專題報告2 劉宏民-燕山大學-板形儀20120408

2012年4月8日燕山大學

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

2.技術背景：高級冷軋帶鋼的重要質量指標

：冷帶鋼軋機核心技術、前沿技術、高端技術

：在線檢測帶鋼板形缺陷的板形儀

：板形在線檢測的“眼睛”

軋制過程的高端測控系統(tǒng)

：被瑞典、英國、德國壟斷

國內空白，全部進口高精度板形

板形控制

板形控制關鍵

板形儀

制造現狀

世界級重大難題燕山大學42024/8/16一、研發(fā)背景滿足帶鋼板形指標要求滿足帶鋼表面質量要求滿足后續(xù)深加工的要求板形閉環(huán)控制是顯著提高冷軋帶鋼產品板形質量、表面質量及后續(xù)深加工質量的關鍵技術板形在線檢測是實現冷軋帶鋼板形閉環(huán)控制的前提和基礎燕山大學52024/8/16一、研發(fā)背景

2.技術背景：中低產品

：高級產品

：1000萬元/套，維護、備件費用高

國外只供貨，不提供技術，卡脖子

無板形儀，僅設定控制

有板形儀，閉環(huán)控制

進口板形儀

3.立項目的（1）自主創(chuàng)新，工業(yè)應用，頂替進口，打破壟斷封鎖，為國爭氣（2）提高板形控制技術水平，提高板形質量，生產高級冷軋帶鋼燕山大學62024/8/16二、總體方案--技術路線

1.板形檢測系統(tǒng)板形檢測輥集流裝置DSP信號處理裝置工控機板形檢測軟件燕山大學72024/8/16二、總體方案—技術路線

2.板形控制系統(tǒng)（1）預設定控制——傾輥、彎輥、竄輥、冷卻和輥型（2）前饋與反饋控制鋼卷檢測輥檢測輥前饋反饋傾輥、彎輥分段冷卻燕山大學82024/8/16三、關鍵技術

1.提出與國際上流行的分段式板形輥不同的結構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DAVY公司德國SUNDWIG公司分段壓磁式以ABB公司檢測輥為例，輥環(huán)熱裝于輥體芯軸上，分段式輥體結構，輥環(huán)間因溫差產生不同熱膨脹量，易劃傷帶鋼表面，預壓力變化較大。空氣軸承式以英國Davy公司空氣軸承式檢測輥為例，對工作環(huán)境要求苛刻，需要純凈空氣，維護和裝配困難，影響有效軋制時間，增加維修費用。整輥壓電式以德國Sundwig測力元件(壓電傳感器)沿輥體表面均勻交錯布置，橫向間歇式測量板形信號，不能同步反映帶鋼瞬時板形，傳感器極為昂貴。燕山大學92024/8/16三、關鍵技術主輥體傳感器彈性塊本項目方案1：整輥鑲塊壓磁式板形輥已應用于鞍鋼1250軋機燕山大學102024/8/16三、關鍵技術本項目方案2：整輥無縫無線式板形輥，2011年完成樣輥在河鋼衡板1050冷軋機上完成工業(yè)試驗主輥體傳感器組合件燕山大學112024/8/16三、關鍵技術

2.提出與國際上流行的干式集流環(huán)不同的信號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)內部結構示意圖圖方案1：噴淋濕式集流環(huán)，2008年應用于鞍鋼1250冷軋機燕山大學122024/8/16三、關鍵技術方案2：信號無線傳輸裝置，2011年應用于河鋼1050冷軋機檢測通道線纜電源耦合器無線傳輸DSP信號處理電路板集流裝置芯軸固定輥體旋轉燕山大學132024/8/163.提出與國際上流行的采集卡形式不同的信號處理方式研制內嵌DSP板形信號處理系統(tǒng)，提高抗干擾能力DSP數字ControllerWIFI信號發(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轉換磁耦隔離ROM*預留光電隔離DSP信號處理電路板磁耦隔離板形檢測軟件系統(tǒng)工控機CAN接口

USB等標準接口三、關鍵技術WIFI信號接收端網卡創(chuàng)新點：1.將DSP板形信號處理系統(tǒng)集成于集流裝置內，利用無線技術實現原始板形信號的動態(tài)輸出傳輸2.編寫底層驅動程序和動態(tài)鏈接庫文件，借用工控機網卡，實現板形數字信號的快速采集燕山大學142024/8/16三、關鍵技術基本功能：●數字信號濾波

●通道異常處理

●自動報警

●板形顯示高級功能：●誤差補償●模式識別●目標板形●閉環(huán)控制

4.研發(fā)板形控制智能化軟件系統(tǒng)，實現高精度控制燕山大學152024/8/16三、關鍵技術（1）板形誤差綜合補償模型綜合補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:綜合補償后的板形檢測信號才能反映真實的在線帶鋼板形狀況。燕山大學162024/8/16三、關鍵技術（2）板形模式識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實測板形分解傾輥彎輥橫移分段冷卻燕山大學172024/8/16三、關鍵技術創(chuàng)新（3）板形目標曲線模型作用：為板形閉環(huán)控制提供目標目標板形檢測板形Note1:目標曲線也叫標準曲線或參考曲線，是板形控制的目標，直接影響帶鋼板形控制穩(wěn)定性和成品板形質量。Note2:采用失穩(wěn)判別法制定目標曲線，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。燕山大學182024/8/16板形偏差控制矩陣方程執(zhí)行機構調節(jié)量+_板形模式識別出口板形板形儀軋機目標板形板形閉環(huán)控制原理圖調節(jié)量板形偏差（4）板形前饋和反饋控制計算——矩陣模型三、關鍵技術創(chuàng)新矩陣控制板形儀入口板形預報出口板形燕山大學192024/8/16三、關鍵技術創(chuàng)新（5）板形閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現自動控制板形調整執(zhí)行機構板形閉環(huán)控制系統(tǒng)燕山大學202024/8/16三、關鍵技術創(chuàng)新（6）板形檢測和板形控制系統(tǒng)軟件界面板形檢測和閉環(huán)控制系統(tǒng)界面燕山大學212024/8/16四、工程應用典型案例1250mm軋機主要技術參數厚度:0.2~1.0mm寬度:800~1200mm卷材內徑: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222024/8/16四、工程應用典型案例燕山大學232024/8/16四、工程應用典型案例板形測量值實時采集數據實際應用效果：帶寬993mm，出口厚度0.5mm，壓下率21.3%，鋼種ST12，第5道次板形控制實際數據。板形輥各個測量段測量值穩(wěn)定，無突變、無異常，檢測精度為-0.5I～0.5I。板形輥測量值換算成總張力與張力測量輥測量值偏差小于3%，說明板形輥測量精度可靠。燕山大學242024/8/16四、工程應用典型案例冷軋帶鋼在線板形實測值板形閉環(huán)控制投入后，沿帶鋼長度方向的板形統(tǒng)計值：最大值：11.47I最小值：1.140I平均值：2.672I燕山大學252024/8/16四、工程應用典型案例帶寬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際數據。板形測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，帶鋼平直度質量平均為6.7I，國際先進指標為10I?？刂葡到y(tǒng)適用于超薄冷軋產品的板形質量控制要求。TM燕山大學262024/8/16四、工程應用典型案例西門子對寶鋼1420冷軋機板形保證值三菱對寶鋼1220冷軋機板形保證值帶鋼厚度帶鋼寬度平直度（I）(mm)(mm)V>300m/mV=常數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冷軋機板形保證值帶鋼厚度(mm)平直度(I)V>150m/minV=常數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272024/8/16五、國內外技術指標對比鞍鋼1250軋機板形儀及閉環(huán)控制系統(tǒng)國內外技術水平對比注*：國際先進水平——瑞典ABB公司分段壓磁式板形儀

——英國DAVY公司分段空氣軸承式板形儀

——德國SUNDWIG公司整輥壓電式板形儀指標名稱國際先進*國內本項目板形檢測分辨力0.5I0.2I板形控制精度8I6I總張力檢測精度3.5%3%單通道最小可測壓力1/2

N1/5

N最高工作溫度200℃230℃燕山大