帶材板形的自動(dòng)控制

1、帶材板形的自動(dòng)控制第1頁(yè)，共42頁(yè)，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(shí)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(jiàn)種類 有：浪形、瓢曲、翹曲、折皺或旁彎 等。第2頁(yè)，共42頁(yè)，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(kāi)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(guò)板形儀及其信號(hào)處理裝置獲取實(shí)際板形信號(hào)，計(jì)算實(shí)際板形與目標(biāo)板形的偏差，經(jīng)板形控制計(jì)算機(jī)處理后，將調(diào)節(jié)信號(hào)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(duì)帶鋼進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，使帶鋼板形得以糾正。 第3頁(yè)，共42頁(yè)，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(cè)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(cè)裝置板形儀形狀針：獲取實(shí)際板形信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)：由比較環(huán)節(jié)、板形控制計(jì)算機(jī)等構(gòu)成 輸出調(diào)節(jié)控制信號(hào)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)：?jiǎn)?dòng)、調(diào)節(jié)、控制板形第4頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三 由于板形控制的實(shí)質(zhì)是對(duì)承載輥 縫的控制，因此通過(guò)調(diào)節(jié)有載輥縫的 形狀，使其與來(lái)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(yè)，共42頁(yè)，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(zhǎng)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(dòng)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(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三2. 板形開(kāi)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(jì)算方法或統(tǒng)計(jì)方 法預(yù)測(cè)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(jì)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(guò)程中一般是不隨實(shí)際軋出帶 鋼的板形好

4、壞加以調(diào)節(jié)。第7頁(yè)，共42頁(yè)，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(duì)長(zhǎng)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(xiàng)式表示法 第8頁(yè)，共42頁(yè)，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(yè)，共42頁(yè)，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(jì)原始凸度的設(shè)計(jì) 第10頁(yè)，共42頁(yè)，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(shí)現(xiàn)在線的即時(shí)控制 對(duì)異常板斷面（如局部高度）等缺陷無(wú)法控制 第11頁(yè)，共42頁(yè)，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(zhǎng)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(dòng)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(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三 從種種板形控制手段來(lái)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(duì)

6、輥縫凸度的影響第13頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三五、板形檢測(cè)技術(shù)與控制帶鋼板形檢測(cè)：由檢測(cè)設(shè)備根據(jù)檢測(cè) 內(nèi)容獲取被測(cè)帶鋼的實(shí)際板形曲線（1）檢測(cè)設(shè)備的類型有：有接觸式、非 接觸（2）檢測(cè)內(nèi)容分： 測(cè)量帶鋼平直度(纖維長(zhǎng)度)，以檢測(cè)帶鋼的顯性板形 檢測(cè)帶鋼橫向張應(yīng)力的分布，以檢測(cè)帶鋼的隱性板形 第14頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三實(shí)際檢測(cè)時(shí)：熱軋帶鋼的板形檢測(cè)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(wú)（或?。埩ο萝堉?，故采用非接觸式的板形檢測(cè)儀，以測(cè)量帶鋼的各纖維長(zhǎng)度，檢測(cè)出其顯性板形的好壞。最常見(jiàn)的是激光板形檢測(cè)儀，采用非接觸激光測(cè)

7、距，直接檢測(cè)帶鋼的顯性板形即可。 第15頁(yè)，共42頁(yè)，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(shí)際的板形缺陷。因此要求板形儀必須能夠檢測(cè)出帶鋼的隱性板形，即精確地檢測(cè)帶鋼內(nèi)部張應(yīng)力分布，才能及時(shí)通過(guò)軋機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行板形調(diào)整，從而保證實(shí)際板形的良好。冷軋板形檢測(cè)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(kāi)發(fā)出一種采用電渦流傳感器檢測(cè)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(yè)，共42頁(yè)，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(cè)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(shí)物板形質(zhì)量，其研究過(guò)程經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。 第17頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三 由于來(lái)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(shí)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(gè)參數(shù)：形狀，即目標(biāo)曲線號(hào)幅值，即曲線正負(fù)值的大小。第18頁(yè)，共42頁(yè)，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(jì)算（1）概念設(shè)定計(jì)算 ：利用數(shù)學(xué)模型計(jì)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(guò)程。 設(shè)定計(jì)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(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三（2）設(shè)定計(jì)算的給定方法手動(dòng)給定：憑經(jīng)驗(yàn)給定計(jì)算給定：按數(shù)學(xué)模型計(jì)算給定，包 括統(tǒng)計(jì)法、表格法、解析 法和數(shù)值法4種。（3）設(shè)定計(jì)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(jì)算調(diào)節(jié)的先后順序或稱優(yōu)先 權(quán)，以及計(jì)算初值和極限值如何選 取。第20頁(yè)，共42頁(yè)，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(dòng)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(guò)程中不可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的調(diào)控手段先調(diào)。 軋制過(guò)程中對(duì)

10、在帶材走行過(guò)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(dòng)態(tài)不可調(diào)的一類。第21頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三 設(shè)定計(jì)算的基本過(guò)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(jì)算，對(duì)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(shí)， 輥縫凸度尚未達(dá)到要求且還有控制手 段可調(diào)時(shí)，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?zèng)]有 調(diào)控手段可調(diào)為止。第22頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三4.

11、板形自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn) 實(shí)際板形測(cè)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(lái)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(shí) 測(cè)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(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三5.3 帶鋼板形前饋（開(kāi)環(huán)）控制 一、功能應(yīng)用前提：在實(shí)際軋制時(shí)，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(dòng)厚度自動(dòng)控制系統(tǒng) P波動(dòng) 軋輥彈性變形變化 輥縫形狀變化影響帶材的板形 熱軋來(lái)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(dòng)輥縫形狀變化影響到帶材的板形 第24頁(yè)，共42頁(yè)，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(guò)對(duì)軋制工 藝參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)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(dòng)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(shí)際板形。 板形前饋控制時(shí)，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(duì)于冷軋來(lái) 說(shuō)，主要是軋制力。 第25頁(yè)，共42頁(yè)，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(guò)程中可以動(dòng)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(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三2. 前饋控制量的計(jì)算：即彎輥力調(diào)節(jié)量 的計(jì)算 思路：熱軋時(shí)，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(shí)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(yè)，共42頁(yè)，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(jì)算：思路：采用與設(shè)定計(jì)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(duì)軋制力變化的前饋調(diào)節(jié)

14、比例系數(shù)F ，即第28頁(yè)，共42頁(yè)，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(jì)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(yè)，共42頁(yè)，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(shí)測(cè)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(cè)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(shí)測(cè)信號(hào)，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(shí)物板形的質(zhì)量。第30頁(yè)，共42頁(yè)，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(cè)量?jī)x的實(shí)測(cè)結(jié)果，反饋調(diào)整最后一個(gè)或幾個(gè)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(cè)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(cè)量輥和閉環(huán)反饋系統(tǒng)。第31頁(yè)，共42頁(yè)，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(duì)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(jì)算各 個(gè)調(diào)控手段的調(diào)節(jié)量。 第32頁(yè)，共42頁(yè)，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(gè)層次。在每個(gè)控制層次之中，如果有不止一個(gè)調(diào)控手段，則根據(jù)各調(diào)控手段的優(yōu)先權(quán)，對(duì)具有高優(yōu)先權(quán)的先進(jìn)行調(diào)節(jié)。第33頁(yè)，共42頁(yè)，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(jì)算時(shí)的原則正好相反，以保證控制的響應(yīng)速度 第34頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)0分，星期三（3）

17、 接力方式的具體過(guò)程：首先計(jì)算實(shí)測(cè)板形與板形目標(biāo)曲線之間的偏差。通過(guò)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(jì)算循環(huán)結(jié)束后，按接力控制的順序開(kāi)始計(jì)算下一個(gè)控制層次的調(diào)節(jié)量，此時(shí)板形偏差需作更新，即要從原有值中減去可由上次計(jì)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(jì)算。第35頁(yè)，共42頁(yè)，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(méi)有到達(dá)要求且還有控制手段可調(diào)時(shí)，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?zèng)]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(jì)算業(yè)已完畢后，進(jìn)行調(diào)節(jié)量輸出。第36頁(yè)，共42頁(yè)，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(gè)調(diào)控手段上分別計(jì)算各個(gè)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(shí)各個(gè)調(diào) 控手段仍可同時(shí)動(dòng)作。第37頁(yè)，共42頁(yè)，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(yè)，共42頁(yè)，202