帶材板形的自動控制.ppt

帶材板形的自動控制,板形自動控制是板帶材軋制的核心控制技術之一，是一項綜合技術，生產中必須通過先進的控制手段與工藝參數(shù)的合理匹配，才能獲得理想的板形。近年來隨著科學技術的不斷進步，先進的板形控制技術不斷涌現(xiàn)，并日臻完善。板形控制的目的是要軋出橫向厚差均勻和外形平直的板帶材。,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，其實質是指帶鋼內部殘余應力分布狀況，即軋件在寬度方向變形的均勻程度。二、板形缺陷常見種類有：浪形、瓢曲、翹曲、折皺或旁彎等。,三、板形控制系統(tǒng)的類型板形閉環(huán)控制系統(tǒng)板形開環(huán)控制系統(tǒng)板形復合控制系統(tǒng)板形閉環(huán)控制系統(tǒng)（1）控制原理：通過板形儀及其信號處理裝置獲取實際板形信號，計算實際板形與目標板形的偏差，經板形控制計算機處理后，將調節(jié)信號送到板形調節(jié)機構，由板形調節(jié)機構對帶鋼進行在線調節(jié)，使帶鋼板形得以糾正。,（2）組成三部分，即板形檢測裝置、控制系統(tǒng)和板形調節(jié)系統(tǒng)（執(zhí)行機構）板形檢測裝置板形儀形狀針：獲取實際板形信號?？刂葡到y(tǒng)：由比較環(huán)節(jié)、板形控制計算機等構成輸出調節(jié)控制信號給板形調節(jié)系統(tǒng)板形調節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行機構：啟動、調節(jié)、控制板形,由于板形控制的實質是對承載輥縫的控制，因此通過調節(jié)有載輥縫的形狀，使其與來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部件、裝置或工藝參數(shù)，均可作為調節(jié)板形的執(zhí)行機構。,把軋機上的部件或裝置作為執(zhí)行機構，常用的有：液壓彎輥裝置雙階梯支撐輥大凸度支撐輥變接觸長度支撐輥技術壓下裝置軋輥冷卻系統(tǒng)張力卷取機中間輥可軸向移動的輥系結構：HC系列等軋輥凸度可變的輥系：CVC、VC、DSR軋輥交叉輥系：PC,2.板形開環(huán)控制系統(tǒng)（1）控制原理：依據軋機參數(shù)和原始軋制條件，用理論計算方法或統(tǒng)計方法預測出各執(zhí)行機構的最佳參數(shù)，并把它作為預設定模型，由計算機進行在線控制。（2）特點：執(zhí)行機構一旦設定完畢，在軋制過程中一般是不隨實際軋出帶鋼的板形好壞加以調節(jié)。,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長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式表示法,二、帶鋼平直條件板形良好條件,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計原始凸度的設計,四、板形的改善（控制）方法工藝上：（1）方法：采用設定初始輥縫形狀、改變軋制規(guī)程（變彎矩控制法）、調整張力分布以及調整軋輥熱凸度等。（2）特點：響應速度慢不能實現(xiàn)在線的即時控制對異常板斷面（如局部高度）等缺陷無法控制,2.設備上：前已述液壓彎輥裝置雙階梯支撐輥大凸度支撐輥變接觸長度支撐輥技術壓下裝置軋輥冷卻系統(tǒng)張力卷取機中間輥可軸向移動的輥系結構：HC系列軋輥凸度可變的輥系：CVC、VC、DSR軋輥交叉輥系：PC,從種種板形控制手段來看，目前各種板形控制技術主要遵循兩種技術思路：增大有載輥縫凸度可調節(jié)范圍增大有載輥縫的橫向剛度，減少軋制對輥縫凸度的影響,五、板形檢測技術與控制帶鋼板形檢測：由檢測設備根據檢測內容獲取被測帶鋼的實際板形曲線（1）檢測設備的類型有：有接觸式、非接觸（2）檢測內容分：測量帶鋼平直度(纖維長度)，以檢測帶鋼的顯性板形檢測帶鋼橫向張應力的分布，以檢測帶鋼的隱性板形,實際檢測時：熱軋帶鋼的板形檢測儀要求在高溫、潮濕的惡劣環(huán)境中工作，且熱軋帶鋼是在無（或?。埩ο萝堉?，故采用非接觸式的板形檢測儀，以測量帶鋼的各纖維長度，檢測出其顯性板形的好壞。最常見的是激光板形檢測儀，采用非接觸激光測距，直接檢測帶鋼的顯性板形即可。,冷軋帶鋼一般采用大張力軋制，而掩蓋了實際的板形缺陷。因此要求板形儀必須能夠檢測出帶鋼的隱性板形，即精確地檢測帶鋼內部張應力分布，才能及時通過軋機自動控制系統(tǒng)進行板形調整，從而保證實際板形的良好。冷軋板形檢測采用最多的是瑞典ABB公司的分段接觸式板形輥。目前西門子公司于20世紀末開發(fā)出一種采用電渦流傳感器檢測的SI-FLAT非接觸式板形儀，并已在冷軋機上得到了成功的應用，應用前景廣闊,2.板形目標曲線的確定（1）概念板形目標曲線：指板形控制系統(tǒng)調節(jié)帶鋼板形(由板形儀測得的前張應力)應達到的目標。板形目標曲線代表了生產者所期望的實物板形質量，其研究過程經歷了三個發(fā)展階段。,由于來料情況不同，或是根據客戶的需要，或是根據生產的實際情況，如裂邊、浪形、楔形等，可選擇不同的目標曲線組織生產。板形儀一般可以存貯近50條目標曲線，供操作人員選擇。目標曲線的選用可分為兩個參數(shù)：形狀，即目標曲線號幅值，即曲線正負值的大小。,3.板形調控機構的設定計算（1）概念設定計算：利用數(shù)學模型計算出板形調控機構各相關的調節(jié)量，并輸出到執(zhí)行機構的過程。設定計算的正確與否將直接影響到帶鋼板形質量和軋制穩(wěn)定性。,（2）設定計算的給定方法手動給定：憑經驗給定計算給定：按數(shù)學模型計算給定，包括統(tǒng)計法、表格法、解析法和數(shù)值法4種。（3）設定計算的控制策略：根據板形調控手段的數(shù)量和各自特點，確定設定計算調節(jié)的先后順序或稱優(yōu)先權，以及計算初值和極限值如何選取。,優(yōu)先權選擇原則以保證動態(tài)調節(jié)的速度和效率為前提按照響應慢的、靈敏度小的、軋制過程中不可動態(tài)調節(jié)的調控手段先調。軋制過程中對在帶材走行過程中不能調節(jié)的手段先調在板形調控手段中，CVC橫移屬于響應慢的、靈敏度小的一類；工作輥彎輥屬于響應快、靈敏度高的一類；中間輥彎輥介于二者之間；PC角屬于動態(tài)不可調的一類。,設定計算的基本過程：根據各調控手段的優(yōu)先權，按照選定的初值，具有高優(yōu)先權的先進行計算，對輥縫凸度進行調節(jié)，當調節(jié)量達到極限值時，輥縫凸度尚未達到要求且還有控制手段可調時，剩余的偏差則由具有次優(yōu)先權的調控手段進行調節(jié)，依次類推，直到輥縫凸度達到要求或再沒有調控手段可調為止。,4.板形自動控制的實現(xiàn)實際板形測量曲線減去目標曲線之差即為板形偏差，板形偏差用于板形控制部分，根據板形偏差的大小來改變軋機板形執(zhí)行機構的調整量及乳化液冷卻噴淋量，調節(jié)軋機有載輥縫形狀，使實測板形趨近于目標曲線，而達到板形控制的目的。eg.某六輥冷軋機的板形控制系統(tǒng),5.3帶鋼板形前饋（開環(huán)）控制,一、功能應用前提：在實際軋制時，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厚度自動控制系統(tǒng)P波動軋輥彈性變形變化輥縫形狀變化影響帶材的板形熱軋來料的溫度在不同的位置有一定的偏差軋輥的熱凸度波動輥縫形狀變化影響到帶材的板形,2.功能：設定最佳參數(shù)，通過對軋制工藝參數(shù)的實時測量而相應建立的板形控制系統(tǒng)，即為板形前饋控制，該系統(tǒng)主動干預板形控制，提高板形控制的精度水平和響應速度，以提高帶鋼的實際板形。板形前饋控制時，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），而對于冷軋來說，主要是軋制力。,二、熱軋的溫度和軋制力前饋控制,調控方式現(xiàn)代熱連軋機調節(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程中可以動態(tài)調節(jié)板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。,2.前饋控制量的計算：即彎輥力調節(jié)量的計算思路：熱軋時，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帶材凸度不發(fā)生變化，則有C=0彎輥力的調節(jié)量為,三、冷軋的軋制力前饋控制,調控方式：壓下系統(tǒng)、張力、彎輥、竄輥、軋輥交叉等多種。前饋控制量的計算：思路：采用與設定計算相類似的方法。首先用最小二乘擬合法得到板形調控手段對軋制力變化的前饋調節(jié)比例系數(shù)F，即,其次依軋制力變化的大小計算各控制手段的前饋控制量F=FPg，再根據各調控手段的補償優(yōu)先次序進行剩余偏差的調節(jié)。,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測值與板形目標曲線之間的偏差。該控制系統(tǒng)包含了板形測量裝置、控制器和執(zhí)行機構。投入閉環(huán)反饋控制的前提條件是有準確的板形實測信號，而控制器是板形控制的重要組成部分，其控制精度，直接影響到實物板形的質量。,熱連軋機的閉環(huán)反饋控制，主要是根據精軋出口處的板形測量儀的實測結果，反饋調整最后一個或幾個機架的彎輥力，達到保證帶鋼平直的目的。冷連軋機的閉環(huán)反饋控制，一般在最末機架安裝板形測量輥，與最末機架形成閉環(huán)反饋。有的軋機在第一機架也裝有板形測量輥和閉環(huán)反饋系統(tǒng)。,二、反饋控制策略：根據板形調控手段的數(shù)量和各自特點，確定對于這些板形調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)先調節(jié)權。分配方式：分配板形偏差，并計算各個調控手段的調節(jié)量。,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個層次。在每個控制層次之中，如果有不止一個調控手段，則根據各調控手段的優(yōu)先權，對具有高優(yōu)先權的先進行調節(jié)。,（2）優(yōu)先權的選擇原則：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。同一層次中各調控手段優(yōu)先權的選取，按照響應快的、靈敏度大的調控手段先調的原則。與設定計算時的原則正好相反，以保證控制的響應速度,（3）接力方式的具體過程：首先計算實測板形與板形目標曲線之間的偏差。通過在板形偏差和各控制手段的調節(jié)效果之間作最小二乘擬合，確定各控制手段的調節(jié)量。本層次調節(jié)量計算循環(huán)結束后，按接力控制的順序開始計算下一個控制層次的調節(jié)量，此時板形偏差需作更新，即要從原有值中減去可由上次計算中得出的調節(jié)量消除的部分，并在新的板形偏差的基礎上進行下一層次調節(jié)量的計算。,在同一控制層次之中，如果有兩種或兩種以上的板形調控手段的效果相似，在按照優(yōu)先權的順序只調節(jié)一種。當高優(yōu)先權的調節(jié)量達到極限值，但板形偏差仍沒有到達要求且還有控制手段可調時，剩下的偏差則由具有次優(yōu)先權的調控手段進行調節(jié)，以此類推，直至板形偏差到達要求或再沒有調控手段可調為止。在所有控制手段的調節(jié)量計算業(yè)已完畢后，進行調節(jié)量輸出。,（4）接力方式的特點：類似于數(shù)據傳輸里的串行方式。2.分配方式（1）內容：按照某種分配方式將板形偏差分配到各個調控手段上分別計算各個調控手段的調節(jié)量。如果有兩種或兩種以上的板形調控手段的效果相似，在控制時各個調控手段仍可同時動作。,（2）特點：類似于數(shù)據傳輸里的并行方式。（3）分配方式的控制策略：主要有三種比例分配法XO點法登山搜索法等,三、反饋控制的計算模型板形測量信號一般都是離散的信號。其計算模型有多種，其中主要的有4種方法，即模式識別法參數(shù)評價法影響函數(shù)法人工智能法,四、反饋控制的計算流程,以檢測帶鋼橫向張應力為例，分5步，即測量信號處理：對板形測量設備的信號進行處理，轉化為帶材橫向張應力的分布，以獲取實與目標張應力的量綱一致的實際板形信號板形偏差計算：目標張應力分布減去實測張應力分布板形偏差板形偏差分配：根據板形控制策略，對各板形調控手段分配其板形偏差,計算調控量