專題報(bào)告2 劉宏民-燕山大學(xué)-板形儀20120408

2012年4月8日燕山大學(xué)

冷軋帶鋼板形檢測(cè)和閉環(huán)控制燕山大學(xué)22024/8/16一、研發(fā)背景1.市場(chǎng)背景中國(guó)是鋼鐵大國(guó)，板帶鋼是最主要的鋼材產(chǎn)品冷軋帶鋼——高端帶材產(chǎn)品機(jī)械性能好尺寸精度高板形精度高表面質(zhì)量高應(yīng)用：汽車建筑家電包裝優(yōu)點(diǎn)：燕山大學(xué)32024/8/16一、研發(fā)背景

2.技術(shù)背景：高級(jí)冷軋帶鋼的重要質(zhì)量指標(biāo)

：冷帶鋼軋機(jī)核心技術(shù)、前沿技術(shù)、高端技術(shù)

：在線檢測(cè)帶鋼板形缺陷的板形儀

：板形在線檢測(cè)的“眼睛”

軋制過程的高端測(cè)控系統(tǒng)

：被瑞典、英國(guó)、德國(guó)壟斷

國(guó)內(nèi)空白，全部進(jìn)口高精度板形

板形控制

板形控制關(guān)鍵

板形儀

制造現(xiàn)狀

世界級(jí)重大難題燕山大學(xué)42024/8/16一、研發(fā)背景滿足帶鋼板形指標(biāo)要求滿足帶鋼表面質(zhì)量要求滿足后續(xù)深加工的要求板形閉環(huán)控制是顯著提高冷軋帶鋼產(chǎn)品板形質(zhì)量、表面質(zhì)量及后續(xù)深加工質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)板形在線檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)冷軋帶鋼板形閉環(huán)控制的前提和基礎(chǔ)燕山大學(xué)52024/8/16一、研發(fā)背景

2.技術(shù)背景：中低產(chǎn)品

：高級(jí)產(chǎn)品

：1000萬元/套，維護(hù)、備件費(fèi)用高

國(guó)外只供貨，不提供技術(shù)，卡脖子

無板形儀，僅設(shè)定控制

有板形儀，閉環(huán)控制

進(jìn)口板形儀

3.立項(xiàng)目的（1）自主創(chuàng)新，工業(yè)應(yīng)用，頂替進(jìn)口，打破壟斷封鎖，為國(guó)爭(zhēng)氣（2）提高板形控制技術(shù)水平，提高板形質(zhì)量，生產(chǎn)高級(jí)冷軋帶鋼燕山大學(xué)62024/8/16二、總體方案--技術(shù)路線

1.板形檢測(cè)系統(tǒng)板形檢測(cè)輥集流裝置DSP信號(hào)處理裝置工控機(jī)板形檢測(cè)軟件燕山大學(xué)72024/8/16二、總體方案—技術(shù)路線

2.板形控制系統(tǒng)（1）預(yù)設(shè)定控制——傾輥、彎輥、竄輥、冷卻和輥型（2）前饋與反饋控制鋼卷檢測(cè)輥檢測(cè)輥前饋反饋傾輥、彎輥分段冷卻燕山大學(xué)82024/8/16三、關(guān)鍵技術(shù)

1.提出與國(guó)際上流行的分段式板形輥不同的結(jié)構(gòu)形式研制整輥鑲塊式和整輥無縫式板形儀，避免劃傷帶鋼瑞典ABB公司英國(guó)DAVY公司德國(guó)SUNDWIG公司分段壓磁式以ABB公司檢測(cè)輥為例，輥環(huán)熱裝于輥體芯軸上，分段式輥體結(jié)構(gòu)，輥環(huán)間因溫差產(chǎn)生不同熱膨脹量，易劃傷帶鋼表面，預(yù)壓力變化較大。空氣軸承式以英國(guó)Davy公司空氣軸承式檢測(cè)輥為例，對(duì)工作環(huán)境要求苛刻，需要純凈空氣，維護(hù)和裝配困難，影響有效軋制時(shí)間，增加維修費(fèi)用。整輥壓電式以德國(guó)Sundwig測(cè)力元件(壓電傳感器)沿輥體表面均勻交錯(cuò)布置，橫向間歇式測(cè)量板形信號(hào)，不能同步反映帶鋼瞬時(shí)板形，傳感器極為昂貴。燕山大學(xué)92024/8/16三、關(guān)鍵技術(shù)主輥體傳感器彈性塊本項(xiàng)目方案1：整輥鑲塊壓磁式板形輥已應(yīng)用于鞍鋼1250軋機(jī)燕山大學(xué)102024/8/16三、關(guān)鍵技術(shù)本項(xiàng)目方案2：整輥無縫無線式板形輥，2011年完成樣輥在河鋼衡板1050冷軋機(jī)上完成工業(yè)試驗(yàn)主輥體傳感器組合件燕山大學(xué)112024/8/16三、關(guān)鍵技術(shù)

2.提出與國(guó)際上流行的干式集流環(huán)不同的信號(hào)傳輸方式研制噴淋濕式集流環(huán)和無線傳輸裝置，提高精度壽命濕式集流環(huán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖方案1：噴淋濕式集流環(huán)，2008年應(yīng)用于鞍鋼1250冷軋機(jī)燕山大學(xué)122024/8/16三、關(guān)鍵技術(shù)方案2：信號(hào)無線傳輸裝置，2011年應(yīng)用于河鋼1050冷軋機(jī)檢測(cè)通道線纜電源耦合器無線傳輸DSP信號(hào)處理電路板集流裝置芯軸固定輥體旋轉(zhuǎn)燕山大學(xué)132024/8/163.提出與國(guó)際上流行的采集卡形式不同的信號(hào)處理方式研制內(nèi)嵌DSP板形信號(hào)處理系統(tǒng)，提高抗干擾能力DSP數(shù)字ControllerWIFI信號(hào)發(fā)射端通道1通道2通道n-1通道nRAM霍爾組件…鎖相放大鎖相放大…鎖相放大鎖相放大AD轉(zhuǎn)換磁耦隔離ROM*預(yù)留光電隔離DSP信號(hào)處理電路板磁耦隔離板形檢測(cè)軟件系統(tǒng)工控機(jī)CAN接口

USB等標(biāo)準(zhǔn)接口三、關(guān)鍵技術(shù)WIFI信號(hào)接收端網(wǎng)卡創(chuàng)新點(diǎn)：1.將DSP板形信號(hào)處理系統(tǒng)集成于集流裝置內(nèi)，利用無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)原始板形信號(hào)的動(dòng)態(tài)輸出傳輸2.編寫底層驅(qū)動(dòng)程序和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件，借用工控機(jī)網(wǎng)卡，實(shí)現(xiàn)板形數(shù)字信號(hào)的快速采集燕山大學(xué)142024/8/16三、關(guān)鍵技術(shù)基本功能：●數(shù)字信號(hào)濾波

●通道異常處理

●自動(dòng)報(bào)警

●板形顯示高級(jí)功能：●誤差補(bǔ)償●模式識(shí)別●目標(biāo)板形●閉環(huán)控制

4.研發(fā)板形控制智能化軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高精度控制燕山大學(xué)152024/8/16三、關(guān)鍵技術(shù)（1）板形誤差綜合補(bǔ)償模型綜合補(bǔ)償溫度誤差邊部覆蓋撓曲變形安裝誤差鋼卷卷形在線包角Note:綜合補(bǔ)償后的板形檢測(cè)信號(hào)才能反映真實(shí)的在線帶鋼板形狀況。燕山大學(xué)162024/8/16三、關(guān)鍵技術(shù)（2）板形模式識(shí)別模型板形基本模式作用：分解各次板形分量，為制定控制方案提供依據(jù)實(shí)測(cè)板形分解傾輥彎輥橫移分段冷卻燕山大學(xué)172024/8/16三、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新（3）板形目標(biāo)曲線模型作用：為板形閉環(huán)控制提供目標(biāo)目標(biāo)板形檢測(cè)板形Note1:目標(biāo)曲線也叫標(biāo)準(zhǔn)曲線或參考曲線，是板形控制的目標(biāo)，直接影響帶鋼板形控制穩(wěn)定性和成品板形質(zhì)量。Note2:采用失穩(wěn)判別法制定目標(biāo)曲線，判斷板形是否失穩(wěn)，綜合控制板凸度和板形，考慮綜合因素影響，通用性強(qiáng)。燕山大學(xué)182024/8/16板形偏差控制矩陣方程執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)量+_板形模式識(shí)別出口板形板形儀軋機(jī)目標(biāo)板形板形閉環(huán)控制原理圖調(diào)節(jié)量板形偏差（4）板形前饋和反饋控制計(jì)算——矩陣模型三、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新矩陣控制板形儀入口板形預(yù)報(bào)出口板形燕山大學(xué)192024/8/16三、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新（5）板形閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制板形調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)板形閉環(huán)控制系統(tǒng)燕山大學(xué)202024/8/16三、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新（6）板形檢測(cè)和板形控制系統(tǒng)軟件界面板形檢測(cè)和閉環(huán)控制系統(tǒng)界面燕山大學(xué)212024/8/16四、工程應(yīng)用典型案例1250mm軋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)厚度:0.2~1.0mm寬度:800~1200mm卷材內(nèi)徑:φ610mm卷材外徑:φ1100~2000mm最大卷重:25t最大軋制壓力:18000kN最大軋制速度:1200m/min卷取張力:7～140kN工作輥:φ420/370×1250mm中間輥:φ470/430×1310mm工作輥彎輥：-220~435kN中間輥彎輥：800kN中間輥橫移：275mm燕山大學(xué)222024/8/16四、工程應(yīng)用典型案例燕山大學(xué)232024/8/16四、工程應(yīng)用典型案例板形測(cè)量值實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)實(shí)際應(yīng)用效果：帶寬993mm，出口厚度0.5mm，壓下率21.3%，鋼種ST12，第5道次板形控制實(shí)際數(shù)據(jù)。板形輥各個(gè)測(cè)量段測(cè)量值穩(wěn)定，無突變、無異常，檢測(cè)精度為-0.5I～0.5I。板形輥測(cè)量值換算成總張力與張力測(cè)量輥測(cè)量值偏差小于3%，說明板形輥測(cè)量精度可靠。燕山大學(xué)242024/8/16四、工程應(yīng)用典型案例冷軋帶鋼在線板形實(shí)測(cè)值板形閉環(huán)控制投入后，沿帶鋼長(zhǎng)度方向的板形統(tǒng)計(jì)值：最大值：11.47I最小值：1.140I平均值：2.672I燕山大學(xué)252024/8/16四、工程應(yīng)用典型案例帶寬1045mm，出口厚度為0.18mm，壓下率為18.6%，鋼種為ST12，成品第五道次板形控制實(shí)際數(shù)據(jù)。板形測(cè)量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，帶鋼平直度質(zhì)量平均為6.7I，國(guó)際先進(jìn)指標(biāo)為10I。控制系統(tǒng)適用于超薄冷軋產(chǎn)品的板形質(zhì)量控制要求。TM燕山大學(xué)262024/8/16四、工程應(yīng)用典型案例西門子對(duì)寶鋼1420冷軋機(jī)板形保證值三菱對(duì)寶鋼1220冷軋機(jī)板形保證值帶鋼厚度帶鋼寬度平直度（I）(mm)(mm)V>300m/mV=常數(shù)V在加減速V在150~300m/m≤0.23≤880≤

10≤

20≤

250.23~0.5880-1050≤

8≤

16≤

20≥0.51050-1230≤

6≤

12≤

15帶鋼厚度(mm)平直度(I)V>300m/minV=常數(shù)V在加減速V在150~300m/min≤0.4≤10≤20≤250.4~0.6≤9≤18≤23≥0.6≤8≤16≤20上述平直度值均不適用于軋制出口速度在150m/min以下的情況鞍鋼1250冷軋機(jī)板形保證值帶鋼厚度(mm)平直度(I)V>150m/minV=常數(shù)V在加減速V在70~150m/min≤0.3≤8≤18≤220.3~0.5≤7≤14≤20≥0.5≤6≤10≤15不適用于軋制出口速度在70m/min以下的情況西門子系統(tǒng)自主板形系統(tǒng)燕山大學(xué)272024/8/16五、國(guó)內(nèi)外技術(shù)指標(biāo)對(duì)比鞍鋼1250軋機(jī)板形儀及閉環(huán)控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外技術(shù)水平對(duì)比注*：國(guó)際先進(jìn)水平——瑞典ABB公司分段壓磁式板形儀

——英國(guó)DAVY公司分段空氣軸承式板形儀

——德國(guó)SUNDWIG公司整輥壓電式板形儀指標(biāo)名稱國(guó)際先進(jìn)*國(guó)內(nèi)本項(xiàng)目板形檢測(cè)分辨力0.5I0.2I板形控制精度8I6I總張力檢測(cè)精度3.5%3%單通道最小可測(cè)壓力1/2

N1/5

N最高工作溫度200℃230℃燕山大