng)的四四輥冷軋軋機(jī)、有了很很大的提提升，所所以已成成為有色色金屬加加工領(lǐng)域域未來發(fā)發(fā)展的主主要裝備備之一。六輥冷軋軋機(jī)的核核心技術(shù)術(shù)是其工工藝控制制系統(tǒng)，主要包包括主傳傳動(dòng)控制制（MDDC），自動(dòng)厚厚度控制制（AGGC）和和自動(dòng)板板型控制制（AFFC）等等，如下下圖所示示：如上圖所所示，其其中關(guān)鍵鍵

2、的控制制系統(tǒng)包包括：主傳動(dòng)控控制系統(tǒng)統(tǒng)（MDDC）包包括開卷卷，主軋軋機(jī)，和和卷取的的電機(jī)和和驅(qū)動(dòng)器器。MDDC和傳傳動(dòng)間通通過光纖纖通訊，以保證證高速的的控制需需求。自動(dòng)厚度度控制系系統(tǒng)（AGCC）系統(tǒng)能為為軋機(jī)機(jī)機(jī)架位置置液壓控控制，輥輥縫控制制提供高高速的閉閉環(huán)運(yùn)算算處理。MDCC和AGGC控制制集成于于同一個(gè)個(gè)工業(yè)控控制機(jī)（AC8800PPEC）內(nèi)，為為MDCC和AGGC的參參數(shù)提供供緊密的的高集成成度數(shù)據(jù)據(jù)處理。自動(dòng)板型型控制系系統(tǒng)（AAFC）控制將將會(huì)獨(dú)立立的由另另一個(gè)工工業(yè)控制制機(jī)（AAC8000PEEC）完成。AGCC與AFFC之間間通過光光纖進(jìn)行行高速通通訊。光光纖通訊訊能為

3、AAFC控控制傾斜斜與彎輥輥的數(shù)據(jù)據(jù)以最小小延遲時(shí)時(shí)間傳遞遞到AGGC控制制器。AAFC控控制器通通過TCCP/IIP網(wǎng)路路鏈接以以VIPP協(xié)議和和板型測(cè)測(cè)量控制制系統(tǒng)實(shí)實(shí)現(xiàn)接口口。系統(tǒng)同時(shí)時(shí)也能為為以下第第三方設(shè)設(shè)備提供供Proofibbus接接口：測(cè)厚儀噴嘴閥控控制通用軋機(jī)機(jī)輸入/輸出軋機(jī)邏輯輯控制部部分PLLC數(shù)據(jù)分析析記錄系系統(tǒng)（IIBA）包含在在AGCC/AFFC包之之中。IIBA是是設(shè)備調(diào)調(diào)試運(yùn)行行和后期期的工藝藝分析的的重要工工具。重重要的數(shù)數(shù)據(jù)都會(huì)會(huì)在IBBA里配配置完成成?？蛻魬艨呻S時(shí)時(shí)方便的的調(diào)用。工藝數(shù)據(jù)據(jù)監(jiān)控和和系統(tǒng)診診斷系統(tǒng)統(tǒng)，能對(duì)對(duì)軋制過過程中的的系統(tǒng)數(shù)數(shù)據(jù)自動(dòng)動(dòng)的

4、進(jìn)行行分析并并反饋給給工藝工工程師。是一個(gè)個(gè)將控制制系統(tǒng)保保持在一一個(gè)高效效的生產(chǎn)產(chǎn)效率的的工具。目前六輥輥冷軋機(jī)機(jī)工藝控控制系統(tǒng)統(tǒng)主要由由國(guó)外公公司如SSMS Demmag和和Achhenbbachh等公司司提供，國(guó)內(nèi)在在這方面面的研究究還比較較薄弱，本科研研成果提提供的六六輥冷軋軋機(jī)工藝藝控制系系統(tǒng)包括括如下內(nèi)內(nèi)容：主傳動(dòng)控控制 (MDCC): 提供了了主傳動(dòng)動(dòng)的控制制，包括括主速度度曲線控控制。軋機(jī)動(dòng)作作控制: 提供供了壓上上缸的控控制，中中間輥和和工作輥輥彎輥控控制，中中間輥移移動(dòng)位置置控制，軋機(jī)機(jī)機(jī)架邏輯輯控制。自動(dòng)厚度度控制: 提供供了輥縫縫閉環(huán)控控制及偏心補(bǔ)補(bǔ)償控制制。提供供了渦

5、流流式測(cè)厚厚儀和其其配套的的系統(tǒng)接接口。自動(dòng)板型型控制: 通過過控制中中間輥的的位置和和工作輥輥及中間間輥的彎彎輥控制制，軋機(jī)機(jī)傾斜，工作輥輥噴嘴梁梁來控制制板型。工藝管理理系統(tǒng): 結(jié)合合了軋機(jī)機(jī)參數(shù)設(shè)設(shè)置表和和軋機(jī)基基本控制制邏輯功功能。二、六輥輥冷軋機(jī)機(jī)工藝控控制系統(tǒng)統(tǒng)的主要要內(nèi)容1. 主主傳動(dòng)控控制 (MDCC)基于工業(yè)業(yè)控制機(jī)機(jī)（AC8000PECC）開發(fā)發(fā)的傳動(dòng)動(dòng)控制程程序,為為鋁加工工行業(yè)六六輥軋機(jī)機(jī)開發(fā)的的功能塊塊能提供供了優(yōu)越越的速度度控制和和張力控控制的運(yùn)運(yùn)算模型型，程序序開發(fā)界界面以面面向客戶戶方便使使用的FFBD功功能塊為為編程語(yǔ)語(yǔ)言，根根據(jù)多年年的控制制系統(tǒng)調(diào)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)

6、，開發(fā)發(fā)了專有有的傳動(dòng)動(dòng)控制功功能塊，系統(tǒng)控控制功能能塊和工工藝控制制功能塊塊。所有有這些功功能塊注注重于傳傳動(dòng)和工工藝的控控制，并并提供友友好化的的用戶界界面和結(jié)結(jié)構(gòu)化的的編程。主傳動(dòng)控控制控制軋輥輥的主傳傳動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)基于速速度控制制。主傳傳動(dòng)的速速度為軋軋機(jī)的主主速度，并以一一個(gè)速度度斜坡的的平緩方方式將速速度參數(shù)數(shù)傳遞到到其它傳傳動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)，綜合合計(jì)算壓壓下量和和前滑值值，經(jīng)處處理的斜斜坡速度度用于控控制入口口側(cè)和出出口側(cè)的的帶材速速度。針針對(duì)于入入口側(cè)和和出口側(cè)側(cè)，加減減速率也也會(huì)經(jīng)運(yùn)運(yùn)算補(bǔ)償償輸出。出口側(cè)出口側(cè)卷卷取機(jī)采采取張力力控制。控制方方式為開開環(huán)控制制，并會(huì)會(huì)對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行機(jī)機(jī)械損

7、耗耗和轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣量的的補(bǔ)償運(yùn)運(yùn)算。卷卷取張力力建立于于工作輥輥和卷取取機(jī)之間間，本科科研成果果的卷徑徑計(jì)算伺伺服器能能為卷取取機(jī)提供供精確的的實(shí)時(shí)卷卷徑。摩擦力補(bǔ)補(bǔ)償計(jì)算算和自動(dòng)動(dòng)優(yōu)化功功能摩擦補(bǔ)償償一般說說來就是是對(duì)設(shè)備備中軸承承，齒輪輪和其他他可測(cè)量量的規(guī)律律性機(jī)械械損耗進(jìn)進(jìn)行補(bǔ)償償計(jì)算。補(bǔ)償?shù)臄?shù)數(shù)值基于于測(cè)量值值假定于軸軸承和齒齒輪補(bǔ)償償?shù)臄?shù)值值基于測(cè)測(cè)量值損損耗與關(guān)關(guān)聯(lián)是轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速. 通過傳動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)在在空載時(shí)時(shí)從零速速到最高高速的各各個(gè)速度度段所測(cè)測(cè)量到的的空載力力矩我們們能測(cè)算算出一條條摩擦力力補(bǔ)償曲曲線當(dāng)張力控控制被投投入的同同時(shí)，摩摩擦補(bǔ)償償也被激激活補(bǔ)償曲線線能通過過用戶控控制界面面

8、自動(dòng)的的進(jìn)行計(jì)計(jì)算得出出并自動(dòng)動(dòng)保存于于傳動(dòng)控控制的力力矩計(jì)算算模塊內(nèi)內(nèi)卷徑計(jì)算算卷徑計(jì)算算的基本本公式為為: D = VV / (pii * n * z)其中V為帶材材速度，n為電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速，z為減速速比為了得出出穩(wěn)定的的計(jì)算值值剔除誤誤差值，基于帶帶材厚度度和卷取取機(jī)轉(zhuǎn)速速在計(jì)算算中設(shè)定定了限定定范圍（直徑的的增減速速度限定定在帶材材每轉(zhuǎn)22倍的料料厚范圍圍內(nèi)），精確的的卷徑計(jì)計(jì)算能帶帶來穩(wěn)定定的張力力控制，尤其是是軋機(jī)的的起速階階段。加速度補(bǔ)補(bǔ)償加速補(bǔ)償償?shù)囊饬x義就是基基于前滑滑值和實(shí)實(shí)際料卷卷的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣量計(jì)計(jì)算出的的加速率率，然后在在卷取機(jī)機(jī)上增加加一個(gè)額額外的力力矩。加速補(bǔ)償償功能用用

9、于補(bǔ)償償設(shè)備在在加減速速過程中中所需的的額外的的力矩。補(bǔ)償?shù)挠?jì)計(jì)算基于于料卷的的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量。知道了料料卷的實(shí)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣量和和加減速速所需的的額外力力矩就能能精確的的計(jì)算出出加速率率。入口側(cè)開卷機(jī)基基于張力力控制。張力控控制方式式為開環(huán)環(huán)，帶有有機(jī)械摩摩擦力損損耗補(bǔ)償償和轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣量及及加速度度補(bǔ)償。入口張張力建立立于工作作輥和開開卷機(jī)之之間。設(shè)備操作作控制卷取和開開卷機(jī)張張力投入入/撤除在在主操作作臺(tái)上設(shè)設(shè)有單獨(dú)獨(dú)控制的的按鈕。軋機(jī)穿帶帶功能：操作員員工通過過點(diǎn)擊穿穿帶控制制按鈕，軋機(jī)能能啟動(dòng)并并加速到到設(shè)定的的穿帶速速度（所所有穿帶帶所需的的聯(lián)鎖條條件都需需得到滿滿足，并并在操作作員控

10、制制電腦上上通過不不同顏色色的指示示燈顯示示條件狀狀態(tài)）。軋機(jī)加速速功能：操作員員工通過過點(diǎn)擊加加速控制制按鈕，軋機(jī)會(huì)會(huì)自動(dòng)的的加速到到設(shè)定目目標(biāo)速度度并保持持該速度度運(yùn)行（所有加加速所需需的聯(lián)鎖鎖條件都都需得到到滿足，并在操操作員控控制電腦腦上通過過不同顏顏色的指指示燈顯顯示條件件狀態(tài)）。軋機(jī)停車車功能：操作員員工通過過點(diǎn)擊停停車控制制按鈕，軋機(jī)會(huì)會(huì)自動(dòng)的的降速到到停車狀狀態(tài)，所所有速度度控制的的傳動(dòng)運(yùn)運(yùn)行命令令會(huì)被取取消，但但是保留留進(jìn)行力力矩控制制的開卷卷和卷取取機(jī)運(yùn)行行命令，以保持持帶材張張力，直直到操作作員工按按下撤張張按鈕。軋機(jī)快停停功能：操作員員工通過過點(diǎn)擊快快速停車車控制按按鈕

11、，軋軋機(jī)會(huì)自自動(dòng)的以以保持設(shè)設(shè)備穩(wěn)定定的最快快速度進(jìn)進(jìn)行降速速直到停停車。并并保持開開卷和卷卷取機(jī)的的張力。所有速速度控制制的傳動(dòng)動(dòng)運(yùn)行命命令會(huì)被被取消，但是保保留進(jìn)行行力矩控控制的開開卷和卷卷取機(jī)運(yùn)運(yùn)行命令令，以保保持帶材材張力，直到操操作員工工按下撤撤張按鈕鈕。軋機(jī)速度度保持功功能：操操作員工工通過點(diǎn)點(diǎn)擊速度度保持控控制按鈕鈕，軋機(jī)機(jī)會(huì)停止止加減速速并保持持當(dāng)前速速度穩(wěn)定定。設(shè)備通過過速度斜斜坡曲線線平滑的的進(jìn)行加加減速以以達(dá)到目目標(biāo)速度度。2.自動(dòng)動(dòng)厚度控控制和自自動(dòng)板型型控制系系統(tǒng)(AAGC & AAFC)為實(shí)現(xiàn)六六輥軋機(jī)機(jī)高質(zhì)量量控制，AGCC和AFFC系統(tǒng)統(tǒng)必須提提供高質(zhì)質(zhì)量的檢檢

12、測(cè)和控控制以確確保生產(chǎn)產(chǎn)高質(zhì)量量的成品品。2 .11.1自自動(dòng)厚度度控制在六輥軋軋機(jī)方案案中，AAGC系系統(tǒng)必須須要保證證在高軋軋制速度度下的產(chǎn)產(chǎn)能和質(zhì)質(zhì)量需求求，以提提供最佳佳投資級(jí)級(jí)別所需需的性能能。AGC控控制系統(tǒng)統(tǒng)對(duì)于開開胚道次次的控制制功能如如下：反饋到輥輥縫控制制 : 為確保保精確的的出口厚厚度控制制包含了了以下功功能:比例-積積分控制制器 經(jīng)動(dòng)態(tài)態(tài)模型配配置好的的增益量量根據(jù)軋軋機(jī)的動(dòng)動(dòng)態(tài)參數(shù)數(shù)的變化化自動(dòng)的的調(diào)整速速度和位位置厚度度控制。速度補(bǔ)償償功能在在軋機(jī)的的加-減減速階段段自動(dòng)地地進(jìn)行修修正材料硬度度補(bǔ)償功功能為帶帶材的材材質(zhì)變化化做微量量修正偏心補(bǔ)償償控制: 偏心心度是

13、由由支撐軸軸承和軋軋輥的不不良磨削削造成的的。偏心心度會(huì)對(duì)對(duì)軋制質(zhì)質(zhì)量特別別是開胚胚道次的的成品質(zhì)質(zhì)量有不不良影響響，還有有一些運(yùn)運(yùn)行于低低速檔位位的退火火道次。自動(dòng)補(bǔ)補(bǔ)償功能能能最大大的消除除該影響響，自動(dòng)動(dòng)補(bǔ)償功功能基于于：通過DFFT功能能可以從從出口厚厚度直接接的鑒別別出偏心心誤差。通過同步步支承輥輥的數(shù)字字脈沖信信號(hào)偏心補(bǔ)償償?shù)拈]環(huán)環(huán)控制由由復(fù)變函函數(shù)控制制器完成成。2 .11.2自動(dòng)板型型控制板型控制制在濾波波軋機(jī)的的生產(chǎn)過過程中起起到非常常重要的的作用。優(yōu)秀的的板型控控制除了了能提供供合格的的產(chǎn)品外外還能為為軋機(jī)提提高生產(chǎn)產(chǎn)效率增增加軋制制速度。目標(biāo)板型型的產(chǎn)生生和誤差差計(jì)算目標(biāo)

14、板型型可以由由操作工工人工設(shè)設(shè)定，也也可以由由軋機(jī)控控制系統(tǒng)統(tǒng)預(yù)配置置（可選選）。預(yù)預(yù)設(shè)的板板型作為為控制目目標(biāo)，系系統(tǒng)會(huì)在在軋制過過程中自自動(dòng)的向向目標(biāo)值值靠攏。板型誤差差就可以以由目標(biāo)標(biāo)板型和和測(cè)量板板型的差差值計(jì)算算出。板型輪廓廓計(jì)算以下軋機(jī)機(jī)動(dòng)作能能調(diào)整來來料板型型：工作輥彎彎輥中間輥彎彎輥軋機(jī)傾斜斜以上動(dòng)作作的自動(dòng)動(dòng)控制由由二級(jí)系系統(tǒng)提供供并能根根據(jù)來料料寬度實(shí)實(shí)現(xiàn)中間間輥的位位置控制制。這些些動(dòng)作的的配合在在一起優(yōu)優(yōu)化計(jì)算算能允許許我們糾糾正來料料板型。軋機(jī)機(jī)架架動(dòng)作控控制器通過彎輥輥和傾斜斜模型，系統(tǒng)能能自動(dòng)的的調(diào)整輸輸出來糾糾正板型型的誤差差。特殊殊功能的的曲線自自適應(yīng)技技術(shù)使

15、我我們能通通過邊部部板型的的測(cè)量來來實(shí)現(xiàn)控控制。彎彎輥和傾傾斜控制制都通過過比例+積分控控制器并并對(duì)于不不同的來來料厚度度和軋機(jī)機(jī)運(yùn)行速速度加有有適當(dāng)?shù)牡脑鲆?，從而來來提供穩(wěn)穩(wěn)定的，優(yōu)化的的板型控控制響應(yīng)應(yīng)。噴嘴控制制經(jīng)過傾斜斜和彎輥輥后剩余余的板型型誤差經(jīng)經(jīng)由工作作輥噴嘴嘴梁來修修正。通通過安裝裝在板型型測(cè)量輥輥同列上上的噴嘴嘴控制閥閥通斷來來修正板板型。噴噴嘴控制制器包含含：噴嘴順控控剩余板型型誤差修修正：通通過控制制不同區(qū)區(qū)域的噴噴嘴流量量來修正正板型。平均流量量控制：將噴嘴嘴控制在在一個(gè)平平均流量量上可以以保持工工作輥的的降溫和和潤(rùn)滑。平均流流量的控控制會(huì)根根據(jù)軋機(jī)機(jī)溫度自自動(dòng)的配配置

16、。噴嘴閥測(cè)測(cè)試： 噴嘴測(cè)測(cè)試控制制器能自自動(dòng)的依依次測(cè)試試每一個(gè)個(gè)噴嘴閥閥，每個(gè)個(gè)噴嘴閥閥打開一一定的時(shí)時(shí)間來讓讓操作人人員檢查查噴嘴梁梁各個(gè)區(qū)區(qū)是否工工作正常常。噴嘴脈寬寬調(diào)整控控制：為為了控制制各個(gè)區(qū)區(qū)域內(nèi)單單位板型型冷卻流流量，控控制器自自動(dòng)的調(diào)調(diào)整脈沖沖的開閉閉循環(huán)時(shí)時(shí)間。3. 工工藝監(jiān)控控與診斷斷系統(tǒng)本科研成成果為客客戶開發(fā)發(fā)了獨(dú)到到的一個(gè)個(gè)高效率率的AGGC運(yùn)行行和優(yōu)化化工具，可進(jìn)行行多樣化化的工藝藝調(diào)節(jié)，稱為工工藝監(jiān)控控和診斷斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)統(tǒng)提供了了一個(gè)基基礎(chǔ)的厚厚度和板板型分析析系統(tǒng)，能將每每個(gè)生產(chǎn)產(chǎn)道次的的關(guān)鍵工工藝，控控制信息息自動(dòng)的的采集并并反饋給給負(fù)責(zé)該該設(shè)備的的工藝，

17、生產(chǎn)工工程師。系統(tǒng)有有著豐富富的擴(kuò)展展內(nèi)容能能幫助工工程人員員快速的的判斷故故障所在在和及時(shí)時(shí)的解決決各種工工藝問題題，可以跟蹤蹤生產(chǎn)狀狀況優(yōu)化化軋機(jī)生生產(chǎn)。常用工藝藝數(shù)據(jù)的的評(píng)估記記錄軋制速度度，張力力，負(fù)載載等數(shù)據(jù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)計(jì)算厚差控制制的統(tǒng)計(jì)計(jì)分析料頭和料料尾的余余料控制制統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)據(jù)包括不同輥縫縫的3 西格瑪瑪偏差平均輥縫縫誤差百分比統(tǒng)統(tǒng)計(jì)成品品率%自動(dòng)的突突出顯示示整卷中中厚度超超范圍的的區(qū)域板型控制制包括精確計(jì)算算料卷頭頭，尾部部分的不不合格品品范圍平均板型型測(cè)量和和誤差統(tǒng)統(tǒng)計(jì)和噴噴嘴梁流流量記錄錄板型和噴噴嘴標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)計(jì)性能統(tǒng)計(jì)計(jì) (平均均值和目目標(biāo)值):遇故障自自動(dòng)郵件件報(bào)警厚

18、度差板型差可自定義義報(bào)警-例如張張力超范范圍將所有關(guān)關(guān)鍵的工工藝數(shù)據(jù)據(jù)保存于于標(biāo)本樣樣例中并并儲(chǔ)存于于服務(wù)器器內(nèi)服務(wù)器控控制軟件件一般安安裝于客客戶現(xiàn)有有的服務(wù)務(wù)計(jì)算機(jī)機(jī)內(nèi)，并并納入公公司的IIT網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中。系系統(tǒng)的數(shù)數(shù)據(jù)量會(huì)會(huì)自動(dòng)的的累積，成為公公司分析析產(chǎn)品和和質(zhì)量的的重要工工具，該該系統(tǒng)也也會(huì)成為為公司的的智能IIT系統(tǒng)統(tǒng)的一部部分。三 市場(chǎng)場(chǎng)分析 20009年年以來國(guó)國(guó)家出臺(tái)臺(tái)了一系系列的措措施提振振行業(yè)信信心。55月111日，國(guó)國(guó)務(wù)院正正式發(fā)布布有色色金屬產(chǎn)產(chǎn)業(yè)調(diào)整整和振興興規(guī)劃，通過過20009年的的整合，20110年-20112年鋁鋁工業(yè)在在國(guó)家的的宏觀調(diào)調(diào)控下會(huì)會(huì)有一個(gè)個(gè)大的發(fā)發(fā)展，鋁鋁制品終終端用戶戶對(duì)于鋁鋁制品品品質(zhì)的要要求也會(huì)會(huì)不斷的的提高，但是由由于在有有色金屬屬加工領(lǐng)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)內(nèi)企業(yè)仍仍然受限限于裝備備整體水水平低，因此在在產(chǎn)業(yè)鏈鏈上處于于低端，產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量低，效率不高高能耗大