轧制过程控制重点---精品管理资料

吒轧张力杞甘方槿 第一章 轧钢生产技术也进入飞跃发展的阶段，其发展的主要趋势和 特点是： （1）高精度轧制；（2）轧制生产过程日趋连续化（3）SFR自由 规程轧制（Schedule Free Rolling）； （4）智能化轧制;（5）高速轧 制；（6）轧制生产的形式和规模日趋专业化和大型化；（7）用户 对产品精度和质量的要求日益提高。 大型复杂机械设备正向着大型化、连续化、高速化、自动化 和紧凑化的方向发展 一般控制系统的组成：对象、主要干扰因素、检测装置、目 标、执行机构、信息流、控制器（软件、硬件）。 主要控制方式： 闭环反馈控制一一把系统输出信号反馈到其输入端并通过比 较环节参与对对象调节的控制方式。 开环前馈控制一一系统直接检测出外扰并在外扰影响控制量 （对象）之前就进行必要的调节修正的控制方式。 第二章 厚度基本定义：带钢中心线全长上的厚度值；钢板各处厚度 的平均值； 在线检测：测厚仪测到的厚度值；（轧制线中心对应处的带钢 厚度值） 控制手段:轧机辊缝中点开度值.（检测受带钢走偏和测厚仪定 位精度影响） 宽度（描述指标与定义一致） 基本定义：钢板各处宽度值的平均值； 在线测定：带钢横向水平面内与轧向垂直的投影宽度； 控制手段：立辊轧机的开口度;（检测受连轧活套张力（转角） 的稳定性、带钢水平度、波浪度的影响） 检测方法 离线:手工尺子测量，或机械接触式测量； 在线：非接触反射式（CCD或可见光灯管），非接触透射式（X 射线） 板形的定义：（描述指标与定义不完全一致） 基本定义理论上:带钢横截面轮廓几何外形和纵向表观平直 性,具体包含凸度、边降、楔形度、局部突起量、平坦度、翘 曲度等六方面内容。有多种描述方法和指标。 横截面几何外形（板廓）的描述及指标： 凸度（中心区域）：中心与边部厚差，是整体的凸度 比例凸度（中心区域）：即凸度与横截面中点厚度之比。 比例凸度（中心区域）：即凸度与横截面中点厚度之比。 边降（边部区域）：边部（厚度陡降）区域的横向厚差,也称边 部减薄量. 平直性的描述及指标： 有浪高、陡度（急峻度、波浪度）、平坦度、翘曲度等多种描 述方法和指标。 其中平坦度可以是纵向纤维相对长度差或张应力差 张力检测方式（张力计） A） 测张力式板形平坦度仪可以提供带钢总张力板形仪也是一 种张力计。 B） 张力检测方式：与带钢同步旋转辊包角压力检测方法通 过机架间的张力计测量机架间带钢的总张力 实现自动控制的对象指标及其控制环节 针对张力（速度）指标：热轧/冷轧一-设定（开环），前馈控 制，反馈控制，自学习； 针对厚度指标：热轧/冷轧一一设定（开环），前馈控制，反馈 控制，自学习； 针对板形凸度指标：热轧一一设定（开环），自学习，反馈控 制； 针对板形平坦度指标：热轧/冷轧一一设定（开环），前馈控 制，反馈控制，自学习； 针对板形边降指标：冷轧一一设定（开环），反馈控制，自学习。 张力、厚度及板形自动控制系统的对象与执行机构（同体、 共用）： 被控制的对象（过程）——热轧精轧机组F1〜F7与冷连轧机 组 G1~G5； 张力控制的执行机构一一主传动马达（速度）、压下液压缸， 厚度控制的执行机构一一压下液压缸、主传动马达（速度） 板形控制的执行机构一一弯辊、窜辊、压下倾斜和分段冷却。 热、冷连轧的AGC和AFC系统，表现出在 空间上的结构、 组成、功能和时间上的流程、层次、顺序， 并且前者主要由硬件表现，后者主要由软件表现。 除操作者（人）和操作对象（轧机与轧件）之外,硬件和软件可 以认为是控制系统的全部。 轧机的弹跳曲线和弹跳方程 表示了轧件厚度与空载辊缝、轧制力和轧机纵向刚度之间 的关系 轧件塑性变形曲线可以近似认为是直线，其斜率M称为 轧件的塑性刚度系数，它表征了使轧件产生单位变形所需 的轧制力轧件的塑性方程 无论轧制过程如何变化，总使轧机弹性曲线A与塑性曲线B 相交于等厚轧制点，从而得到恒定厚度的带钢 板带厚度控制的实质：不管轧制条件如何变化，总要使A线 和B线交到C线上 入口厚度H、轧机刚度系数K、轧件塑性系数M、初始辊缝S 0是厚度h的四项基本决定因素 1） 轧件温度、成分和组织性能不均匀的影响 温度f一变形抗力）一轧制压力）一轧机弹跳）一厚度变薄 I 2） 来料厚度不均匀的影响 来料厚度I—轧制压力I—轧机弹跳I—板厚度变薄I 3张力变化的影响 张力f—变形抗力I—轧制压力I —轧机弹跳I —板厚度变 薄I 4 ）轧制速度（摩擦系数）变化的影响 通过影响摩擦系数和变形抗力来改变轧制压力。 摩擦系数I—变形抗力I—轧制压力I—轧机弹跳I—板厚 度变薄I 5 ）原始辊缝的影响 原始辊缝减小，板厚度变薄 6 ）轧机刚度的影响 轧机刚度增大，板厚度变薄 板形平坦度良好条件: ――比例凸度相等、纵向延伸率相等（假设来料板形平坦度 良好） ——轧制力分布均匀、张力分布均匀（不需假设来料板形平 坦度良好 实际轧制中,轧件厚度不均匀压缩的一部分转化为纵向不均匀 延伸，另一部分被金属 横向流动消化，板形良好并不需绝对比例凸度绝对相等，即 有shohet板形良好判别式 张力的产生原因 张力的产生:由于在轧件长度方向上存在着速度差，使得轧件 上不同部 位处的金属有相对位移而产生张应力张力 一fl［卅。（】一电）一円£+弋）朴 张力的控制技术 1） 辊缝式调张法 将测量的实际张力值与给定的张力参考值相比较，将形成的 偏差信号传给张力控制器，张力控制器最终给出下游机架辊 缝的附加调节量。如果机架间的张力低，则增大辊缝开度反 之亦然。 2） 速度式调张法 将形成的偏差信号传给张力控制器，张力控制器的输出作为 下游机架轧辊线速度的附加调节量。 第三章 （一）衰减振荡 具有衰减振荡的瞬态过程如图所示： （1） 延迟时间td：输出响应第一次达到稳态值的50%所需的 时间。 （2） 上升时间tr :输出响应第一次达到稳态值y（8）所需 的时间.或指由稳态值的10%上升到稳态值的90%所需 的时间 （3） 峰值时间tp:输出响应超过稳态值达到第一个峰值y max所需要的时间。 （4） 调节时间或过渡过程时间： ⑸涨大超调（简瑶起调母〕的: He） 式中t尤_ 一愉岀响应闌岸大怕1 $何）=匕|«川0--樹稠0; 0）振诙虞蝕;口 征调节时阿内.Xf）惓高Mm）的林储迭塾. Id tr tp 第五章 带钢厚度与压下串级控制系统 前述两种方案各有优缺点，不妨将两种方案结合起来，即将 厚度反馈控制器的输出作为压下控制器的设定值，而压下控 制器的输出去控制液压系统的伺服阀 优点： 压下控制器及时并有效地克服辊缝波动引起对出带钢厚度的 扰动； 厚度控制器用来克服轧辊弹性变形、带钢成分变化等其他因 素影响； 从而显著提咼控制品质。 串级控制 1.2中麵理制嘉蜒拮构及忡盘 H +.*»w |—— >■ m- 1 •： — ：*・ |—片卜［■一厂》 副环具有快速作用，抗干扰能力增强能有效地克服进入副环 的二次干扰； 副环起了改善过程动态特性的作用； 由于副环起了改善过程动态特性的作用，因此可以加大主控 制器的增益,提高了系统工作频率和控制作用的快速性，缩短 了振荡周期，从而改善了系统控制质量； 由于副环的存在，对负载变化适应性增强. 串级控制系统主要应用于 对象容量滞后较大；纯时延较大； 扰动幅值较大和 负荷变化较大的过程； 非线性过程. 整定方法逐步逼近法 具体步骤为： 先断开主回路，整定副控制器；后闭合主回路，整定主控 制器；重新调整副控制器参数；若未达到控制要求，再调 整主控制器参数；以上步骤循环进行，直到满足（逼近）控 制指标为止. 比例控制器比例控制器存在稳态偏差 积分作用：消除稳态误差时域上看:只要有偏差，就要积分； 频域上看：稳态增益为无穷大. 微分作用：超前控制作用，能按被控参数变化速度的大小来校 正被控参数的偏差，它对克服超调现象能起很大作用。时域 上看:稳态偏差为0,控制量就为0;频域上看：稳态增益不 是无穷大 微分先行和中间微分反馈控制方案均能有效克服超调现象， 改善了过程动 态特性，且无需特殊设备，具有一定使用价值； 无论采用何种方案,被控量均存在较大的超调，且响应速 度很慢，难以满 足控制精度要求高的场合，必须采用其他控制手段。 史密斯预估补偿方法是得到广泛应用的方案之一。它的特点 是预先估计 出过程在基本扰动下的动态特性，然后由预估器进行补偿， 力图使迟延了时间的被控量超前反映到控制器，使控制器提 前动作从而明显地减少超调量，加速调节过程。步逼近法是 先副后主，逐步逼近.该方法较繁琐。 逐 第六章 板廓形状（Profile ）检测-—获得凸度、边降、楔形度、局 部突起量基本原理同厚度测量，分为测中心区域的凸度仪（热 轧用多）和测边部区域的边降仪（冷轧）； 按测量原理分： 非接触透射式（使用同位素或X射线），和非接触反射式（使 用激光、电涡流），接触式不适合于在线测量. 按工作原理分： 单点（双点）移动扫描式（C型框架可大范围移动，测得Z 字型轨迹）；多点同步小幅移动（半固定）式（门型框架，各 测头可横移40mm,测得几十个Z字型轨迹）。 平坦度（Flatness ）检测一-获得浪高、陡度、平坦度、翘度 可以测浪高，也可测张力分布。平坦度测量仪器在冷轧上多 称板形仪，在热轧上多称平坦度仪。 按测量内容分： 几何测距（浪高、波长）式（多测点、非接触、光学原理、直 接测量）；测张力分布式（多测点、接触、电磁学原理、间接 测量），包括分段式接触直接测张力分布（压磁/压电传感器） 和多点式非接触间接测张力分布式（电涡流传感器）. 板形平坦度仪的关键：现有各种平坦度检测方法（几何式、应 力式）的检测对象都是一一纵向纤维的相对长度差，不是 钢板内部的残余应力分布。 同位素板廓测量系统 测量原理： 在这种断面形状检测仪中,两个铯137放射源装在一个C形框 架的上架中，总共放射出54条离子束，它们沿带钢宽度排成 平行的两排沿整个带钢宽度互相搭接的多通道同时精确测量 带钢断面形状C形框架与轧制方向成直角摆动,每个通道每秒 可覆盖80mm的带钢宽度在两秒的摆动周期内，沿带钢每隔 10mm的间隔，可以测量两次带钢厚度 边降测量 带钢边降的测量事实上属于带钢断面形状测量的范畴是对带 钢边部的厚度进行专门的、持续的、无接触的厚度测量 结构： 该测量系统包括一个C型框架在该框架上配置3个测量头， 包括2个边部测量头和1个中心线测量头2个边部测量头的 每一个又包括多个监测器,对带钢边部进行多通道测量 扫描模式： 标准的边部减薄量测量装置扫描模式是边部测量头根据不 同的带钢宽度自动地占据其相应的位置，而在设定宽度发生 变化时，测量头位置进行预置。 平坦度测量 接触式板形仪具有信号检测直接，信号处理较易保真的特点 非接触式板形仪的硬件结构相对简单且易于维护 平坦度应变检测法 位移法 原理：通过对来自传感器信号的连续处理来测量传感器和轧 件之间的距离，从而输出带钢的平坦度 基本结构：包含若干个非接触式感应传感器，分成平行的两 排，沿带钢横向排列。纵向相邻的一对传感器测量通过这些 传感器的那段带钢的平坦度. 多点非接触激光测距式 测距式（三角法）板形平坦度仪通过检测到的各点对应带钢上 的波高变化值结 合带钢运行速度及采样周期计算相应的带钢（纤维）长度这种 检测方法的工作前提是带材上没有张力作用 ABB带钢板形检测仪 瑞典ABB公司的分段接触式板形辊是应用最多的冷轧板形的 检测装置 通过将测量辊分成若干个测量区段并在每区段内安装测量传 感器测量带钢沿宽度方向上各段的径向力分布，再经数学转 化得到相应张应力分布，从而来判断板形缺陷的类型及大小 BFI带钢板形检测仪 原理：此板形检测仪与ABB带钢板形检测仪相同的原理 结构及特点： 1） 该检测辊仅仅外面的套圈和球轴承是转动的，所以惯性矩 非常小，在加速和停机时不会因检测辊和带钢之间滑动而擦 伤带钢表面 2） 这种板形检测装置不需要采用滑环来引出检测信号，因为 它的检测元件不是固定在转动轴上这就使结构大为简化 西门子SI—FLAT非接触式板形仪振动法平坦度检测方法 原理：对带钢进行周期性的激振，测量带钢沿宽度方向的激 振高度，用激振波高的分布来衡量带钢的张力分布及板形 第八章 对于变换规格的焊缝，其前后热轧卷可能会是：不同钢种、 不同宽度、不同厚度，并要求前后热轧卷生产出不同规格（成 品厚度）的冷轧成品卷 动态变规格时，冷连轧机组内将存在两种规格带钢及二者间 的楔形区，楔形区一个机架一个机架的前移，而各机架亦随着 变规格点（楔形过渡区的起始点）的到达进行辊缝和速度的调 节，并改变张力设定值 为了保持前面带钢（A材）和变规格后的带钢（B材）都能按 自己的设定值稳定轧制，需控制各机架间秒流量恒定，因此 当对变规格机架的辊缝及速度调整时，需同时对上游或下游 机架进行级联调整 为此有两种调节方式：顺流调节，即对下游机架进行级联调 速；逆流调节,即对上游机架进行级联调速 顺流调节 当变规格点达到Si机架时，一方面要对Si机架的辊缝、速度 进行变更，同时要 调节S （i+1）机架到S5机架的速度，以保持S （i+1）机架到 S5机架的张力 •当变规格点到达S1时，变更S1的辊缝以适应B材的轧制 规范，此时不变更S1的速度 •为了继续保持S1与S2间以及后面各机架间A材规范的张力 不变，需顺流对S2〜S5的速度进行调节 •当变规格点到达S2时，将S2辊缝按B材轧制规范调节， 同时变更S2速度使S1和S2间张力改为B材规范的张力设定 值 •而且还要对S3〜S5速度调节以维持S2与S3以及后面各机 架间的张力不变（为A材的张力设定值），当变规格点到达 S3时控制策略可以此类推 顺流调节的优点 •S1机架的粗调AGC能尽早稳定运行，对保证B材精度有利 •由于S1速度不变，因而不需对入口侧S辊及活套系统进行 调节 顺流调节的缺点 •S5要多次调速，对A材的精调AGC工作不利 •辊缝调节时后张力变动比前张力大因此将影响B材质量 •如果主传动速度调节系统响应特性和精度不高将破坏A材 尾部的正常轧制 逆流调节 当变规格点到达S （i）机架时，一方面要对S （i）机架的辊缝（速 度）进行调节同时要调节S （i—1）机架到S（1）机架的速度，以 保持S （1）到S（i）机架各机架间的张力 •当变规格点进入s （1）时，变更S（1）的辊缝满足B材的规范， 同时改变S （1）速度以维持S（1）〜S （2）间张力不变（A材张力 设定值） •同时使S（1）〜S（5）间各架轧制过程不受到干扰，保持A材能 继续维持稳定轧制使其尾部质量得到保证 •当变规格点进入S（2）时，对S （2）辊缝按B材规范设定， 并调S （2）速度维持S （2）、S （3）间的张力不变（A材张力 设定值），同时调S （1）速度以使S（1）、S（2）间建立B材要求 的张力 •以此类推 逆流调节的优点 •保证下游各机架按A材规范稳定轧制 •对上游机架调速可对传动系统的快速性要求降低 逆流调节的缺点 •S1要多次调速，对B材的粗调AGC工作不利 •要相应变更S辊及入口活套速度 目前大多冷连轧在动态变规格时采用逆流调节方式 第十张 凸度反馈控制 •提高带钢全长的凸度控制精度 •根据凸度仪的实测结果调节上游机架的弯辊力 平坦度反馈控制 •根据平坦度仪的实测结果调节末两机架的弯辊力 •提高带钢全长的平坦度控制精度 反馈控制的计算流程（以冷轧检测带钢横向张应力为例） •测量信号处理:对板形测量设备的信号进行处理，转化为带 材横向张应力的分布，以获取实与目标张应力的量纲一致的 实际板形信号 •板形偏差计算：目标张应力分布减去实测张应力分布 板形偏差 •板形偏差分配:根据板形控制策略，对各板形调控手段分配 其板形偏差 •计算调控量：根据反馈计算模型计算各板形调控手段的调 控量 •分段冷却计算：剩余板形偏差，一般采用分段精细冷却的 方法进行控制 反馈控制策略:亦称为板形分工策略，根据板形调控手段 的数量和各自特点，确定对于这些板形调控手段如何分配板 形偏差 •接力方式：确定控制层次及优先调节权 •分配方式：分配板形偏差，并计算各个调控手段的调节量 接力方式的具体过程 •首先计算实测板形与板形目标曲线之间的偏差。通过在板 形偏差和各控 制手段的调节效果之间作最小二乘拟合，确定各控制手段的 调节量 •本层次调节量计算循环结束后，按接力控制的顺序开始计 算下一个控制层次的调节量。此时板形偏差需作更新，即要 从原有值中减去可由上次计算中得出的调节量消除的部分并 在新的板形偏差的基础上进行下一层次调节量的计算（增量 式调节） •在同一控制层次之中，如果有两种或两种以上的板形调控手 段的效果相似，在按照优先权的顺序只调节一种。当高优先 权的调节量达到极限值，但板形偏差仍没有到达要求且还有控 制手段可调时，剩下的偏差则由具有次优先权的调控手段进行 调节，以此类推，直至板形偏差到达要求或再没有调控手段可 调为止 •在所有控制手段的调节量计算业已完毕后，进行调节量输出 总复习 1板带生产过程的计算机控制系统5个级别： •第第0级（L0 ）-数字传动控制级 •第一级（L1）-基础自动化级 ・第二级（L2）—-过程自动化级 •第三级（L3 ）-—生产控制级 •第三级（L3 ）—-生产控制级 ・第四级（L4 ）一一企业控制级（生产管理级） 板形平坦度良好条件 •热轧中凸度与平坦度控制目标解耦一一在上游机架适度 偏离几何相似条件以达到比例凸度的目标值，在后续下游 各机架控制这一比例凸度值互等，实现平坦度控制目标 •冷轧中边降与平坦度控制目标解耦一一在上游机架适度 偏离几何相似条件以达到比例边降的目标值，在后续下游 各机架控制这一比例边降值互等，实现平坦度控制目标 5板形控制技术与方法 •板形控制实质：板形控制的方法就是控制承载辊缝形 状，即控制纵向延伸的分布-—沿横向/宽度方向或者垂向 /厚度方向 •板形控制原理性方法 •变形辊（含初始辊形、热辊形、在线有效辊形），如 分段冷却、CVC技术、 •变形辊（含初始辊形、热辊形、在线有效辊形），如 分段冷却、CVC技术、PC技术、弯辊 •变轧制力（大小和分布），如压下负荷分配、DSR技术 •变横刚度（变接触线或变轧制力分布），如HCM技术、 UCM 技术、VCR技术 •变张力（大小和分布） •变入口轧件一一上一架出口板形目标 6轧机的板形控制性能界定指标 •辊缝凸度调节域 •辊缝横向刚度 •辊间接触压力分布不均匀度 •板形调控功效曲线 •板形调控功效曲线 •承载辊缝基本凸度值 •边缘降 •弯辊调控能力 7张力控制原理与技术 •张力的产生原因：由于在轧件长度方向上存在着速度差， 使得轧 件上不同部位处的金属有相对位移而产生张应力二亠张力 •连轧张力方程 1板形控制设定模型优先权选择原则 •以保证动态调节的速度和效率为前提 •按照响应慢的、灵敏度小的、轧制过程中不可动态调 节的调控手段先调 •轧制过程中对在带材走行过程中不能调节的手段先调 •轧制过程中对在带材走行过程中不能调节的手段先调 • CVC横移属于响应慢的、灵敏度小的一类；工作辊弯 辊属于响应快、灵敏度高的一类；中间辊弯辊介于二者 之间（先后顺序？） 2反馈控制的计算流程（以冷轧检测带钢横向张应力为 例 •测量信号处理：对板形测量设备的信号进行处理，转 化为带材横向张应力的分布，以获取实与目标张应力的量纲 一致的实际板形信号 •板形偏差计算：目标张应力分布减去实测张应力分布 •板形偏差计算:目标张应力分布减去实测张应力分布 •板形偏差分配：根据板形控制策略，对各板形调控手段 分配其板 形偏差 •计算调控量：根据反馈计算模型计算各板形调控手段的 调控量 •分段冷却计算：剩余板形偏差，一般采用分段精细冷 却的方法进行控制者之间 3反馈控制策略（板形偏差分配） •接力方式：确定控制层次及优先调节权 •控制层次的选择 •第一层次：倾斜 •第二层次：工作辊弯辊、中间辊弯辊、cvc横移（先 后顺序？ •第三层次：分区冷却 •同一层次中各调控手段优先权的选取 •按照响应快的、灵敏度大的调控手段先调的原则 •与设定计算时的原则正好相反，以保证控制的响应速度 •分配方式：分配板形偏差， 團仝E冷札板厚板形控制对我 F7 F] F2 F3 F4 F5 馬 图3击热轧板厚板形控制对象 真陋 | IP.'?, S 亠 BR 刍 FBvJ t 1 t t t t 1 *FBW SCW(i} qti） SCW|i|i 則佔四握理机收芯 阳3戏六堀乱机博鼻、根璜捽刑执打机鞫 0^0 I! QS 0& 理板形平坦度良好条件 JLTBISR*/ L 飢0却旄山 n»* P ■-- --1 rx.xd CO 半 7^' W NA 邑 2 s 单■旳* ■ ■0嬉 申・ 曲申H奋E “応％ 民 期 tw展矗IP" is：：i .. jws 4扳形平坦度良好条件 •基斗建论（合推导过程） mnw 打闪 1-^ 此& K气 VA. k 11.. 4板形平坦度良好条件 *宾际应用-Sh«hi!t判别式 ・'£直*疔=£ 消除耳卷 过耳押H1 设览计禅 '.'.-n - 蚩測崇科耳喪 H h 叱比來和帛壁 pk<^v;c 丄作渣程 |呻哎严 | 川口啦度 4握缝秒 工带液•程 FI好IH 口卑应卜-