冷軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

冷軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)冷連軋生產(chǎn)工藝的發(fā)展是以裝備、電子和控制等技術(shù)成就為基礎(chǔ)的，特別是它的控制和調(diào)節(jié)已經(jīng)不是人力所能勝任的，因此要進(jìn)一步提高產(chǎn)量和質(zhì)量，只有依賴于計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制才能實(shí)現(xiàn)。軋機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)多輸入多輸出的非線性時(shí)變系統(tǒng)，每一個(gè)工藝參數(shù)就是一個(gè)復(fù)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(shí)變化之中計(jì)算機(jī)控制的基本任務(wù)是：根據(jù)工藝目標(biāo)和變化的實(shí)際情況確定最佳的工藝控制參數(shù)值，即最佳化設(shè)定計(jì)算；按照設(shè)定值對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制和調(diào)節(jié)。

11.冷軋工藝對(duì)計(jì)算機(jī)控制的要求

冷軋生產(chǎn)要求計(jì)算機(jī)除了具備常規(guī)軋制的工藝參數(shù)設(shè)定、厚度自動(dòng)控制和多種自動(dòng)操作等功能外，還必須解決好焊縫檢測(cè)與跟蹤，也就是要求計(jì)算機(jī)應(yīng)具有更多的控制功能和更高的控制精度。2生產(chǎn)過程控制的數(shù)學(xué)模型化，即可以用數(shù)學(xué)模型公式來(lái)描述生產(chǎn)過程中各個(gè)工藝參數(shù)的定量關(guān)系，而且具有自適應(yīng)自學(xué)習(xí)功能，使得模型的設(shè)定計(jì)算精度更接近不斷變化的實(shí)際過程。生產(chǎn)過程各種操作和調(diào)節(jié)的高度自動(dòng)化。除了上料、卸卷、穿帶和甩尾等操作要求自動(dòng)化外，工藝參數(shù)調(diào)節(jié)和質(zhì)量控制也要在計(jì)算機(jī)的直接控制下工作。計(jì)算機(jī)既要按一定程序進(jìn)行工藝控制，又要在操作人員監(jiān)視下工作，必要時(shí)還要接受干預(yù)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(jìn)行人機(jī)對(duì)話。計(jì)算機(jī)過程控制的高度實(shí)時(shí)性、精確性和可靠性，要求系統(tǒng)在毫秒級(jí)響應(yīng)、按時(shí)序節(jié)拍無(wú)誤地工作。32.厚度控制技術(shù)

?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輥縫的大小。?橫向厚度的精確度主要取決于有載輥縫的形狀。

厚度是板帶鋼最主要尺寸質(zhì)量指標(biāo)之一，厚度自控是現(xiàn)代板帶生產(chǎn)中不可缺少的重要組成部分4

軋機(jī)剛度系數(shù)K＝tgα=?P/?fkg/mmK物理意義：當(dāng)軋機(jī)產(chǎn)生單位彈性變形時(shí)所需施加的負(fù)載量。（1）典型圖示S0’：原始空載輥縫

f：軋機(jī)彈性變形量HhP?P

?f

P

S0’h

α

f

gklS0f

P

2.1P－h(huán)圖的建立2.1.1.1彈性曲線－－表示軋機(jī)彈性變形與軋制力間關(guān)系曲線5對(duì)應(yīng)彈跳方程：

P0：預(yù)壓靠力

S0’：原始空載輥縫

S0：考慮預(yù)壓變形時(shí)的(相當(dāng))空載輥縫S：壓力為0時(shí)輥縫指示器讀數(shù)

（2）考慮預(yù)壓變形時(shí)彈性曲線

l’

P

SS0’S人工零位

S0

S0

hf=(P-P0)/k

h（f）

g

k

l

k’

0

P0

壓縮

拉伸

f

f’

α

gkl與0k’l’對(duì)稱gf＝0f’=S

0f=S0’+S＝S0

HhP=P0輥縫指示器0xxx62.1.1.2塑性曲線當(dāng)B、H、R、…….均一定時(shí),可認(rèn)為P隨h而變

定義：件塑性剛度系數(shù)

h3h1h2H(H)h?hi

?Pi

P

β72.1.1.3彈－塑性曲線（P－H圖）為了討論方便，彈、塑性曲線均用直線代替：

（1）不考慮預(yù)壓變形時(shí)P－H圖PP0S0βH(H)hh

α

對(duì)應(yīng)彈跳方程基本形式：

S0：將曲線以直線取代時(shí)的（假定）空載輥縫K：軋機(jī)剛度系數(shù)8

可較直觀地分析H、h、P以及S0等參數(shù)關(guān)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(jī)剛度對(duì)h的影響，并能對(duì)軋機(jī)操作調(diào)整進(jìn)行分析，是厚控的基礎(chǔ)。

S0

(P-P0)/kH(H)hh

P

P0

0

P

β

αC—等厚線彈跳方程：

h：出口厚度

S0：考慮預(yù)壓變形時(shí)的(相當(dāng))空載輥縫P0：預(yù)壓靠力P：軋制壓力K：軋機(jī)剛度系數(shù)（2）考慮預(yù)壓變形時(shí)P－H圖92.2厚度變化原因及特點(diǎn)（規(guī)律）

2.2.1厚度差（h?）類型：

（1）頭部厚度偏差：主要原因：空載輥縫設(shè)置不當(dāng)；來(lái)料參數(shù)?時(shí)未能及時(shí)調(diào)整S0

；件厚

設(shè)定值

件長(zhǎng)

1231‘2‘3‘（2）同板厚差（縱向厚差）：主要原因：是P?→使輥縫S0不變的情況下h?

102.2.2厚度變化主要原因及特點(diǎn)

（1）影響K的因素

K：當(dāng)軋機(jī)產(chǎn)生單位彈性變形時(shí)所需施加的負(fù)載量

K＝f（P、B、V、輥材質(zhì)、凸度、D工與D支接觸狀態(tài)…..）一般認(rèn)為：在一定軋機(jī)上對(duì)一定產(chǎn)品B，可認(rèn)為K不變0S0h2h1Hh(H)

K1

K2>K1

K2P

K↑→有利軋更薄

目前一般K>500～600t/mm

11（2）影響S0的因素

S0

決定軋機(jī)彈跳起始位置，包含：

壓下位置?→即S0?→h?；

軋機(jī)部件熱脹、輥磨損、偏心→S0?→h?；

0S2S1S3h2h1h3Hh(H)

P

12（3）影響P的因素←軋件及工藝方面原因1）軋件溫度、成分、組織性能不均等

T2?C<T?1C

h2>h1

0S0h1h2Hh(H)

P

1

2

P1P2熱軋T?C?－－T?C↓→σ↑（K↑）→P↑→P/K↑→h↑

σ2>σ1

0S0h1h2Hh(H)

h2>h1

P

2

1

P2

P1

冷軋－－σ↑（K↑）→P↑→P/K↑→h↑

13V2>V1（f2<f1）

0S0h2h1Hh(H)

P

2

1

h2<h1

P1P2冷軋V?→f?→P?→S?→h?

→油膜厚度?→P?→S?→h?

V↑→f↓→σ↓→P↓→P/K↓→S↓→h↓

2）速度變化－－通過f、油膜厚度、變形抗力等起作用

P

V2>V1

0S0h2h1Hh(H)

h2<h1

1

2

油膜厚度↑

P2P1熱軋輥速V?較大時(shí)油膜厚度?→S?→h?

V↑→油膜厚度↑→S↓→?h↑→h↓

SS↓V↑

14

3）張力變化－－通過Qp、K起作用

例：穿帶、拋鋼時(shí)，帶鋼頭、尾張力是突然↑or消失的

1

0S0h2h1Hh(H)

h2<h1

2

q2>q1

P

P1P2帶張力時(shí)的軋制力

入口、出口張力因子

m1取0.5～0.667、m2取0.335～0.5）

q?→Qp?、K?→P?→頭尾出現(xiàn)兩個(gè)厚度增大區(qū)→↑切損15

4）坯料尺寸變化0S0h1h2H1H2h(H)

H2>H1

h2>h1

2

1

P

P2P1

通過預(yù)設(shè)定可使h?大大↓，且軋機(jī)K↑→越易消除H?的影響→↑h精度

B?、H?→?h?→P?→P/K?→S?→h?

H↑→?h↑→P↑→P/K↑→S↑→h↑

162.3厚度控制方法

厚度控制是通過測(cè)厚儀or傳感器（如輥縫儀、壓頭等）對(duì)帶鋼實(shí)際軋出厚度h連續(xù)進(jìn)行測(cè)量，并據(jù)實(shí)測(cè)值與給定值相比較后的偏差信號(hào)，借助控制回路和裝置or計(jì)算機(jī)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(nèi)。實(shí)現(xiàn)厚度的系統(tǒng)－－AGC按厚度調(diào)節(jié)方式不同分－－反饋式、厚度計(jì)式、前饋式、張力、液壓式等

172.3.1調(diào)壓下－－調(diào)厚

2.3.1.1用測(cè)厚儀測(cè)厚的反饋式厚控系統(tǒng)(1）控制方法

已知：M、K、h實(shí)測(cè)：h*→δh→求δS厚度差運(yùn)算

厚控裝置

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

δSh*hδh

測(cè)厚儀

L

18稱“壓下有效系數(shù)”or輥縫傳遞系數(shù)

稱“放大系數(shù)由幾何關(guān)系：

T2>T1h2<h1

S2>S10S1S2h2h1Hh(H)

e

f

g

i

α

δS

δh

δP

P1

P2Pβ

T2T1C例：當(dāng)來(lái)料溫度T?C↑時(shí)→h↓控制措施－－調(diào)壓下－－↑S

19δSδh（2）特點(diǎn)討論：壓下效率低M大、K小時(shí)→C小δSδhδhM小→C大δSδh20

P?→對(duì)板形不利，不適合精調(diào)；

存在時(shí)間滯后；δSδhPP2P1執(zhí)行機(jī)構(gòu)

δSh*hδh

測(cè)厚儀

L

厚度差運(yùn)算

厚控裝置212.3.1.2厚度計(jì)式（GM－AGC、P－AGC）

把整個(gè)機(jī)架作為測(cè)厚儀，在P發(fā)生?時(shí)自動(dòng)快速調(diào)整輥縫。

（1）控制方法

實(shí)測(cè)：P*、S*－－通過彈跳方程計(jì)算任何時(shí)刻h*

=S*+P*/K→δh→調(diào)δS

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

δSh*δh

L

h++h*P*S*22T2>T1h2<h1

S2>S10S1S2h2h1Hh(H)

e

f

g

i

α

δS

δh

δP

P1

P2Pβ

T2T1h*P*S*+同理：

23

對(duì)壓下機(jī)構(gòu)的電氣、機(jī)械系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行等的滯后仍不能消除；（2）特點(diǎn)討論克服了傳遞時(shí)間的滯后→↑靈敏度；h*P*S*+δ：輥熱膨脹、磨損補(bǔ)償

G：油漠厚度補(bǔ)償

間接測(cè)厚，精度不高，要進(jìn)行補(bǔ)償；24δHi*

δSiHiHi*

i架

L

（1）控制方法：測(cè)Hi*δHi*

前饋送信號(hào)給第i架,提前調(diào)整壓下δSi

2.3.1.3前饋式－－主要用于H?時(shí)的控制250S2S1h1h2H1H2

h(H)δS

δhδHabcdg12P1

P2Pα

β

H2>H1h2>h1S2<S1由幾何關(guān)系：

例－－當(dāng)H↑→h↑控制措施－－可↓S

26（2）特點(diǎn)討論克服了反饋時(shí)間滯后問題；

軋機(jī)對(duì)來(lái)料有自動(dòng)糾偏能力,M↑→糾偏能力↑

屬開環(huán)控制，控制精度不高：δHi*

δSiHiHi*

i架

L

272.3.2調(diào)張力AGC0S0h1h2H1H2

h(H)δhδHg23PPα

β

H2>H1h2>h1Q3>Q21利用前后張力來(lái)改變軋件塑性曲線斜率

厚控（1）控制方法實(shí)測(cè)h*δh據(jù)厚差值調(diào)節(jié)軋機(jī)速度調(diào)活套機(jī)構(gòu)給定轉(zhuǎn)矩由彈跳方程增量形式：

壓力方程增量形式:

當(dāng)時(shí)：

28（2）特點(diǎn)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；0S0h1h2H1H2

h(H)δhδHg23PPα

β

H2>H1h2>h1Q3<Q21一般應(yīng)用于：冷軋末架←M大、輥壓扁嚴(yán)重時(shí)；熱軋h較小時(shí)←與調(diào)壓下配；292.3.3調(diào)速度－－調(diào)厚AGC

因?yàn)椋篤?→Q?、T?C?、f?….→P?→P/K?→h?

典型的：熱連軋加速軋制→↓頭尾溫差→↓縱向厚差

據(jù)實(shí)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(jié)合

M不太大、δh?大時(shí)→調(diào)壓下為主

M較大、δh?較小時(shí)→調(diào)張力為主幾個(gè)厚控方程：302.4秒流量AGC（或物流AGC、質(zhì)量流AGC）秒流量液壓AGC的關(guān)鍵是精確測(cè)量輥縫中的帶鑰厚度。該方法是將進(jìn)入輥縫的帶鋼通過安裝在軋機(jī)入口的數(shù)字式光電碼盤分成等長(zhǎng)度的區(qū)段(50～80mm)，然后通過入口測(cè)厚儀和安裝在出口的數(shù)字式光電碼盤分別測(cè)出每段的軋前厚度和軋后長(zhǎng)度。根據(jù)金屬秒流量相等的原理，就可以計(jì)算出每段的實(shí)際軋出厚度。設(shè)入口測(cè)厚儀測(cè)量的每段帶鋼厚度為H，通過計(jì)算機(jī)移位貯存，然后在該段離開輥縫時(shí)取出，軋前的帶鋼長(zhǎng)度L由入口光電碼盤測(cè)出,與此同時(shí)，該段軋后的長(zhǎng)度l31由出口光電碼盤測(cè)出。根據(jù)金屬秒流星相等的原理(忽略寬展)，使可以計(jì)算出該段帶鋼的實(shí)際軋出厚度h為：秒流量AGC帶鋼厚度測(cè)量原理32H——入口段帶鋼厚度；h——出口段帶鋼厚度；L、l——入、出口段帶鋼長(zhǎng)度；——入口帶鋼速度；——出口帶鋼速度?；?3厚控系統(tǒng)的取樣、信息存貯移位、數(shù)據(jù)輸出、計(jì)算和控制周期的控制(此處的周期為長(zhǎng)度，不是時(shí)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(gè)／m，則50mm帶鋼長(zhǎng)度便對(duì)應(yīng)于1000個(gè)脈沖。當(dāng)入口光電碼盤脈沖記數(shù)由0達(dá)到1000時(shí)，便自動(dòng)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—般結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化液壓壓下系統(tǒng)的加速度能達(dá)到500mm/s2，加速和減速時(shí)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(dá)到4mm／s，再經(jīng)17ms的勻速調(diào)節(jié)之后便開始減速，經(jīng)8ms后可使壓下系統(tǒng)制動(dòng)。液壓壓下調(diào)節(jié)移動(dòng)100μm總共需要43ms，如果調(diào)節(jié)距離再小一些，以勻速移動(dòng)，其調(diào)節(jié)時(shí)間會(huì)更短些。34伺服閥既是定位器，又是對(duì)實(shí)際壓下位置進(jìn)行反饋的位置傳感器。被加速的物質(zhì)是液壓缸內(nèi)的油。500mm／s2以上的加速度是通過液壓缸內(nèi)的工作壓力和蓄勢(shì)器壓力之間的壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)的。壓下位置的測(cè)量是直接在液壓缸上進(jìn)行，滯后現(xiàn)象便被消除掉了。

液壓厚度控制系統(tǒng)35為了防止因液壓缸傾斜而出現(xiàn)測(cè)量誤差，將兩個(gè)壓下位置傳感器以1800錯(cuò)開排列方式進(jìn)行安裝。因此送給位置控制系統(tǒng)的實(shí)際位置值，便是兩個(gè)位置傳感器所測(cè)結(jié)果的平均值。伺服放大器用于確定實(shí)際位置與目標(biāo)位置(給定位置)的偏差，然后將此偏差信號(hào)直接送給伺服閥的功率放大器，經(jīng)伺服閥去調(diào)節(jié)流入液壓缸的油量，使之增加或減少，以便實(shí)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(jìn)入缸蓋里。在高達(dá)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(jī)的傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)都裝有單獨(dú)的位置控制回路，按給定位置的目標(biāo)值進(jìn)行控制．保證兩邊軋輥平行工作。速度同步一般是由外加的同步控制器來(lái)保證。36

液壓系統(tǒng)的油箱、系統(tǒng)內(nèi)的和系統(tǒng)與軋機(jī)之間的連接管線都用不銹鋼制造。低壓區(qū)過渡器網(wǎng)眼的尺寸為3μm，高壓區(qū)的擋柵過濾器網(wǎng)眼尺寸為25μm，通過它們來(lái)保證循環(huán)油所必需的純度。當(dāng)采用了這些措施之后，伺服閥工作幾年也不需更換一次。373.冷軋板形控制冷軋以控制帶材平直度為核心；輥徑/輥身長(zhǎng)比值→小輥徑化→降低軋制力；復(fù)合板形的控制以反饋控制為主，連軋機(jī)以末架控制為主熱軋板形對(duì)冷軋的影響和遺傳因素383.1工作輥直徑與板形缺陷發(fā)生特點(diǎn)393.2板形控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)1軋輥傾斜2彎輥A力作用在輥頸上B力作用在輥身上3軋輥橫移A中間輥橫移BCVC輥橫移4影響輥型A通過冷卻水B通過內(nèi)壓401液壓壓下

2工作輥橫移

3工作輥彎輥

4HS

5精細(xì)冷卻CVC-4軋機(jī)

的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.3冷軋機(jī)的主要機(jī)型411工作輥彎輥2HS3中間輥彎輥4中間輥橫移5液壓壓下6精細(xì)冷卻CVC-6軋機(jī)

的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)42BUR傳動(dòng)的4輥軋機(jī)1工作輥軸向移動(dòng)2HS3WRB4支撐輥傳動(dòng)5液壓壓下6精細(xì)冷卻436輥CVC軋機(jī)的軋輥水平穩(wěn)定化裝置44冷卻水精細(xì)冷卻精細(xì)冷

卻系統(tǒng)

的噴射

裝置45精細(xì)冷

卻系統(tǒng)

的噴射

裝置46冷卻水精細(xì)冷卻的狀態(tài)47HC軋機(jī)的原理48UCM軋機(jī)的特征49UCM軋機(jī)的特點(diǎn)邊部有效各寬度預(yù)設(shè)定控制中部有效IMRB效果對(duì)帶鋼各部均有效IMRS效果WRB效果僅僅UCM軋機(jī)可以對(duì)負(fù)荷波形實(shí)現(xiàn)靈活的凸度控制4輥軋機(jī)不可能UCM軋機(jī)的效果帶鋼寬度撓度M型M型W型W型50UCM軋機(jī)的特征51UCM軋機(jī)的調(diào)整52UCM軋機(jī)的調(diào)整533.4.1四輥軋機(jī)的板形控制方案壓下水平調(diào)整位置控制回路液壓壓下初始設(shè)定橫移位置量位置控制回路WR橫移初始設(shè)定彎輥調(diào)整量壓力控制回路WRB基本冷卻精細(xì)冷卻值偏差類型數(shù)學(xué)分析控制變量計(jì)算基本曲線測(cè)量值處理設(shè)定特性3.4冷軋板形控制系統(tǒng)543.4.2六

輥軋機(jī)板形自動(dòng)控制系統(tǒng)553.4.3板形基本曲線的確定原則生產(chǎn)者期望的板形質(zhì)量：平直或一定大小的浪形→轉(zhuǎn)換成與板形儀檢測(cè)結(jié)果含義相同、計(jì)算機(jī)能識(shí)別的張應(yīng)力值（包括后續(xù)工序的要求）補(bǔ)償或消除板形儀實(shí)測(cè)信號(hào)中的非板形信號(hào)：帶材橫向溫度分布、測(cè)量輥的撓曲、卷取機(jī)軸線偏斜、帶卷外廓凸度、帶材邊緣對(duì)最外側(cè)測(cè)量區(qū)覆蓋不完全、設(shè)備安裝和磨損產(chǎn)生的位置偏差等造成的附加應(yīng)力56板形基本曲線的舉例-ABBFt(x)=(K/100)×(A0+A2x2+A4x4+A8x8)K----目標(biāo)曲線的幅值百分比系數(shù)A0、A2、A4、A8----系數(shù)x----無(wú)量綱寬度，取值范圍－1.0~＋1.0A2、A4、A8由工藝確定；A0由下式確定：573.4.4反饋控