雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)控制

雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)控制2006.5武漢主要內(nèi)容1.軋機(jī)設(shè)備及儀表2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成

3.計(jì)算機(jī)控制主要功能1.軋機(jī)設(shè)備及儀表1.軋機(jī)設(shè)備及儀表雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)是近年來(lái)國(guó)際上推出的很有特色的冷軋機(jī)機(jī)型，由于具有若干優(yōu)點(diǎn)，已成為冷軋帶鋼領(lǐng)域的一種重要機(jī)型?？蓳Q雙機(jī)架可逆冷連軋機(jī)的主要設(shè)備一般包括1#卷取機(jī)、1#張力輥、1#冷軋機(jī)、2#張力輥、2#冷軋機(jī)、3#張力輥、2#卷取機(jī)、卸卷小車等。主要儀表包括壓力儀、張力計(jì)、測(cè)厚儀、激光測(cè)速儀、輥縫儀和板形儀，軋機(jī)主要設(shè)備和檢測(cè)儀表如圖1所示。設(shè)備主要特點(diǎn)是：(1)生產(chǎn)能力50~100萬(wàn)t／a，適合與薄板坯連鑄連軋線配合提高冷軋生產(chǎn)效率；(2)可實(shí)現(xiàn)2、4、6道次軋制，更加靈活；(3)與2臺(tái)單機(jī)架軋機(jī)相比，投資節(jié)約20％，生產(chǎn)成本降低30％；與1套5機(jī)架連軋機(jī)相比，投資節(jié)約50％，生產(chǎn)成本相當(dāng)；(4)可以配備先進(jìn)齊全的自動(dòng)化儀表和控制手段，實(shí)現(xiàn)全道次質(zhì)量控制；(5)掌握雙機(jī)架冷軋機(jī)技術(shù)可以覆蓋到單機(jī)架和多機(jī)架連軋機(jī)。1.軋機(jī)設(shè)備及儀表2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成隨著液壓控制系統(tǒng)在壓下、彎輥和竄輥機(jī)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，加上全部控制都將作用于軋輥軋件形成的變形區(qū)，所以冷連軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必須滿足高速控制和高速通訊的要求。冷連軋機(jī)組除了一些順序邏輯控制可以采用PLC外，大部分功能要求實(shí)現(xiàn)高速控制，控制周期為1~10ms，因此需要大量采用高性能多CPU控制器(HPC)。由于厚度控制、張力控制和板形控制等多個(gè)質(zhì)量控制功能最終都用于變形區(qū)，因此多個(gè)功能之間的相互傳遞數(shù)據(jù)的速度要求很快，一般數(shù)據(jù)交換時(shí)間要求為1～2ms。目前能具有此能力也僅有美國(guó)GE、德國(guó)SIMENS等幾家大電氣公司，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)看可分為區(qū)域控制器群結(jié)構(gòu)和超高速網(wǎng)結(jié)構(gòu)兩大類。圖2為可逆冷連軋機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之一?？刂葡到y(tǒng)包括過程自動(dòng)化級(jí)L2、基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1和數(shù)字傳動(dòng)級(jí)L0。數(shù)字傳動(dòng)控制裝置全部采用美國(guó)AVTRON公司生產(chǎn)的32位全數(shù)字直流傳動(dòng)控制裝置ADD一32過程自動(dòng)化級(jí)采用兩臺(tái)小型機(jī)或微機(jī)加上必要的外設(shè)，其中一臺(tái)在線運(yùn)行，一臺(tái)作為備用。這兩臺(tái)過程控制計(jì)算機(jī)通過100Mb以太網(wǎng)與基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)以及人機(jī)界面HMI服務(wù)器連接。近年來(lái)，隨著PC機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)論是硬件方面還是軟件方面都在向PC技術(shù)靠攏，以便降低成本，因此該系統(tǒng)采用了兩臺(tái)PC機(jī)的方案。2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)采用了區(qū)域控制器群結(jié)構(gòu)，即用于控制各機(jī)架的控制器用一個(gè)高速光纖內(nèi)存映像網(wǎng)連成一個(gè)控制器群?；A(chǔ)自動(dòng)化級(jí)控制器主要由PLC和HPC(高性能控制器)組成，其中HPC為基于VME總線的多CPU控制器，主要用于快速控制，包括質(zhì)量控制的自動(dòng)液壓壓下AGC、自動(dòng)板形控制ASC、液壓傳動(dòng)數(shù)字控制(自動(dòng)位置控制APC、液壓彎輥AFC等)。PLC主要用于順序控制和速度不太高的位置控制、速度控制、張力控制等。區(qū)域控制器群的區(qū)域主管AM也采用PLC，主要功能為順序控制，區(qū)域主管面向軋機(jī)負(fù)責(zé)與過程計(jì)算機(jī)聯(lián)系，接收設(shè)定值并進(jìn)行管理，同時(shí)收集I／O值以及中間變量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給過程計(jì)算機(jī)。區(qū)域控制器群分為兩層：上層為區(qū)域主管，包括質(zhì)量控制(AGC、ASC)用的HPC；下層為數(shù)字傳動(dòng)，包括電氣傳動(dòng)控制器和液壓傳動(dòng)控制器?？紤]到一臺(tái)軋機(jī)中含有多個(gè)液壓機(jī)構(gòu)(壓下、彎輥、快速換輥等)，因此下層液壓傳動(dòng)控制器又稱為機(jī)架控制器(SC)，其中多個(gè)CPU分別控制本機(jī)架的各液壓系統(tǒng)。系統(tǒng)采用統(tǒng)一的人機(jī)界面系統(tǒng)HMI，即L1與L2使用同一個(gè)HMI系統(tǒng)，為此HMI系統(tǒng)的服務(wù)器通過主干網(wǎng)與過程計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)，定期更新服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)，以便在任何一個(gè)客戶或操作員站上顯示L1或L2的畫面。3.計(jì)算機(jī)控制主要功能冷連軋機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證冷軋產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，其主要功能模塊及系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示，控制功能主要包括模型設(shè)定、參數(shù)優(yōu)化、模型自學(xué)習(xí)和模型自適應(yīng)、帶鋼跟蹤、速度控制、張力控制、厚度控制、板形控制、軋機(jī)運(yùn)行控制等。3．1過程自動(dòng)化級(jí)主要任務(wù)是：進(jìn)行帶鋼跟蹤，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制和數(shù)據(jù)功能；應(yīng)用自適應(yīng)數(shù)學(xué)模型為冷連軋機(jī)的控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)計(jì)算輸出最佳設(shè)定值；記錄和輸出信息。主要功能模塊包括：(1)帶鋼跟蹤；(2)軋制程序計(jì)算；(3)測(cè)量值收集和處理。（1）帶鋼跟蹤帶鋼跟蹤是指以鋼卷跟蹤為基礎(chǔ)的物流跟蹤，主要包括：鋼卷數(shù)據(jù)的輸入與顯示，機(jī)組內(nèi)帶鋼跟蹤。。（2）軋制程序計(jì)算軋制程序計(jì)算是一個(gè)綜合程序系統(tǒng)，包括軋制規(guī)范、設(shè)定值計(jì)算、設(shè)定值輸出、數(shù)學(xué)模型自適應(yīng)、數(shù)學(xué)模型自學(xué)習(xí)等模塊。1)軋制規(guī)范模塊計(jì)算基礎(chǔ)自動(dòng)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所需要的設(shè)定值，所需要的原始數(shù)據(jù)有帶鋼數(shù)據(jù)、軋輥數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)模型系數(shù)、軋制規(guī)程等。2)設(shè)定值計(jì)算模塊在軋制規(guī)范模塊準(zhǔn)備好設(shè)定計(jì)算所需的數(shù)據(jù)、參數(shù)后，通過計(jì)算得到基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)所需要的設(shè)定值參數(shù)。3)設(shè)定值輸出模塊在對(duì)設(shè)定值做極限檢查后，實(shí)時(shí)發(fā)送給基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)系統(tǒng)。

3.計(jì)算機(jī)控制主要功能4)數(shù)學(xué)模型自適應(yīng)模塊用經(jīng)過可靠性處理的測(cè)量值求解數(shù)學(xué)模型的系數(shù)，并不斷地進(jìn)行修正，以改善模型的精度。5)數(shù)學(xué)模型自學(xué)習(xí)模塊在自適應(yīng)模塊進(jìn)行若干步自適應(yīng)計(jì)算后，采用回歸分析的方法，通過自學(xué)習(xí)改善同一鋼種的材料變形抗力對(duì)模型精度的影響。（3）測(cè)量值收集和處理該模塊從基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)收集測(cè)量值，利用測(cè)量值通過自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)模塊改善數(shù)學(xué)模型系數(shù)和材料影響系數(shù)。測(cè)量值處理程序由測(cè)量值收集程序啟動(dòng)，處理收集的測(cè)量值數(shù)據(jù)，結(jié)果供自適應(yīng)程序改善數(shù)學(xué)模型系數(shù)用。3．2基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)配置了多CPU控制器和PLC，主要完成高速閉環(huán)控制以及與過程計(jì)算機(jī)的通信，GE90-70PLC主要完成傳動(dòng)控制、順序控制和操作臺(tái)控制等功能。基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)由控制子系統(tǒng)CSS、驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)DSS以及與設(shè)備和過程計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的模塊組成。CSS功能主要包括：測(cè)量值處理、壓下校正、壓下調(diào)節(jié)、厚度調(diào)節(jié)、帶鋼映像、運(yùn)行調(diào)節(jié)、主令速度、自動(dòng)制動(dòng)、調(diào)節(jié)切換。分為帶鋼映像系統(tǒng)、厚度控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)以及測(cè)量值和設(shè)定值處理系統(tǒng)。DSS功能主要包括：軋制力調(diào)節(jié)、位置調(diào)節(jié)、張力調(diào)節(jié)、速度調(diào)節(jié)、可逆轉(zhuǎn)換。與設(shè)備和過程計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的模塊包括設(shè)定值處理、測(cè)量值收集、測(cè)量值發(fā)送。

雙機(jī)架可逆冷連軋機(jī)AGC系統(tǒng)軋機(jī)一般裝有前、中、后測(cè)厚儀，激光測(cè)速儀，前、中、后張力計(jì)，壓力傳感器、輥縫儀，見圖1。整套軋機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)元件的配置十分完善，因而使得質(zhì)量控制，如張力AGC、壓力、監(jiān)控、張力計(jì)直接反饋張力閉環(huán)控制、卷徑記憶等得以保證。Gl和G2軋機(jī)均配置有液壓壓下和彎輥系統(tǒng)。雙機(jī)架可逆冷連軋機(jī)可采用2道次、4道次或6道次軋制，比較靈活，其AGC控制策略也具有一定的靈活性。例如，4道次軋制時(shí)，G1機(jī)架可采用前饋AGC、監(jiān)控AGC及粗調(diào)流量AGC，入口張力儀用于開卷機(jī)的直接張力控制，第4道次G2機(jī)架按精調(diào)流量AGC方案(圖4a)；6道次軋制時(shí)，G2機(jī)架往往作平整機(jī)用，此時(shí)，Gl機(jī)架采用前饋AGC及監(jiān)控AGC(或粗調(diào)流量AGC)，G2機(jī)架為恒延伸率控制。3.計(jì)算機(jī)控制主要功能圖1雙機(jī)架可逆冷連軋機(jī)AGC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圈Gl一第1機(jī)架；G2一第2機(jī)架；APC一位置控制；AFC一壓力內(nèi)環(huán)(恒壓力環(huán))；TC一張力控制；SR一速度控制回路；TR一開卷機(jī)、卷取機(jī)張力控制回路；SM一測(cè)速儀；GM一測(cè)厚儀；TM一張力計(jì)；LC一測(cè)壓儀；M一電機(jī)3.計(jì)算機(jī)控制主要功能（1）前饋AGC由G1前的測(cè)厚儀測(cè)出帶鋼入口厚度ho，并與帶鋼的給定厚度hco曲進(jìn)行比較，如有厚度偏差△h0，便預(yù)報(bào)本機(jī)架將要出現(xiàn)的帶鋼軋出厚度偏差△hl，然后確定消除△hl所需的輥縫調(diào)節(jié)量△S1。根據(jù)帶鋼由檢測(cè)點(diǎn)A到進(jìn)入Gl以及壓下螺絲移動(dòng)△Sl的距離總共所需的時(shí)間，由壓下系統(tǒng)按△Sl值提前移動(dòng)壓下螺絲，調(diào)節(jié)軋機(jī)輥縫當(dāng)帶鋼的檢測(cè)點(diǎn)A進(jìn)入Gl時(shí)，輥縫正好調(diào)整完畢，帶鋼在A點(diǎn)的厚差就能在Gl基本消除。（1）式中，M為軋件塑性系數(shù)；Km為軋機(jī)剛度系數(shù)。前饋AGC是開環(huán)控制，其難點(diǎn)在于帶鋼檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)入機(jī)架與輥縫正好調(diào)整完畢，在時(shí)間上必須配合準(zhǔn)確，才能達(dá)到預(yù)期控制效果。采用激光測(cè)速儀，能夠精確測(cè)量G1人口速度，準(zhǔn)確計(jì)算檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)入機(jī)架所需時(shí)間，所以可以有效地解決上述時(shí)間匹配問題。（2）監(jiān)控AGC監(jiān)控AGC主要是消除流量反饋控制不能消除的較小偏差和秒流量計(jì)算過程中的系統(tǒng)誤差如測(cè)量輥的磨損、零漂等。通過對(duì)G1出口測(cè)厚儀所測(cè)得的△h1進(jìn)行積分，取得△h1的趨勢(shì)性變化，然后定期對(duì)液壓壓下進(jìn)行修正。由于測(cè)厚儀距離G1有一定距離，因此監(jiān)控AGC是一個(gè)具有純滯后環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)，對(duì)提高厚度精度具有局限性。（3）流量AGC控制原理傳統(tǒng)AGC具有以下缺點(diǎn)：(1)前饋AGC，由于是開環(huán)控制，不能保證厚度偏差為零；(2)反饋AGC，用出口測(cè)厚儀信號(hào)進(jìn)行反饋，系統(tǒng)滯后，不易穩(wěn)定控制；(3)厚度計(jì)AGC，用軋制力通過彈跳方程計(jì)算變形區(qū)出口厚度，雖然不滯后，但測(cè)量精度低。而流量AGC的基本原理：在任一瞬間，進(jìn)入和離開軋機(jī)各機(jī)架的帶鋼體積保持不變，即：3.計(jì)算機(jī)控制主要功能在冷軋過程中，帶鋼寬度幾乎不變。即：所以有：如果考慮厚度偏差，則有：（2）由于激光測(cè)速儀能夠精確測(cè)量帶鋼入、出口速度，因此流量AGC即根據(jù)入口厚度、入口速度和出口速度計(jì)算出出口厚差并進(jìn)行控制。粗調(diào)流量AGC粗調(diào)流量AGC的主要任務(wù)是消除95％的來(lái)料厚差。在軋制的前幾道次，由于帶鋼厚度波動(dòng)較大，必須采用改變輥縫即調(diào)節(jié)液壓壓下的方法進(jìn)行控制。其控制算法可由式(2)及輥縫傳遞函數(shù)得到：輥縫傳遞函數(shù)：式中，hco為G1入口厚度設(shè)定值；△ho為G1入口厚差；vo為G1人口速度；hc1為G1出口厚度設(shè)定值；△h1為G1出口厚差；v1為G1出口速度。精調(diào)流量AGC在軋制的末道次，帶鋼經(jīng)粗調(diào)流量AGC系統(tǒng)控制后的剩余偏差，由精調(diào)流量AGC系統(tǒng)來(lái)調(diào)控。根據(jù)帶鋼厚度和材質(zhì)的不同，精調(diào)流量AGC可采取壓下方式、極限張力方式和平整方式進(jìn)行控制。(a)壓下方式：當(dāng)軋制較厚且材質(zhì)較軟的帶鋼時(shí)，采用壓下方式。其控制算法與粗調(diào)流量AGC相同，是利用G2前后激光測(cè)速儀及其前測(cè)厚儀信號(hào)來(lái)確定G2出口厚差，通過調(diào)節(jié)G2輥縫進(jìn)行控制，即：式中，hc1為G2人口厚度設(shè)定值；△h1為G2入口厚差；v1為G2人口速度；hc2為G2出口厚度設(shè)定值；△h2為G2出口厚差；v2為G2出口速度。并應(yīng)控制G2速度以保持入口流量恒定，即：3.計(jì)算機(jī)控制主要功能(b)極限張力方式：當(dāng)軋制薄而硬的帶材時(shí)，宜采用極限張力方式。其控制算法與壓下方式相同，不同的是：當(dāng)張力變動(dòng)在±15％范圍內(nèi)時(shí)，張力信號(hào)不控制G2壓下，而是通過G1、G2間張力變化來(lái)克服帶鋼的厚度偏差；僅當(dāng)張力超出此范圍時(shí)才控制G2壓下，以使張力回到這一范圍。由于帶鋼張力在極限范圍內(nèi)時(shí)，成品機(jī)架的軋制力保持不變，從而保持帶鋼的橫向厚度分布不變，使成品帶鋼具有良好的板形。(c)平整方式：在軋末道次時(shí)，G2往往作平整機(jī)用，采用恒壓力控制。G1、G2間張力信號(hào)不再控制G2壓下，而是控制G1、G2速度來(lái)保持機(jī)架問張力恒定。3.計(jì)算機(jī)控制主要功能雙機(jī)架可逆冷連軋機(jī)板形控制雙機(jī)架可逆冷連軋機(jī)為了獲得良好的板形，與五機(jī)架冷連軋一樣配置了正負(fù)彎輥裝置、HC技術(shù)等裝置。盡管雙機(jī)架可逆冷連軋機(jī)存在為所有道次設(shè)計(jì)合理原始輥形的不利條件，但由于各道次軋制都能獲得入口和出口帶鋼的平坦度實(shí)測(cè)值進(jìn)行反饋控制，以及在機(jī)架前后配置的有關(guān)板形的檢測(cè)儀表和控制手段更為齊全，因此對(duì)板形控制來(lái)說(shuō)雙機(jī)架可逆冷連軋機(jī)反而具有一定優(yōu)點(diǎn)，可利用反饋控制后的彎輥、竄輥參數(shù)對(duì)板形設(shè)定模型進(jìn)行自適應(yīng)以用于下一道次，并通過模型自學(xué)習(xí)以保存有用信息用于下一卷鋼的控制。3.計(jì)算機(jī)控制主要功能雙機(jī)架可逆冷連軋機(jī)的順序控制可逆軋機(jī)的順序控制]包括自動(dòng)穿帶、自動(dòng)加速、自動(dòng)減速、自動(dòng)起停車及反轉(zhuǎn)。其中頻繁正反轉(zhuǎn)是可逆軋制的特點(diǎn)。