熱連軋過(guò)程及計(jì)算機(jī)控制

熱連軋過(guò)程及計(jì)算機(jī)控制第1頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

主要內(nèi)容1.熱軋定義（DefinitionofHotRolling）2.熱連軋工藝（HotContinuousTechnology）3.帶鋼熱連軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（ComputerControlSystemforHotStripMills）4.帶鋼熱連軋數(shù)學(xué)模型的基本方程（BasicEquationsofMathematicModelsforHotStripMills）第2頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1.熱軋定義（DefinitionofHotRolling）

1.1熱軋

在金屬的再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的加工稱(chēng)為熱加工；在金屬的再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的加工稱(chēng)為冷加工。一般金屬的再結(jié)晶溫度在550~750度之間。低溫變形（850℃）左右。

在一定的條件下熱加工變形比其他加工方法，如冷加工具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：(1)金屬在熱加工變形時(shí)，變形抗力較低，消耗能量較少。(2)金屬在熱加工變形時(shí)，其塑性升高，產(chǎn)生斷裂的傾向性減少。(3)與冷加工相比較，熱加工變形一般不易產(chǎn)生織構(gòu)。(4)在生產(chǎn)過(guò)程中，不需要象冷加工那樣的中間退火，從而可使生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化，生產(chǎn)效率提高。(5)熱加工變形可引起組織性能的變化，以滿足對(duì)產(chǎn)品某些組織與性能的要求。第3頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六圖1-1鐵碳合金相圖第4頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

熱加工變形除具有上述優(yōu)點(diǎn)，使之在生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用外，同其他加工方法相比較它也有如下的不足：

(1)對(duì)薄或細(xì)的軋件由于散熱較快，在生產(chǎn)中保持熱加工的溫度條件比較困難；

(2)熱加工后軋件的表面不如冷加工生產(chǎn)的尺寸精確和光潔；

(3)熱加工后產(chǎn)品的組織及性能不如冷加工時(shí)均勻；

(4)從提高鋼材的強(qiáng)度來(lái)看，熱加工不及冷加工。熱加工變形可以認(rèn)為是加工硬化和再結(jié)晶兩個(gè)過(guò)程的相互重疊。在此過(guò)程中由于再結(jié)晶能充分進(jìn)行和變形時(shí)靠三向壓應(yīng)力狀態(tài)等因素的作用，可使：

(1)鑄態(tài)金屬組織中的縮孔、疏松、空隙、氣泡等缺陷得到壓密或焊合。

(2)在熱加工變形中可使晶粒細(xì)化和夾雜物破碎。

(3)金屬在熱變形過(guò)程中產(chǎn)生帶狀組織。第5頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.熱連軋工藝（HotContinuousTechnology）

2.1帶鋼熱連軋生產(chǎn)工藝的發(fā)展

世界上第一套帶鋼熱連軋機(jī)（1470mm）于1924年在美國(guó)問(wèn)世。我國(guó)第一套帶鋼熱連軋機(jī)（1700mm）于1958年在鞍鋼投產(chǎn)，我國(guó)第一套引進(jìn)的帶鋼熱連軋機(jī)（1700mm）于1978年在武鋼投產(chǎn)（引進(jìn)日本技術(shù)）。20世紀(jì)80年代寶鋼從德國(guó)引進(jìn)的帶有板形控制的2050mm、1580mm熱帶軋機(jī)為第三代。2．1．1傳統(tǒng)帶鋼熱連軋機(jī)（ConventionalHot-stripMills）

傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝：板坯厚度200mm以上，長(zhǎng)度為4.5~9m；具有一定容量的板坯庫(kù)；具有加熱爐區(qū)；具有粗軋區(qū)、精軋區(qū)、卷取區(qū)；具有后續(xù)的精整區(qū)。用于年產(chǎn)量在300萬(wàn)噸以上以及帶寬1600mm以上的熱帶生產(chǎn)。最小厚度為1.2mm。根據(jù)粗軋機(jī)的布置，可將傳統(tǒng)帶鋼熱連軋機(jī)劃分為以下幾類(lèi)：第6頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（1）

單機(jī)架布置（SingleStand）（圖2-1,2-2）采用一個(gè)強(qiáng)力機(jī)架軋制3~7個(gè)道次。（2）全連續(xù)式熱帶軋機(jī)（FullContinuousHotStripMills）(圖2-3d)

所有粗軋機(jī)均為連續(xù)式布置，沒(méi)有可逆道次。（3）

半連續(xù)式熱帶軋機(jī)（Semi-continuousHotStripMills）(圖2-3a)

粗軋機(jī)有兩個(gè)以上的可逆機(jī)座，或者全部為可逆機(jī)座。（4）

3/4連續(xù)式熱帶軋機(jī)（3/4ContinuousHotStripMills）(圖2-3c)4座粗軋機(jī)中有一個(gè)可逆機(jī)座。（5）

帶卷取箱的熱帶軋機(jī)（圖2-4）第7頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Fig.2-1SchematicdiagramofSteckelmillFig.2-2LayoutofplanetarymillFig.2-4Hotstripmillwith

Coilbox第8頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Fig.2-3Principallayoutsofhotstripmillsa)semi-continuous,b)withtwinreversingroughingtrain,c)three-quartercontinuous,d)fullycontinuous.第9頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2．1．2連鑄連軋生產(chǎn)工藝（ContinuousCastingandRollingTechnology）

世界上第一條連鑄連軋生產(chǎn)線由德國(guó)SMS公司設(shè)計(jì)，于1989年在美國(guó)的NucorCrawfordsville廠投產(chǎn)，該生產(chǎn)線為CSP（CompactStripProduction）工藝，將連鑄和軋制直接結(jié)合在一條生產(chǎn)線上，并取消了加熱爐區(qū)和粗軋區(qū)。典型的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝有：（1）

CSP工藝(圖2-5)

由德國(guó)西馬克公司研制，第一條生產(chǎn)線于1989年在美國(guó)的NucorCrawfordsville廠投產(chǎn)，生產(chǎn)線全長(zhǎng)約300米。目前大約2/3的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝為CSP線。一機(jī)一流生產(chǎn)能力大約100萬(wàn)噸/年；兩機(jī)兩流為200萬(wàn)噸/年。最小熱軋卷厚度為1.0mm。產(chǎn)品厚度為1.0~12.7mm（2）

ISP工藝（InlineStripProduction）(圖2-6)

在線熱帶鋼生產(chǎn)工藝由德國(guó)德馬克公司研制，于1992年1月在意大利的Arvedi鋼廠建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力50萬(wàn)噸/年，實(shí)際產(chǎn)量84萬(wàn)噸/年。這也是歐洲第一套薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線。生產(chǎn)線全長(zhǎng)約180米。產(chǎn)品厚度為1.0~12.7mm。第10頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六Fig.2-5ThyssenKrupp的CSP機(jī)組第11頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六圖2-6Corus的ISP機(jī)組第12頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（3）FTSRQ(FTSC)(FlexibleThinSlabRollingforQuality)工藝(圖2-7)FTSRQ(后該為FTSC)稱(chēng)為生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的靈活性薄板坯軋制，由意大利達(dá)涅利公司開(kāi)發(fā)。第一條生產(chǎn)線于1997年在加拿大的Algoma鋼廠投產(chǎn)。產(chǎn)品厚度為1.0~16.0mm。（4）CONROLL（CONtinuousROLLing）工藝(圖2-8)

該工藝由奧鋼聯(lián)工程技術(shù)公司(VAI)開(kāi)發(fā)，第一條生產(chǎn)線于1995年4月在美國(guó)的ArmcoMansfiled鋼廠投產(chǎn)。生產(chǎn)能力90~180萬(wàn)噸/年（1×1流，2×2流），產(chǎn)品厚度1.8~12.7mm。（5）ASP（AngangStripProduction）工藝(圖2-9)

鞍鋼自行開(kāi)發(fā)的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1700中薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線（AngangStripProductlon．簡(jiǎn)稱(chēng)ASP)于2000年11月正式投產(chǎn)。一期工程由一臺(tái)新建中薄板連鑄機(jī)和原1700生產(chǎn)線異地改造后并配加步進(jìn)梁式加熱爐一起組成一條現(xiàn)代化中薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn)200萬(wàn)噸。二期工程2003年再新建一臺(tái)中薄板坯連鑄機(jī)后，年產(chǎn)量可達(dá)250萬(wàn)t。成品熱軋帶卷規(guī)格為(1．5—8．0)mmX(900—1550)mm,其中厚度在2.5mm以下的占50％。第13頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六圖2-7加拿大Algoma廠FTSC機(jī)組第14頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六圖2-8奧鋼聯(lián)CONROLL生產(chǎn)線第15頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六圖2-9鞍鋼ASP生產(chǎn)線第16頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（6）CRP工藝（CRPTechnology）

CPR工藝即鑄壓軋工藝(CastingPressingRolling)，由西馬克公司、蒂森公司和法國(guó)尤西諾爾·沙西洛爾(UsinorSacilor)公司共同開(kāi)發(fā)，用于生產(chǎn)厚度小于25mm的合金鋼和普碳鋼熱軋帶材，其工藝原理見(jiàn)圖2-10。它利用澆鑄后的大壓下(60％-極限壓下量)，僅使用一組軋機(jī)，最終可生產(chǎn)厚度為6mm的薄帶卷。該工藝采用西馬克的漏斗型結(jié)晶器,出結(jié)晶器下口鑄坯厚度為50mm，直接進(jìn)行液芯壓鑄和粗軋，早期的試驗(yàn)裝置是一對(duì)鑄軋輥，后改為兩對(duì)，第一對(duì)擠壓輥可將鑄坯減薄至25～30mm，再進(jìn)入第二對(duì)輥，粗軋鑄坯為13—20mm。該生產(chǎn)線包括一臺(tái)連鑄機(jī)、一臺(tái)感應(yīng)爐、除鱗機(jī)、一臺(tái)四輥軋機(jī)。試驗(yàn)線見(jiàn)圖2-11。第17頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六圖2-10CRP原理圖圖2-11蒂森公司的CRP試驗(yàn)線示意圖第18頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2．2帶鋼生產(chǎn)工藝的新動(dòng)向（NewTrendsofHotStripProduction）（1）超薄帶鋼的生產(chǎn)（TheProductionofUltraThinStrip）傳統(tǒng)帶鋼熱連軋機(jī)和連鑄連軋生產(chǎn)工藝目前所能穩(wěn)定、正常生產(chǎn)的最薄帶鋼規(guī)格為1.0~1.2mm，生產(chǎn)0.8mm，甚至更薄的超薄帶鋼成為下一步的研究課題，熱帶生產(chǎn)工藝如能生產(chǎn)出0.8mm的帶鋼，就可以代替部分冷軋產(chǎn)品。由于熱軋奧氏體過(guò)程溫降很大，很難軋出很薄的產(chǎn)品，因此，鐵素體軋制就成為可能的軋制工藝。*輥縫工藝潤(rùn)滑*高速AGC系統(tǒng)*

高精度質(zhì)量流控制系統(tǒng)*高性能板型控制系統(tǒng)*

F1前增設(shè)板形儀*

邊部加熱

軋制超薄帶(<1．0mm)時(shí)，需借助飛速變輥縫軋制技術(shù)。飛速變輥縫控制技術(shù)(FlyingGaugeControl，簡(jiǎn)稱(chēng)FGC)在軋制長(zhǎng)尺坯時(shí)，為了防止鑄坯發(fā)飄和夾鋼，通常需將鑄坯頭尾軋成比鑄坯中部稍厚的規(guī)格，即兼容大壓下率的中部軋制和稍厚的頭尾軋制。例如，在軋制1．0mm厚的最終產(chǎn)品時(shí)，頭部軋成1．5mm規(guī)格，然后從l.5mm到1.0mm實(shí)施飛速變輥縫控制軋制，見(jiàn)圖1-12。第19頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（2）無(wú)頭軋制和半無(wú)頭軋制的應(yīng)用（TheApplicationofEndlessandSemi-endlessRolling）

所謂半無(wú)頭軋制工藝是指連續(xù)軋制長(zhǎng)度相當(dāng)于普通板坯最大長(zhǎng)度4～6倍的板坯，然后再將其分切成要求重量的鋼卷。半無(wú)頭軋制工藝被認(rèn)為克服了單卷軋制的通病,尤其是當(dāng)軋制超薄帶材時(shí)，這一工藝既提高了收得率，又改善了帶鋼質(zhì)量和穿帶的穩(wěn)定性，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

1)生產(chǎn)超薄帶鋼和寬薄帶鋼，拓寬產(chǎn)品大綱而不降低收得率；

2)穩(wěn)定軋制條件以利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和收得率；

3)消除了與穿帶和甩尾有關(guān)的麻煩，大大地降低了軋輥的消耗，提高了生產(chǎn)率。圖1-12飛速變輥縫控制軋制概念第20頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第21頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第22頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

所謂鐵素鐵軋制是指軋件進(jìn)入精軋機(jī)前，就完成γ-α的相變，即變成完全鐵素體。粗軋仍在全奧氏體狀態(tài)下完成，然后通過(guò)精軋機(jī)和粗軋機(jī)之間的超快速冷卻系統(tǒng)，使帶鋼溫度在進(jìn)入第一架精軋機(jī)前降低到Ar3以下。這樣就克服了γ-α相變區(qū)軋制的危害。因而熱軋超薄帶鋼就變得非常容易。（3）鐵素體軋制（FerriteRolling）圖2-13傳統(tǒng)軋制工藝與鐵素體軋制工藝的比較圖2-14流動(dòng)應(yīng)力與溫度的關(guān)系第23頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

與傳統(tǒng)的奧氏體區(qū)高溫軋制工藝相比，鐵素體低溫軋制工藝在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面有其獨(dú)到的特點(diǎn)：(1)鋼坯加熱溫度低，可較大幅度降低加熱能耗，提高加熱爐的產(chǎn)量；(2)低的加熱溫度可降低氧化燒損，提高成材率；低的加熱溫度可減少軋輥溫升，減少由熱應(yīng)力引起的疲勞龜裂和斷裂，降低軋輥磨損；低溫軋制可降低二次氧化鐵皮量的20％~37％，提高熱軋產(chǎn)品的表面質(zhì)量，同時(shí)也可提高酸洗線的運(yùn)行速度；(3)鐵素體區(qū)軋制可生產(chǎn)出晶粒較大、屈服強(qiáng)度、硬度均比較低的帶材，使冷軋變形率大大提高，平均可達(dá)87.5％，并且對(duì)鐵素體區(qū)軋制鋼卷進(jìn)行冷軋時(shí)生產(chǎn)率可提高20％；(4)低碳鋼不需添加Ti、Nb等合金元素，能直接生產(chǎn)熱軋深沖帶鋼，可實(shí)現(xiàn)熱軋產(chǎn)品替代部分冷軋產(chǎn)品，降低成本；并可擴(kuò)大冷軋產(chǎn)品范圍，生產(chǎn)極薄及寬度大的冷軋板。第24頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3帶鋼熱連軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（ComputerControlSystemforHotStripMills）

3.1帶鋼熱連軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能帶鋼熱軋生產(chǎn)是目前應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制最為成熟的領(lǐng)域，其控制范圍包含了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，從加熱爐入口、甚至從連鑄出口開(kāi)始到成品庫(kù)，包括了軋制計(jì)劃，板坯庫(kù)管理，數(shù)學(xué)模型，設(shè)備控制和質(zhì)量控制以及傳動(dòng)(電氣及液壓傳動(dòng))數(shù)字控制等各個(gè)層次，是軋鋼自動(dòng)化領(lǐng)域中最為龐大，最為復(fù)雜的控制系統(tǒng)。帶鋼熱連軋計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本上分為三級(jí)，其系統(tǒng)功能框圖如下圖所示。(1)基礎(chǔ)自動(dòng)化控制功能基礎(chǔ)自動(dòng)化面向機(jī)組，面向設(shè)備及設(shè)備的機(jī)構(gòu)。隨著電氣傳動(dòng)的數(shù)字化以及液壓傳動(dòng)的廣泛應(yīng)用，數(shù)字傳動(dòng)已逐步與基礎(chǔ)自動(dòng)化成為一個(gè)整體?；A(chǔ)自動(dòng)化控制功能按性質(zhì)可分為：軋件跟蹤及運(yùn)送控制；順序控制和邏輯控制；設(shè)備控制及質(zhì)量控制。第25頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第26頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)Level-3生產(chǎn)控制級(jí)Level-2過(guò)程控制級(jí)PC2LBPOPS模型效果分析模型數(shù)據(jù)下載PDI數(shù)據(jù)傳輸軋輥數(shù)據(jù)傳輸設(shè)定數(shù)據(jù)顯示實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示軋機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)軋機(jī)設(shè)定數(shù)據(jù)操作工干預(yù)Level-1設(shè)備控制級(jí)AGC

AFCFGCAPC

工業(yè)以太網(wǎng)

TCM設(shè)定模型

·軋制規(guī)程計(jì)算

·設(shè)定計(jì)算

·模型學(xué)習(xí)計(jì)算

·模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)OPS數(shù)據(jù)輸出

工程文件輸出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲得PC1

軋機(jī)預(yù)設(shè)定第27頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(2)過(guò)程自動(dòng)化控制功能

過(guò)程自動(dòng)化面向整個(gè)生產(chǎn)線，其中心任務(wù)是對(duì)生產(chǎn)線上各機(jī)組和各個(gè)設(shè)備進(jìn)行設(shè)定計(jì)算，為此其核心功能為對(duì)粗軋、精軋機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行分配(包括最優(yōu)化計(jì)算)及數(shù)學(xué)模型的預(yù)(報(bào))估，為了實(shí)現(xiàn)此核心功能為對(duì)粗軋、精軋機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行分配(包括最優(yōu)化計(jì)算)，過(guò)程控制計(jì)算機(jī)必須設(shè)有板坯(數(shù)據(jù))跟蹤、初始數(shù)據(jù)輸入、在線數(shù)據(jù)采集以及模型自學(xué)習(xí)等為設(shè)定模型服務(wù)及配套的功能。熱連軋過(guò)程自動(dòng)化控制的主要功能是精軋機(jī)組的厚度設(shè)定模型和板形設(shè)定數(shù)學(xué)模型，設(shè)定值計(jì)算后，下送到基礎(chǔ)自動(dòng)化，由設(shè)備控制功能執(zhí)行。(3)生產(chǎn)控制級(jí)功能生產(chǎn)控制級(jí)用于協(xié)調(diào)煉鋼、連鑄、熱連軋以及冷連軋間的生產(chǎn)計(jì)劃，并以熱連軋為中心與上游及下游交換數(shù)據(jù)。生產(chǎn)控制除生產(chǎn)計(jì)劃(軋制計(jì)劃)的編制外，還負(fù)責(zé)板坯庫(kù)、成品庫(kù)的管理，質(zhì)量管理以及磨輥的管理等工作。3帶鋼熱連軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第28頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

3.2帶鋼熱連軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則由于用戶對(duì)熱軋板質(zhì)量的要求越來(lái)越高，因此計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)是冷、熱連軋不可缺少的組成都分。隨著液壓控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用(液壓壓下、液壓彎輥、液壓竄輥機(jī)構(gòu))，全部控制都將作用于軋輥—軋件形成的變形區(qū)。（1）冷、熱連軋控制系統(tǒng)需滿足的兩個(gè)要求：

1)高速控制連軋機(jī)組除了一些順序邏輯控制可以采用通用的可編程控制器(PLC)

外，大部分功能要求實(shí)現(xiàn)高速控制，控制周期l～l0ms，為此需大量采用

HPC(高性能控制器)，HPC為多CPU控制器。2)高速通訊由于多個(gè)控制功能(例如厚度控制、張力控制、板形控制)最終都作用到變形區(qū)，因此存在較強(qiáng)的功能間耦合，需要相互傳遞補(bǔ)償信息。數(shù)據(jù)更新時(shí)間往往要求為l～2ms。第29頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循的原則

1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開(kāi)放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的VME及PCI總線作為基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開(kāi)放，開(kāi)放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有利于系統(tǒng)今后的擴(kuò)充和升級(jí)。2)采用多CPU結(jié)構(gòu)高性能控制器采用高檔CPU，保證最快控制周期可達(dá)lms，適合于應(yīng)用在分布式生產(chǎn)過(guò)程的快速系統(tǒng)中。更重要的是，硬件檔次緊跟當(dāng)前最流行的CPU指標(biāo)，硬件集成化程度高，百分之百的工業(yè)級(jí)芯片，適用于各種溫度環(huán)境和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。在高速通訊網(wǎng)絡(luò)方面，與第三廠家的良好接口和高可靠性的過(guò)程I／O接口、使得用戶能方便配置各類(lèi)快速系統(tǒng)。多CPU結(jié)構(gòu)和實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境，非常適合于冷、熱連軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)這樣的實(shí)時(shí)多任務(wù)的工作方式。3)系統(tǒng)盡可能采用遠(yuǎn)程I／O

隨著現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用的日益廣泛，系統(tǒng)與傳動(dòng)(電氣及液壓)及各子系統(tǒng)一般通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接，實(shí)現(xiàn)以通信電纜(光纜)代替I／O電纜，大量減少電纜數(shù)量及電纜鋪設(shè)工作量，使系統(tǒng)更加可靠。3帶鋼熱連軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第30頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4)人機(jī)界面采用OPS十OPU結(jié)構(gòu)，即操作臺(tái)除了必須的緊急按鈕等操作器具外，主要由OPS(帶CRT顯示及專(zhuān)用觸模式鍵盤(pán)的操作員站)及OPU(帶燈輔助功能鍵盤(pán))組成。5)系統(tǒng)具有高可靠性正常連續(xù)生產(chǎn)是冷、熱連軋機(jī)的基本要求，也是提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率的根本保證。因此，軋制過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)要求具有很高的可靠性。一般要求整個(gè)系統(tǒng)的故障率小于0.2％，也就是說(shuō)，如果系統(tǒng)的考核時(shí)間為720小時(shí)，系統(tǒng)允許出現(xiàn)故障及故障恢復(fù)時(shí)間總共不能超過(guò)1．44小時(shí)。6)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)診斷能力，一般提供系統(tǒng)診斷站，提高系統(tǒng)可靠性和維護(hù)效率。7)每個(gè)操作員站的數(shù)據(jù)點(diǎn)一般不超過(guò)l024點(diǎn)，但要求數(shù)據(jù)刷新要快，一般要求數(shù)據(jù)刷新小于500ms。第31頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

3.3軋制過(guò)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置典型結(jié)構(gòu)為了滿足冷、熱連軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)于高速控制和高速通訊的要求，國(guó)外大電氣公司都設(shè)計(jì)有針對(duì)性的大型分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。但從系統(tǒng)的拓樸結(jié)構(gòu)上看基本上可歸納為兩類(lèi)系統(tǒng)，即區(qū)域控制群結(jié)構(gòu)和超高速網(wǎng)結(jié)構(gòu)。（1）區(qū)域控制器群結(jié)構(gòu)屬于區(qū)域控制器群這一結(jié)構(gòu)的有GE的INNOVATION系統(tǒng)和西門(mén)子的SIROLL系統(tǒng)(圖3-1)，其特點(diǎn)是采用高速網(wǎng)將控制連軋機(jī)組的各控制器(PLC及HPC)連成一個(gè)控制器群以解決各HPC間的快速數(shù)據(jù)交換(1~2ms)。

系統(tǒng)由Ll(一級(jí))基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)，L2(二級(jí))過(guò)程自動(dòng)化級(jí)及L3(三級(jí))生產(chǎn)控制級(jí)構(gòu)成?；A(chǔ)自動(dòng)化級(jí)內(nèi)采用高速網(wǎng)后分為二層，上層為區(qū)域主管及用于質(zhì)量控制的HPC(例如厚度控制，板形控制)。下層則為主傳動(dòng)數(shù)字控制器和機(jī)架控制器(SC)。機(jī)架控制器實(shí)際上即為本機(jī)架各液壓機(jī)構(gòu)(液壓壓下，彎輥，串輥)的液壓傳動(dòng)數(shù)字控制器(液壓APC)。因此可以說(shuō)下層為傳動(dòng)(電氣傳動(dòng)及液壓傳動(dòng))的數(shù)字控制器。3帶鋼熱連軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第32頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六圖3-1區(qū)域控制器群結(jié)構(gòu)第33頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(2)超高速網(wǎng)結(jié)構(gòu)屬于這一結(jié)構(gòu)的有日立系統(tǒng)、三菱系統(tǒng)(圖3-2)以及ALSTOM的ALSPA系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的特點(diǎn)是所有控制器都平鋪地連接在Ll／L2間的超高速網(wǎng)上，利用超高速網(wǎng)的寬頻帶，各控制器間以及L1與L2間以五種速度交換數(shù)據(jù)。同一區(qū)域內(nèi)控制器可以以1~2ms的周期交換數(shù)據(jù)；不同區(qū)域的控制器可以以50ms或100m周期交換數(shù)據(jù)；Ll與L2間可以用50ms(跟蹤信息)、100ms(數(shù)據(jù)采樣)及500ms(設(shè)定值下送)周期交換數(shù)據(jù)；L1與L2與人—機(jī)界面系統(tǒng)的服務(wù)器可以用500或1000ms周期交換數(shù)據(jù)。無(wú)論是“區(qū)域控制器群”還是“超高速網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，由于解決了1~2ms的超高速數(shù)據(jù)交換，都很好地滿足了冷、熱連軋過(guò)程的“二高”要求。3帶鋼熱連軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第34頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六圖3-2超高速網(wǎng)結(jié)構(gòu)第35頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

3.4CSP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要功能3帶鋼熱連軋計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第36頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

連鑄計(jì)算機(jī)（板坯連鑄過(guò)程控制）

軋制計(jì)算機(jī)（軋制過(guò)程控制：設(shè)定、AGC、卷取溫度控制、速度控制等）

生產(chǎn)控制計(jì)算機(jī)（產(chǎn)品性能、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)傳送等）

板形計(jì)算機(jī)（軋件板形控制）第37頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4.帶鋼熱連軋數(shù)學(xué)模型的基本方程（BasicEquationsofMathematicModelsforHotStripMills）4.1彈跳方程軋機(jī)彈跳量一般可達(dá)2～5mm，對(duì)于開(kāi)坯軋機(jī)或開(kāi)坯道次來(lái)說(shuō)，由于每道壓下量大(往往在幾十毫米以上)，一般可不考慮軋機(jī)的彈跳量。但對(duì)于熱軋和冷軋薄板來(lái)說(shuō)，情況就完全不同了，由于壓下量?jī)H為幾個(gè)毫米甚至小于1mm(冷軋則更小)，軋機(jī)的彈跳量與壓下量屬同一數(shù)量級(jí)，甚至彈跳量超過(guò)鋼板厚度，因此必須考慮彈跳影響，并需對(duì)彈跳值進(jìn)行精確計(jì)算，這樣才能得到符合公差要求的產(chǎn)品。軋機(jī)操作時(shí)所能調(diào)節(jié)的只是軋輥空載輥縫S’，而薄板軋機(jī)操作中一個(gè)最大的困難是如何通過(guò)調(diào)節(jié)S’來(lái)達(dá)到所需要的帶鋼厚度。根據(jù)彈跳現(xiàn)象可寫(xiě)出以下關(guān)系式(圖4—1)第38頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六式中SP——有載輥縫，mm；

h——軋件厚度，mm；

S’——空載輥縫，mm；

C’——機(jī)座總剛度，kN／nm。剛度的定義為軋輥輥縫增大1mm所需要的軋制力大小，根據(jù)試驗(yàn)表明，機(jī)座彈性變形的特性如圖4-1所示。從圖4-1中可以看出剛度是軋制力的函數(shù)C’=f(P)，而且機(jī)座的彈性變形與軋制力并非線性關(guān)系，在小軋制力時(shí)為一曲線，當(dāng)軋制力大到一定值以后，力和變形才能近似呈線性關(guān)系。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生可用零件之間存在接觸變形和軸承間隙等來(lái)解釋。這一非線性區(qū)并不穩(wěn)定，每次換輥后都有變化，特別是軋制力接近于零時(shí)的變形(實(shí)際上是間隙)很難精確確定，亦即輥縫的實(shí)際零位很難確定，因此上面的關(guān)系式很難實(shí)際應(yīng)用。圖4-1軋機(jī)彈跳曲線第39頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作中，為了消除上述不穩(wěn)定段的影響，都采用了所謂人工壓零位的方法，即先將軋輥壓靠到一定的預(yù)壓靠力P0，此時(shí)將輥縫儀的指示清零（作為零位），這樣可克服不穩(wěn)定段的影響。軋輥壓靠第40頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六(1)在軋制過(guò)程中，軋輥和機(jī)架的溫度都有所升高(直到某一穩(wěn)定狀態(tài))，將產(chǎn)生熱膨脹，同時(shí)由于軋輥不斷磨損，因而使輥縫發(fā)生“漂移”。因此在上述公式中應(yīng)增加補(bǔ)償量，以符號(hào)“G”表示，稱(chēng)為輥縫零位。(2)當(dāng)支撐輥采用油膜軸承時(shí)，其油膜厚度與軋輥轉(zhuǎn)速和軋制力大小有關(guān)，因此在加速過(guò)程中，油膜厚度的變化將影響輥縫的精度，其變化量用O表示。基于這兩點(diǎn)考慮，彈跳方程可寫(xiě)成：

第41頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4.2輥縫形狀方程由于軋出帶鋼的斷面形狀(凸度)即是有載輥縫形狀，因此帶鋼斷面形狀控制(板形控制)實(shí)質(zhì)上是對(duì)有載輥縫形狀的控制(圖4-3)。影響有載輥縫形狀的因素較多，包括：

(1)使輥系彎曲變形(含有一些剪切變形)的軋制力；

(2)使輥系彎曲變形的彎輥力；

(3)改變軋輥輥型的熱輥型和磨損輥型；

(4)改變軋輥輥型的CVC技術(shù)，PC技術(shù)及其他可控制輥型技術(shù)。因此有載輥縫形狀可用以下方程描述:式中，CR——輥縫中部開(kāi)度與板邊處開(kāi)度之差，即為與帶鋼凸度有關(guān)的有載輥縫形狀，mm；

P——軋制力，kN；

F——彎輥力，kN；

KP——輥系在軋制力作用下的彎曲變形，又稱(chēng)為軋機(jī)橫向剛度，kN／mm；

KF——輥系在彎輥力作用下的彎曲變形，又稱(chēng)為彎輥橫向剛度，kN／mm。第42頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六ωC——可控輥型，根據(jù)采用CVC或PC等技術(shù)確定其值，mm；

ωH——熱輥型，為此需建立熱輥型模型，mm；

ωW—一磨損輥型，為此需建立統(tǒng)計(jì)型磨損模型，rnm；

ωO——初始輥型，根據(jù)板形控制需要進(jìn)行輥型設(shè)計(jì)和磨輥，mm；△——入口帶鋼凸度，mm；

E0，EC，E∑——相應(yīng)系數(shù)。對(duì)于熱軋帶鋼來(lái)說(shuō)，ωH，ωW為擾動(dòng)量，ωC及F為控制量，而軋制力可以看作擾動(dòng)量，亦可作為控制量。一般對(duì)于設(shè)有彎輥、竄輥(或PC輥)板形控制手段的軋機(jī)可不再利用軋制力來(lái)控制凸度，而對(duì)于缺乏板形控制裝置的軋機(jī)，則可以通過(guò)負(fù)荷分配，特別是后3～4機(jī)架的軋制力分配來(lái)保證板形良好。

正如上面公式所列，空載輥縫形狀決定于輥系的輥型，主要為：

(1)軋輥磨輥所確定的工作輥及支撐輥初始(冷)輥型；

(2)工作輥的熱輥型；

(3)工作輥的磨損輥型；

(4)CVC，PC等可控輥型。而有載輥縫形狀除了決定于空載輥縫形狀外還將決定于：

(1)軋制力所造成的輥系彎曲變形及壓扁變形；

(2)彎輥力所造成的輥系彎曲變形。第43頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

因此，輥縫形狀的確定，將涉及輥系的一批“輥型”模型及彎曲、壓扁模型等。這些模型并不能簡(jiǎn)單地寫(xiě)出一個(gè)或一批方程。圖4-2軋輥壓扁（縱向厚度）圖4-3軋輥彎曲（橫向厚度）第44頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4.3平直度方程為了保持板形良好(不起浪)，必須使軋件沿寬度方向上各點(diǎn)的延伸率相等，亦即沿寬度方向的各點(diǎn)的壓縮率應(yīng)相同。實(shí)際上軋件的橫斷面邊緣和中間存在著一定的厚差稱(chēng)為凸度，如圖4-4所示。如果來(lái)料已有凸度△，則軋出的成品亦應(yīng)有一定的凸度δ才能保證其板型良好。

即在來(lái)料平直度良好時(shí)，入口和出口相對(duì)凸度相等，這是軋出平直度良好帶鋼的基本條件。要指出的是由于軋輥與軋件接觸的寬度上存在壓扁，在板寬邊緣處由于壓扁的過(guò)渡而存在邊部減薄。因此上面各公式中的he。指的是離實(shí)際邊部約40mm處的板厚。圖4-4軋件入口和出口端面形狀第45頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六軋前端面軋后端面第46頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

4.4流量方程

流量方程：

式中-----入口和出口帶鋼寬度，mm；

L-----入口帶鋼長(zhǎng)度，mm；

-----入口和出口帶鋼厚度，mm；

-----入口和出口帶鋼速度，m/s。對(duì)熱連軋有兩類(lèi)流量方程：（1）

一個(gè)機(jī)架變形區(qū)入口和出口的流量方程

第47頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六對(duì)于熱連軋精軋機(jī)組，寬展很小，所以：

或者

式中f為前滑；為后滑；為軋輥線速度。（2）多個(gè)機(jī)架的流量方程

或

一個(gè)機(jī)架的變形區(qū)流量方程（變形區(qū)入口和出口流量恒等）是完全正確的，但多個(gè)機(jī)架的流量方程，則僅在穩(wěn)態(tài)下正確。第48頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

可從兩個(gè)方面來(lái)論證多機(jī)架流量方程的局限性：

(1)當(dāng)由于某種擾動(dòng)而使i機(jī)架出口厚度產(chǎn)生一個(gè)變動(dòng)(例如使某一段帶鋼變厚)。在這一段帶鋼尚未進(jìn)下一機(jī)架前，i和i+1機(jī)架間各段帶鋼速度相等，但流量不等(厚度較厚的該段帶鋼流量大)，因而此時(shí)對(duì)于這一段變厚的帶鋼來(lái)說(shuō)，i和i+1機(jī)架出口流量是不相等的(