帶材板形的自動控制

1、帶材板形的自動控制第1頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三一、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。第2頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三三、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際板形信號，計算實際板形與目標(biāo)板形的偏差，經(jīng)板形控制計算機(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)

2、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。 第3頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三（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：獲取實際板形信號?？刂葡到y(tǒng)：由比較環(huán)節(jié)、板形控制計算機(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、調(diào)節(jié)、控制板形第4頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三 由于板形控制的實質(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

3、機(jī)構(gòu)。第5頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三 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第6頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三2. 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，用理論計算方法或統(tǒng)計方 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際軋出帶 鋼的板形好

4、壞加以調(diào)節(jié)。第7頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三5.2 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式表示法 第8頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三二、帶鋼平直條件 板形良好條件第9頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三三、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)計原始凸度的設(shè)計 第10頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三四、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

5、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)速度慢不能實現(xiàn)在線的即時控制 對異常板斷面（如局部高度）等缺陷無法控制 第11頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三2. 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第12頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三 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

6、輥縫凸度的影響第13頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三五、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 第14頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三實際檢測時：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

7、距，直接檢測帶鋼的顯性板形即可。 第15頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三冷軋帶鋼一般采用大張力軋制，而掩蓋了實際的板形缺陷。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，才能及時通過軋機(jī)自動控制系統(tǒng)進(jìn)行板形調(diào)整，從而保證實際板形的良好。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)用前景廣闊第16頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三2. 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)

8、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)者所期望的實物板形質(zhì)量，其研究過程經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。 第17頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三 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參數(shù)：形狀，即目標(biāo)曲線號幅值，即曲線正負(fù)值的大小。第18頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三3. 板形調(diào)控機(jī)構(gòu)的設(shè)定計算（1）概念設(shè)定計算 ：利用數(shù)學(xué)模型計算出板形調(diào) 控機(jī)構(gòu)各相關(guān)的

9、調(diào)節(jié)量，并 輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的過程。 設(shè)定計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。 第19頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三（2）設(shè)定計算的給定方法手動給定：憑經(jīng)驗給定計算給定：按數(shù)學(xué)模型計算給定，包 括統(tǒng)計法、表格法、解析 法和數(shù)值法4種。（3）設(shè)定計算的控制策略：根據(jù)板形調(diào) 控手段的數(shù)量和各自特點(diǎn)，確定設(shè) 定計算調(diào)節(jié)的先后順序或稱優(yōu)先 權(quán)，以及計算初值和極限值如何選 取。第20頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三 優(yōu)先權(quán)選擇原則以保證動態(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、軋制過程中不可動態(tài)調(diào)節(jié)的調(diào)控手段先調(diào)。 軋制過程中對

10、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角屬于動態(tài)不可調(diào)的一類。第21頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三 設(shè)定計算的基本過程：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， 輥縫凸度尚未達(dá)到要求且還有控制手 段可調(diào)時，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。第22頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三4.

11、板形自動控制的實現(xiàn) 實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 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) 第23頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三5.3 帶鋼板形前饋（開環(huán)）控制 一、功能應(yīng)用前提：在實際軋制時，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厚度自動控制系統(tǒng) P波動 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

12、度波動輥縫形狀變化影響到帶材的板形 第24頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三2. 功能：設(shè)定最佳參數(shù)，通過對軋制工 藝參數(shù)的實時測量而相應(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 的實際板形。 板形前饋控制時，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。 第25頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三二、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態(tài)調(diào)節(jié)板

13、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。第26頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三2. 前饋控制量的計算：即彎輥力調(diào)節(jié)量 的計算 思路：熱軋時，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 力和熱凸度變化時帶材凸度不發(fā)生變 化，則有C=0 彎輥力的調(diào)節(jié)量為 第27頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三三、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。前饋控制量的計算：思路：采用與設(shè)定計算相類似的方法。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)

14、比例系數(shù)F ，即第28頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三其次依軋制力變化的大小計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)。第29頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三5.4 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，直接影響到實物板形的質(zhì)量。第30頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三熱連

15、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測結(jié)果，反饋調(diào)整最后一個或幾個機(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)。第31頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三二、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，并計算各 個調(diào)控手段的調(diào)節(jié)量。 第32頁，共42頁，2022年，5月20日

16、，5點(diǎn)0分，星期三1. 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個層次。在每個控制層次之中，如果有不止一個調(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)。第33頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三（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)定計算時的原則正好相反，以保證控制的響應(yīng)速度 第34頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三（3）

17、 接力方式的具體過程：首先計算實測板形與板形目標(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)量計算循環(huán)結(jié)束后，按接力控制的順序開始計算下一個控制層次的調(diào)節(jié)量，此時板形偏差需作更新，即要從原有值中減去可由上次計算中得出的調(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)量的計算。第35頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三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，剩下的偏差則由具有次

18、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)量計算業(yè)已完畢后，進(jìn)行調(diào)節(jié)量輸出。第36頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三（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調(diào)控手段上分別計算各個調(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，在控制時各個調(diào) 控手段仍可同時動作。第37頁，共42頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三（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)法登山搜索法等第38頁，共42頁，202