板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制

1、板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制1 1燕山大學(xué)燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制2 2 3.1 軋件厚度波動(dòng)的原因 3.2 機(jī)座的彈性變形和彈跳方程 3.3 軋件塑性變形與塑性方程 3.4 軋機(jī)彈塑性曲線（P-h圖）的應(yīng)用 3.5 縱向厚差方程 3.6 軋機(jī)等效縱向剛度 3.7 板厚檢測(cè) 3.8 板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型 3.9 板帶熱連軋厚度自動(dòng)控制簡(jiǎn)介 3.10 板帶冷連軋厚度自動(dòng)控制簡(jiǎn)介板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制3 33.6 軋機(jī)等效縱向剛度軋機(jī)等效縱向剛度hHhPPhS0S0P00P - P0M軋機(jī)縱向剛度模數(shù)M： 軋機(jī)的自然（或固有）縱向剛度模數(shù)板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制4 4

2、在具有液壓壓下系統(tǒng)液壓壓下系統(tǒng)的軋機(jī)上，由于液壓壓下具有調(diào)整速度快、反應(yīng)靈敏等優(yōu)點(diǎn)，使因軋制壓力波動(dòng)所造成的輥縫彈跳（縱向厚差）能夠及時(shí)通過(guò)調(diào)整空載輥縫調(diào)整空載輥縫的大小而得到補(bǔ)償。HhPhABBAHS0hhPBBAAHhS0h3.6 軋機(jī)等效縱向剛度軋機(jī)等效縱向剛度板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制5 5 不考慮軸承油膜厚度變化的影響（令 = 0），縱向厚差方程即變?yōu)閔 = S0 + P/M 在空載輥縫增量方程式中，令xe = xt = xm = 0，即只考慮壓下位移增量xP的影響，則有S0 = xP 如果壓下位移增量xP按下式給定xP = P/M 可得調(diào)整壓下后的縱向厚差為h = P/M(1)3.6 軋

3、機(jī)等效縱向剛度軋機(jī)等效縱向剛度板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制6 6定義等效縱向剛度模數(shù)等效縱向剛度模數(shù)M為M = P/h = M/(1) 軋機(jī)等效縱向剛度模數(shù)表示了軋機(jī)進(jìn)行厚度控制的能力。 改變補(bǔ)償系數(shù)的大小，就可改變等效縱向剛度模數(shù)M，實(shí)現(xiàn)不同的控制方式。-0.5-10.510MMM32M3.6 軋機(jī)等效縱向剛度軋機(jī)等效縱向剛度板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制7 73.6 軋機(jī)等效縱向剛度軋機(jī)等效縱向剛度不同補(bǔ)償系數(shù)實(shí)現(xiàn)的等效縱向剛度模數(shù)控制方式： 恒輥縫控制（等厚軋制）恒輥縫控制（等厚軋制） 硬特性控制硬特性控制 自然剛度控制自然剛度控制 軟特性控制軟特性控制 恒壓力控制（等壓軋制）恒壓力控制（等壓軋制）1hh

4、2h3h4h5123450PPShH0板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制8 8不同補(bǔ)償系數(shù)實(shí)現(xiàn)的等效縱向剛度模數(shù)控制方式： 恒輥縫控制（等厚軋制）恒輥縫控制（等厚軋制） 當(dāng)=1時(shí)，M=，h=0。 軋機(jī)的等效縱向剛度模數(shù)為無(wú)窮大，軋出的帶材厚度h保持不變，故又稱為等厚軋制。在這種情況下，空載輥縫調(diào)整量S0 = P/M，完全補(bǔ)償了機(jī)座彈性變形波動(dòng)量P/M，使縱向厚差為零。0PS0hHhPM=1= 3.6 軋機(jī)等效縱向剛度軋機(jī)等效縱向剛度板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制9 9不同補(bǔ)償系數(shù)實(shí)現(xiàn)的等效縱向剛度模數(shù)控制方式： 自然剛度控制自然剛度控制 當(dāng)=0時(shí)，M =M，h = P/M。 在軋制過(guò)程中不進(jìn)行壓下調(diào)整，空載輥縫S0恒

5、定，軋機(jī)的等效縱向剛度模數(shù)等于其自然剛度模數(shù)，機(jī)座彈性變形波動(dòng)量完全不能補(bǔ)償，稱為自然剛度控制。0=0PPS0hHhM=12P12hMh3.6 軋機(jī)等效縱向剛度軋機(jī)等效縱向剛度板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制1010不同補(bǔ)償系數(shù)實(shí)現(xiàn)的等效縱向剛度模數(shù)控制方式： 恒壓力控制（等壓軋制）恒壓力控制（等壓軋制） 當(dāng) = 時(shí)，M = 0，P = 0。 軋機(jī)的等效縱向剛度模數(shù)為零，縱向厚差最大，在軋制過(guò)程中的壓下調(diào)整使軋制壓力恒定，故又稱為等壓軋制。0= - PPS0hHhM= 012hh3.6 軋機(jī)等效縱向剛度軋機(jī)等效縱向剛度板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制1111不同補(bǔ)償系數(shù)實(shí)現(xiàn)的等效縱向剛度模數(shù)控制方式： 硬特性控制硬特

6、性控制 當(dāng)0 M，h = P/MP/M。 軋機(jī)的等效縱向剛度模數(shù)大于其自然剛度模數(shù)但小于無(wú)窮大，輥縫調(diào)整量S0 = P/M，只能部分補(bǔ)償機(jī)座彈性變形波動(dòng)量，使縱向厚差減小，但不能完全消除，稱為硬特性控制。012hh0M3.6 軋機(jī)等效縱向剛度軋機(jī)等效縱向剛度板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制1212不同補(bǔ)償系數(shù)實(shí)現(xiàn)的等效縱向剛度模數(shù)控制方式： 軟特性控制軟特性控制 當(dāng) 0時(shí)，M P/M。 軋機(jī)的等效縱向剛度模數(shù)小于其自然剛度模數(shù)，輥縫調(diào)整量S0 = P/M與機(jī)座彈性變形波動(dòng)量的方向相同，不但不能減小反而會(huì)加大軋后的縱向厚差，稱為軟特性控制。0PPS0hHh1MM 0h2h3.6 軋機(jī)等效縱向剛度軋機(jī)等效縱向

7、剛度板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制1313 實(shí)踐證明，要使補(bǔ)償系數(shù)=1是很困難的，為了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，目前可達(dá)到的是=0.9左右，即軋機(jī)等效縱向剛度模數(shù)最大等于其自然剛度模數(shù)的10倍。 采用硬特性控制時(shí)，縱向厚差減小，但使板形變壞。恒輥縫控制（最硬）縱向厚差最?。榱悖?，但板形最壞。采用軟特性控制時(shí)，縱向厚差加大，但板形變好。恒壓力控制（最軟）縱向厚差最大，但板形最好。 恒壓力控制一般在平整軋件時(shí)使用，以改善板形。3.6 軋機(jī)等效縱向剛度軋機(jī)等效縱向剛度板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制14143.7 板厚檢測(cè)板厚檢測(cè) 3.7.1 板厚檢測(cè)裝置的分類厚度測(cè)量?jī)x表接觸式非接觸式電感式差動(dòng)變壓器式輻射式微波式渦流式激光式

8、X射線射線射線板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制15153.7 板厚檢測(cè)板厚檢測(cè) 3.7.2 接觸式測(cè)厚儀12345UsrR0R0UscUsrUscW0UsrUscW1W2e2e1銜鐵（磁芯）= e差動(dòng)電感式線性位移傳感器的結(jié)構(gòu)原理差動(dòng)變壓器式線性位移傳感器的結(jié)構(gòu)原理板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制16163.7 板厚檢測(cè)板厚檢測(cè) 3.7.2 接觸式測(cè)厚儀板帶微電流放大器壓縮空氣步進(jìn)電機(jī)壓縮空氣A/D計(jì)算機(jī)D/AAGC與上位機(jī)接口下探頭下探頭接觸式測(cè)厚儀工作原理板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制17173.7 板厚檢測(cè)板厚檢測(cè) 3.7.3 非接觸式測(cè)厚儀 輻射式（帶鋼）測(cè)厚儀主要是應(yīng)用了核透射原理。I = I0ex式中 I 穿過(guò)被測(cè)

9、物體后的輻射強(qiáng)度； I0 穿過(guò)被測(cè)物體前的輻射強(qiáng)度； 被測(cè)物體對(duì)射線的吸收系數(shù)； x 被測(cè)物體的厚度。板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制18183.7 板厚檢測(cè)板厚檢測(cè) 3.7.3 非接觸式測(cè)厚儀I = I0ex其中與具體的被測(cè)物體材料特性（密度）相關(guān)：m = /式中 m 被測(cè)物體的質(zhì)量吸收系數(shù)； 被測(cè)物體的密度。 I = I0emx 在放射源和板帶都確定的情況下，m為常數(shù)。對(duì)于X射線、射線和射線，都有相應(yīng)的公式可以確定。板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制19193.7 板厚檢測(cè)板厚檢測(cè) 3.7.3 非接觸式測(cè)厚儀x = ln(I0/I)/(m)板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制2020AGC（Automatic Gauge Cont

10、rol）系統(tǒng) 它通過(guò)測(cè)厚儀測(cè)厚儀、位移傳感器位移傳感器和壓力傳感器壓力傳感器等對(duì)軋件實(shí)際軋軋件實(shí)際軋出厚度出厚度連續(xù)的進(jìn)行測(cè)量，然后將實(shí)測(cè)厚度值與目標(biāo)厚度值相比較，得出偏差信號(hào)，經(jīng)放大后輸出一個(gè)控制量去調(diào)整壓下、張調(diào)整壓下、張力或軋制速度力或軋制速度，把厚度控制在允許的偏差范圍內(nèi)。 一個(gè)完整的AGC系統(tǒng)由若干個(gè)厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，其中最主要的是壓下位置閉環(huán)系統(tǒng)、軋制壓力變化補(bǔ)償系統(tǒng)、測(cè)厚儀監(jiān)控系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)及張力控制系統(tǒng)等。3.8 板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制21213.8 板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型板厚控制系統(tǒng)的基本類

11、型及其數(shù)學(xué)模型 3.8.1 壓下位置閉環(huán)-+21位移傳感器電液伺服閥放大器xxxxuiQppcppg整個(gè)厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)基礎(chǔ)板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制22223.8 板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型 3.8.2 軋制壓力變化補(bǔ)償-+-測(cè)壓儀位移傳感器電液伺服閥放大器12iQupcxpxpgxxpPPSPM1xp = (P/M)板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制23233.8 板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型 3.8.2 軋制壓力變化補(bǔ)償 對(duì)連軋機(jī)，一般前一、二架取=0.70.8，等效剛度模數(shù)大，以消除來(lái)料厚差的影響；中間機(jī)架取=0，為自

12、然剛度；末架取= -2 -3，等效剛度模數(shù)小，為軟特性控制，以獲得較好的板形。 軋制壓力的設(shè)定值設(shè)定值Ps是采用軋件頭部頭部咬入時(shí)所測(cè)得的軋制壓力數(shù)值，把它存入鎖住存儲(chǔ)器中作為基準(zhǔn)值（或稱鎖定值）。然后，軋制壓力變化補(bǔ)償?shù)墓δ芫褪且攒埣^部為基準(zhǔn)，保證沿整個(gè)帶卷長(zhǎng)度上厚度是均勻的。板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制24243.8 板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型 3.8.2 軋制壓力變化補(bǔ)償 軋制壓力變化補(bǔ)償系統(tǒng)又稱為P-AGC系統(tǒng)。由于這種控制方式相當(dāng)于將機(jī)座作為測(cè)量厚度（厚差）的“厚度計(jì)”，所以又稱這種控制系統(tǒng)為厚度計(jì)式厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)（厚度計(jì)式厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)（GM

13、-AGC系統(tǒng)）系統(tǒng)）。這種測(cè)量厚度的方法稱為間接測(cè)厚間接測(cè)厚或厚度計(jì)法厚度計(jì)法（GM法）法）。板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制25253.8 板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型 3.8.3 測(cè)厚儀監(jiān)控1. 基本原理-+-測(cè)厚儀位移傳感器電液伺服閥放大器12iQupcxpxpgxxphchMM+Wgh板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制26263.8 板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型 3.8.3 測(cè)厚儀監(jiān)控1. 基本原理MWMFxxxxhmteP1WMMxhPh/xp = M/(M+W)HhPhAAS0h = h -hhxP+HhPhABBAS0h =

14、h -hhHxP+板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制27273.8 板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型 3.8.3 測(cè)厚儀監(jiān)控1. 基本原理 = h/S0 = M/(M+W)HPPhS00hS0hPhS0 1壓下效率系數(shù) 當(dāng)空載輥縫S0改變時(shí)，它所引起的軋件實(shí)際軋出厚度的改變量h要小于S0。 當(dāng)軋件變形抗力S較大而軋件厚度h很薄時(shí)，由于軋機(jī)塑性剛度系數(shù)W很大，將會(huì)導(dǎo)致壓下效率很低，即壓下位移雖然改變不少，但實(shí)際軋出厚度并沒(méi)有多大變化。據(jù)此也可以歸納出一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，即連軋機(jī)末架的壓下效果沒(méi)有前幾架好。板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制28283.8 板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型 3.8.3 測(cè)厚儀監(jiān)控2. 時(shí)間滯后 測(cè)厚儀一般安裝在離輥縫較遠(yuǎn)的地方，通常從軋輥中心線到測(cè)厚儀的距離為L(zhǎng)=1501750mm。因此，厚度測(cè)量點(diǎn)與軋制控制點(diǎn)不在一處，存在滯后時(shí)間 = L/式中 滯后時(shí)間； 軋制速度。-+-測(cè)厚儀位移傳感器電液伺服閥放大器12iQupcxpxpgxxphchMM+Wgh板帶軋機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制29293.8 板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型板厚控制系統(tǒng)的基本類型及其數(shù)學(xué)模型 3.8.3 測(cè)厚儀監(jiān)控3. 目標(biāo)厚度值給定 目前，普遍采用的目標(biāo)值