某鋼廠冷軋板形控制系統(tǒng)設計

1、冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 1 -目 錄1板形定義、影響板形的因素和板形控制手段板形定義、影響板形的因素和板形控制手段 - 2 -1.1帶鋼斷面形狀表示方法- 2 -1.1.1凸度（cr）- 2 -1.1.2楔形（ct）- 3 -1.1.3邊部減?。╡）- 3 -1.1.4局部高點- 3 -1.2坦度表示方法- 4 -1.2.1纖維相對長度差表示法- 4 -1.2.2波浪表示法- 5 -1.2.3常見板形錯誤與帶鋼延伸的關系- 6 -1.3影響板形的因素- 7 -1.3.1軋輥的彈性彎曲變形- 9 -1.3.2軋輥的熱膨脹- 10 -1.3.3軋輥

2、的磨損- 10 -1.3.4軋輥的彈性壓扁- 11 -1.3.5軋輥的原始輥型- 11 -1.3.6軋輥的安裝- 11 -1.4控制板形的手段 - 13 -21450 冷連軋控制系統(tǒng)中的板形控制系統(tǒng)冷連軋控制系統(tǒng)中的板形控制系統(tǒng)- 15 -2.1系統(tǒng)總覽 - 15 -2.2基本測量原理 - 16 -2.3板形測量設備 - 17 -2.3.1bfi測量輥- 17 -2.3.2pcm解碼單元- 18 -2.4實現、接口與通訊方式 - 19 -2.5測量值處理 - 20 -2.5.1測量值處理（軋制模式）- 20 -2.5.2測量值處理（標定模式）- 21 -2.6板形控制 - 21 -2.6.1執(zhí)

3、行機構- 21 -2.6.2板形分析- 22 -2.7分段冷卻控制介紹 - 23 -2.8調試中所需要進行工作 - 24 -冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 2 -冷軋板形控制系統(tǒng)介紹現在對冷軋帶鋼產品質量的要求越來越高，繼縱向厚差由于使用 agc 獲得比較圓滿的解決之后，橫向厚差及板形的控制則成為重點的研究課題。本文主要分為兩個部分，第一部分介紹了板形的定義、影響板形的因素和板形控制的手段，第二部分介紹了 1450 冷連軋控制系統(tǒng)中的板形控制系統(tǒng)和調試工作中所做的工作。1板形定義、影響板形的因素和板形控制手段板形問題包括板帶的橫向厚差及板帶的平直度兩個

4、方面，但由于這二者又緊密相關，故把他們總稱為板形問題。板形實際上包含帶鋼橫截面幾何形狀和在自然狀態(tài)下帶材的平坦度兩個方面，因此要定量描述板形就涉及到這兩個方面的多項指標，包括：凸度、楔形、邊部減薄、局部高點和和平坦度。 1.1 帶鋼斷面形狀表示方法帶鋼斷面形狀表示方法1.1.1 凸度（凸度（cr）凸度是描述帶材橫截面形狀的一項主要指標。凸度定義為在寬度中點處厚度與兩側邊部標志點平均厚度之差 crhc-1/2her+hel冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 3 -式中 her和 hel為右部及左部的標志點厚度。所謂標志點是指不包括邊部減薄部分的邊部點，一般取

5、離實際邊部 40mm 左右處的點。hc為帶材寬度方向中心點的厚度。1.1.2 楔形楔形（ct）楔形：即左右標志點厚度之差ctherhelhe11.1.3 邊部減薄（邊部減?。╡）邊部減薄：即帶鋼與軋輥接觸處的軋輥壓扁在板邊由于過渡區(qū)而造成的帶鋼邊部減薄。er= her-herel= hel-hei式中 her和 hel為帶材實際右邊部和左邊部的厚度（上面各式中右部一般指傳動側，左部為操作側）。冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 4 -1.1.4 局部高點局部高點局部高點是指橫截面上局部范圍內的厚度凸起。對于寬冷軋帶鋼，嚴格說，凸度可分為二次凸度 cr2和四

6、次凸度 cr4（甚至還包括更高次的）。從帶寬中心點到兩側標志點范圍內如測取多個點的厚度值，并用這些點的厚度值擬合出一條曲線，往往是如下形式 h()=b0+b1+b22+b44+b0 -b4為系數由此可定義 cr1=2b1 cr2=(b2+b4) cr4=b4/4其中 cr1實際上表現了帶鋼的楔形，cr2為二次凸度，亦即為前面所說的凸度，cr4為四次凸度w 圖 125 局部高點冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 5 -1.2 坦度表示方法坦度表示方法平坦度指軋制后在不存在張力的狀態(tài)下（自然狀態(tài)）帶材的平坦性，由于對冷軋成品使用多種測量方法，平坦度可有多種表示

7、方法。平坦度不良的主要表現為帶鋼（在自然狀態(tài)下）的翹曲。翹曲是由于帶寬方向上各處延伸不均造成內部殘余應力分布。冷軋帶鋼時，對帶鋼前后將施加較大張力，因此軋制時從表面上一般不易看出翹曲、起浪等現象，但當帶鋼無張力，自然地放在平臺上，常可看到帶鋼地翹曲（起浪、皺紋或局部凹凸）。冷軋帶鋼地翹曲比熱軋帶鋼復雜。不僅有側彎、邊浪、中浪，而且存在 1/4 處的波浪以及復合浪，這是由于內應力的不同分布造成。1.2.1 纖維相對長度差表示法纖維相對長度差表示法軋后帶鋼翹曲是由于邊部或中部較大的延伸而產生嚴重邊浪或中浪。一個比較簡單的方法就是取寬度方向上不同點的相對長度差l/l 來表示平坦度。其中 l 是所取基

8、準點的軋后長度，l 是其它點相對基準點的軋后長度差，相對長度差也稱為板形指數 w。wl/l這個值是非常小的，為了更好的表達和操作，我們引入了 i 單位。冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 6 -1 i-unit = 10-5 * l/l。一般定義 i 為負時是邊浪，i 為正時是中浪。ll+ lll+ ll ll ledge waves = strip edges are long, strip center is shortcenter waves = strip center is long, strip edges are shortdefinitio

9、n1_e.dsf18.07.20001.2.2 波浪表示法波浪表示法在翹曲的鋼板上測量相對長度來求出長度差很不方便，所以采用了更為直觀的方法，即以翹曲波形來表示平坦度，稱之為波浪度dw。將帶材切取一段置于平臺之上，如將其最短縱條視為一直線，最長縱條視為一正弦波，則如圖 126 所示，可將帶鋼的波浪度表示為 dw（rw/lw）100式中 rw波高； lw波長。平臺wlw冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 7 -波形表示法dw 為波浪度，也叫陡度（steepness）。這種方法直觀、易于測量，所以許多工廠都采用這種方法。設在波形表示法圖中與長度為 lw 的直線

10、部分相對應的曲線部分長為 lw+lw，并認為曲線按正弦規(guī)律變化，則可利用線積分求出曲線部分與直線部分的相對長度差。因設波形曲線為正弦波，設：hw（rw/2）sin（2y/lw）故與 lw 對應的曲線長度為： lw+lw因此，曲線部分和直線部分的相對長度差為 wlw/ lw =(rw/2 lw)2=(2/4)d2w10-5因此波浪度可以作為相對長度差的代替量。只要測出帶鋼波浪度，就可以求出相對長度差。1.2.3 常見板形錯誤與帶鋼延伸的關系常見板形錯誤與帶鋼延伸的關系下圖顯示了典型的幾種板形表現形式與板寬方向上延伸率的對應關系。冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介

11、紹- 8 -但是，實際上在實際軋制完的帶鋼上，這些板形錯誤會同時出現，帶鋼表現出來的是這幾種板形的綜合表現。下圖演示了其中的一種情況。冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 9 -1.31.3 影響板形的因素影響板形的因素通常冷軋帶鋼產品不允許有明顯的浪形與瓢曲等板形缺陷存在，因為板形不良將直接影響用戶的使用。如帶鋼在長度方向在水平面上向一邊彎曲，會影響用戶放樣下料、自動進料或材料的利用率，更為嚴重的是切不成材，無法使用。要不就是大材小用或積壓待處理。因此，板形是冷軋帶鋼產品標準中的保證項目之一。根據冷軋帶鋼產品的規(guī)格、用途等不同，在板形質量方面的要求程度亦各

12、有異。我們平時所說的板形或有關標準中所規(guī)定的板形要求一般是指“視在板形”，亦即指在軋制過程中或軋后即可用肉眼或測量器具辨別的板形。而事實上，操作不當會產生一種在軋制后不能立即發(fā)現往往要在后部加工工序中才會暴露的板形，即“潛在板形”。例如，有時從軋機出來的帶鋼看起來并無浪形，但一旦冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 10 -縱剪，即會出現旁彎或者浪形。因此，在生產中要將視在板形都控制在所要求的范圍內。眾所周知，帶鋼的橫向厚度差取決于軋輥在軋制時輥縫的實際大小及形狀，帶鋼的板形則取決于與此有關的各部分的延伸的均勻程度。因此，橫向厚度和板形是兩個不同的概念。但無

13、論是橫向厚度差方面的缺陷或板形方面的缺陷，其根源都在于帶鋼在軋制過程中的不均勻變形（不均勻 的壓下與不均勻的延伸），實質是帶鋼內部殘余應力的分布?？梢姡瑱M向厚度差與板形有著內在的關系。因此，通過調整輥縫形狀可以達到減小帶鋼的橫向厚度差和改善板形質量的目的。研究證明，在冷軋過程中，由于帶鋼的寬展很小幾乎可以忽略不計。因此，壓下變形基本都轉為延伸，特別在待張力軋制的情況下，可以相當準確的認為壓下系數就等于延伸系數。如此，帶鋼在軋制過程中由于某種原因而引起的各部分的壓下不均將表現為這部分的延伸不均，板形缺陷的出現就是來源于帶鋼寬度方向上各部分的延伸不均，延伸較大的部分被迫受壓，而延伸較小者則被迫受拉

14、。通常拉伸作用不會引起板形問題，但是當壓縮力超過一定的臨界值時，該部分帶鋼在壓縮力的作用下將產生不同形式的屈曲。事實上，帶鋼在軋制時在尚未進入軋輥之前的部分其前進速度沿寬度方向是均勻分布的，而剛從輥縫出來的帶鋼速度沿寬度方向上的分布是不均勻的。為了區(qū)別于軋制時帶鋼的變形，通常把這種冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 11 -離開輥縫以后由于縱向延伸不均而引起的附加變形稱為“二次變形”，帶鋼“二次變形”的結果導致帶鋼板形的不良。如果認為“二次變形”等于零是確保帶鋼完全平直的理想條件，就應設法使帶鋼各點延伸一致，即意味著帶鋼斷面上各點的壓下率相同。當帶鋼在軋制

15、前就已存在著一定的斷面厚度差時，則依照帶鋼斷面上各點的壓下率相同顯然還不能保證縱向各點延伸完全一致。如果料中部厚于邊部的情況下，為了保證均勻延伸，就必須使中部的壓下率大于邊部的壓下率，這樣才有可能使中部與邊部的延伸差等于零。在實際生產中，經常會碰到這樣一個情況，即有時軋出帶鋼板形良好但厚度超出偏差，為了保證帶鋼橫斷面厚度偏差值，板形方面的要求又可能滿足不了，造成這種局面的根本原因就是原料斷面厚度的不均勻。如前所述，帶鋼橫向各部位延伸一致的標準是各點的壓下率相同。然而，只要軋前帶鋼的各點厚度差不等于零，所軋出的帶鋼厚度差在保證板形良好的條件下是不可能等于零的。而且，在延伸相同的條件下，軋前厚度差

16、越大，那么在保證板形良好的情況下所軋出的帶鋼橫向厚差也越大。換句話說，只要軋前厚度差不等于零而想使軋出的帶鋼厚度差等于零，就只有破壞均勻延伸條件，從而也破壞了板形的平直。因此，為了盡可能兼顧板形與橫向厚差的要求，重冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 12 -要的問題在于努力保證冷軋帶鋼原料的厚度比較均勻，這點已為冷軋帶鋼生產實踐所證明。上所述，影響板形不良的原因在于帶鋼在軋制過程中沿寬度方向上各處的不均勻延伸。板形缺陷的產生，除了原料的厚度不均勻等因素外主要是軋輥的輥縫變化。因此，板形的控制基本上可以說是輥形的控制，而輥形的控制系指對實際軋制時工作輥縫形狀

17、的控制。眾所周知，帶鋼在冷軋過程中，其橫斷面上各點的厚度取決于軋輥在軋制時的實際輥縫；其平直度則取決于各部分延伸的均勻程度，這同樣也取決于軋制時的實際輥縫的形狀與大小。由于軋輥的彎曲而沿帶鋼寬度方向輥縫發(fā)生變化，使軋出的帶鋼沿寬度方向變的不均勻，這就導致帶鋼板形的不良，而軋輥的彈性變形、輥溫的變化及軋輥的磨損乃是使軋輥彎曲、其實際工作輥縫發(fā)生變化的主要因素。特別是軋輥的磨損，每時每刻都在破壞著正常的輥形，使輥縫發(fā)生不均勻的變化。歸結起來，影響輥縫形狀的因素主要有以下幾點：1.3.1 軋輥的彈性彎曲變形軋輥的彈性彎曲變形從變形工具方面來看，如果軋制用的軋輥加工成嚴格的圓柱形，那么在不過鋼時，輥縫

18、顯然是平行的。在軋制帶鋼時，由于軋制壓力的作用，軋輥將產生彈性變形（如下圖）。這些彈性變形沿輥身長度方向是不均勻分布的，結果使軋制時的實際輥縫變成中間尺寸冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 13 -大于邊部尺寸的鼓形輥縫，所軋出的帶鋼斷面形狀自然也是鼓形的。即帶鋼中部產生凸度，帶鋼邊緣減薄。通常，軋制壓力越大，軋輥的彈性彎曲變形越大；軋輥直徑越大，剛性就越好，則軋輥的彈性彎曲變形越小。1.3.2 軋輥的熱膨脹軋輥的熱膨脹冷軋生產過程中，帶鋼的變形主要是壓下與延伸變形，厚度方面的壓下幾乎全部變成縱向的延伸。在變形過程中，帶鋼將產生大量的變形熱，帶鋼在軋制中產

19、生的變形熱是主要的熱源。由于這種變形熱使軋輥熱膨脹而改變原始輥形，實測表明，輥身各部分的溫度并不一致，由此引起的溫度差將導致軋輥直徑的熱膨脹差。在多數情況下，輥身中部的溫度將高于其邊部的溫度，此時，假如軋輥由于熱膨脹所形成的凸度其值正好與軋輥產生的彈性彎曲所形成的凹度值相互補償，則輥身就能保持圓柱形，這時沿帶鋼橫斷面各處的壓下將都是一樣的，那么帶鋼各點的延伸也就都相同（原料厚度各點都相同的情況下），軋出的帶鋼板形自然是良好的；如果軋輥的彈性彎曲所形成的凹度值大于軋輥熱膨脹凸度值，則帶鋼兩邊的壓下將比中間大，那么帶鋼兩邊的延伸變形也相應的要大些，儀即比中間部分伸長要大些；換一種情況，如果軋輥的彈

20、性彎曲所形成冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 14 -的凹度值小于軋輥熱膨脹，則帶鋼中間部分的延伸大于兩邊部分的延伸?？梢?，軋輥由于熱膨脹所形成的凸度不管其大小都將影響原始輥縫形狀。軋輥溫度分析示意圖需提請注意的是輥溫沿輥身長度上的分布往往也不是對稱的。1.3.3 軋輥的磨損軋輥的磨損隨著軋輥在換輥以后工作時間的逐漸增長，工作輥與帶鋼之間、工作輥與支撐輥之間由于摩擦會使軋輥磨損，軋輥的磨損使輥縫形狀漸漸的變的不規(guī)則起來（如圖所示）。影響軋輥磨損的因素也是多方面的。例如，軋輥與帶鋼的材質、軋輥表面硬度和光潔度、軋制壓力和軋制速度。前滑和后滑的大小以及支撐輥

21、與工作輥之間的滑動速度都會影響軋輥磨損的快慢；另外，沿輥身長度方向軋輥磨損也是不均勻的，這些都將影響輥縫的形狀。冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 15 -軋輥磨損示意圖1.3.4 軋輥的彈性壓扁軋輥的彈性壓扁軋制時由于軋制壓力的作用，帶鋼與工作輥之間、工作輥與支撐輥之間均會產生彈性壓扁。影響輥縫形狀的不是軋輥的彈性壓扁的數值，而是壓扁值沿輥身長度方向的不同大小，對于工作輥來說，如果軋制壓力沿帶鋼寬度是均勻分布時，則工作輥的彈性壓扁分布也是均勻的。由于工作輥與支撐輥之間的接觸長度上各點的壓力是不同的，這就使輥與輥之間彈性壓扁值沿輥身長度方向也是不均勻的，工

22、作輥與支撐輥之間的不均勻壓扁引起了輥縫形狀的變化。1.3.5 軋輥的原始輥型軋輥的原始輥型軋輥的原始輥型不同，就可以人為的使輥縫形狀不同。在實際生產中人們就是利用軋輥原始輥型這一因素來補償上述因素對輥縫所造成的影響。1.3.6 軋輥的安裝軋輥的安裝軋輥水平度和垂直投影不良時，也會使輥縫形狀改變，顯然這是應該極力避免的。冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 16 -除上述各因素對輥縫將產生一定影響外，在軋制過程中張力和潤滑等對輥縫同樣將產生影響。張力，特別是后張力能使帶鋼對軋輥的壓力降低；工藝潤滑可以使帶鋼與輥面間摩擦系數減小，同樣也能降低帶鋼對軋輥的壓力。所

23、有這些均使軋輥的彈性彎曲減小而影響輥縫。在實際生產中，軋輥的受力變形、熱膨脹與磨損這三個因素是綜合的起作用的，他們一方面既是引起板形缺陷與橫向厚差不合格的根源；另一方面，如能進行適當調整和控制，卻又可使這三大因素成為改善板形和提高橫向厚度均勻性的有效手段。例如，在軋制過程中，由于變形熱使軋輥熱膨脹而改變原始輥型，致使板形受到影響，此時，為保持原始輥形可通過沿輥身長度方向上的分段控制冷卻液的流量，以適當調節(jié)軋輥輥身兩端與中部的溫度差以及輥徑與軸承的溫度，就有可能減小軋輥的凸度，從而達到原始輥縫的要求。綜上所知，帶鋼的橫向厚差和板形的變化是由輥縫形狀的變化而引起的，因此，在軋制過程中凡是對輥縫形狀

24、有影響的所有工藝參數如軋制張力、工藝潤滑等都將有可能對板形產生影響?？梢娪绊懓逍蔚囊蛩嘏c影響軋輥形狀的因素有類同之處。即： 軋輥的原始輥型。 軋制張力。 張力。冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 17 - 冷卻液的使用。 工藝潤滑劑的使用。 軋輥的安裝。 原料厚度及硬度的變化。以上影響板形變化的因素除了原料和軋輥安裝的因素外，主要是軋輥的輥型變化，因此，可以這樣認為。板形與“輥型”（系指軋輥輥縫形狀）的基本概念可以是一致的，即有什么樣的“輥型”就有什么樣的板形。如前所述，軋輥的彈性彎曲、彈性壓扁、輥溫的變化以及軋輥的磨損乃是使軋輥輥縫發(fā)生變化的主要因素。其

25、中，軋輥的磨損是軋制時間的函數，它每時每刻都在改變著正常的輥型，使輥縫產生不均勻的變化。根據所用軋輥的材質與工作條件不同，軋輥的磨損（磨損的分布與磨損的速度）有其特定的規(guī)律，一般軋輥磨損與所軋品種、規(guī)格、軋制計劃的安排、軋制工藝制度、軋輥材質、原始輥型與軋輥冷卻、潤滑條件等密切相關。通常，軋輥的磨損是很難隨意加以改變的，而輥溫與軋輥的彈性變形則不然，通過采取適當的措施是可以人為的隨意加以改變，以達到控制輥縫形狀的目的。冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 18 -1.41.4 控制板形的手段控制板形的手段板形控制要求有可靠的信息，這些信息要靠操作工人的實際經

26、驗或板形檢測儀提供。故板形檢測是實現板形控制的重要前提之一。在冷軋帶鋼生產中，板形檢測以前是通過操作者的目測和經驗酌情判斷板形好壞，有時操作者為掌握板形，用手去按壓機架間繃緊的帶鋼，根據各部分的松弛程度來判斷板形的好壞，然后以人為方式操縱彎輥裝置或調整軋輥凸度以及調整壓下量等來實現的。板形的好壞都依賴操作者的熟練程度。用上述方法檢測，顯然是誤差大，只能對軋制過程中板形作粗略的估計，并且不能實現連續(xù)檢測。為了精密的進行板形控制，現代化的冷軋機對實際生產中板形的變化、控制是依靠板形檢測儀來測定的。通常，在不帶張力軋制的情況下，板形不良（例如出現浪形）可以在帶鋼表面上看出來，在帶張力特別是在大張力的

27、條件下，帶鋼在軋制過程中看起來似乎是很平直的部分，在張力消失后往往會出現浪形，因此，人們根據板形缺陷產生的主要來源是沿帶鋼寬度上各處的不均勻延伸的原理，研制出各種各樣的板形檢測儀。板形檢測儀主要有接觸式和非接觸式兩大類。最早板形控制的方法是在軋輥上磨削一定弧度的原始凸度，或者用沿寬度不均勻冷卻或潤滑軋輥的方法來調整板形。隨著軋制技冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 19 -術的發(fā)展，逐漸研制出許多板形控制方法。例如：彎曲軋輥裝置、vc 可變凸度軋輥、hc 軋機或階梯狀支撐輥、cvc 軋機和 upc 軋機、交叉軋輥技術（如 pc 軋機）、水平彎曲軋輥（如 f

28、fc 軋機）和上述技術的綜合應用。目前，在冷軋生產中普遍采用的板形控制方法有：“調溫控制法”。即采用合理控制輥溫的輥型調整方法。如在輥身長度方向用改變各段冷卻液數量的方法來調整輥溫，便可改變軋輥的凸度，從而也就改變了軋輥的實際凸度，以達到調節(jié)輥縫的目的。此方法的優(yōu)點是采用的設備和控制方法都很簡單，但它的調整不能令人滿意，因為使軋輥冷卻需要較長的時間，并且不是經常能夠保證熱凸度的對稱性和穩(wěn)定性，所以不能滿足高速軋制的要求。改變壓下規(guī)程。即采用改變軋制壓力，以改變軋輥的實際撓度的方法。如帶鋼產生對稱邊浪，通過減小壓下量以減小軋輥本身的撓度就可緩和或消除此缺陷。但這種方法很難進行精密的調節(jié)，用改變產

29、品規(guī)格和減小壓下量來滿足板形的要求，會使生產增加許多麻煩，如會導致軋制道次的增加，降低生產率。調節(jié)張力。冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 20 -因張力是影響板形的一個重要因素，后張力有減小軋制力的作用（壓力大小對輥型有影響），前張力有明顯改善板形的作用。但張力調節(jié)法其調節(jié)范圍有限。采用潤滑油（劑）。即采用潤滑油（劑）以減小摩擦系數的方法來達到調整軋制壓力的目的。這種方法其調整范圍同樣有限且不經濟。采用高性能軋輥凸度控制軋機如 hc 軋機、cvc 軋機等。采用液壓彎輥裝置。目的是為了能調節(jié)軋輥撓度。當采用這種方法時，軋輥（工作輥或支撐輥）兩端受一附加的彎

30、曲力作用，可以加大或減小軋輥在軋制過程中所產生的撓度，使軋輥實際撓度自動或人為的保持在最佳數值上。液壓彎輥的突出優(yōu)點是快速、準確且調整幅度大，能滿足高速度、高精度軋制的要求，實現板形自動控制。采用液壓彎輥裝置能使一種輥型適應多種規(guī)格的生產，便于磨輥，減少了換輥次數，提高了作業(yè)率。此方法的不足之處是彎輥力使軋輥軸承本身增加了附加負荷，因而影響了軋機能力的充分發(fā)揮。綜上所述，對板形的調節(jié)和控制有許多方法。在實際生產中對板形的控制必須根據軋機裝備情況，依據軋制時各種因素對板形的影響程度來制定相關工藝方案。由于軋輥的磨損對板形的影響，是軋制時間的函數，它每時每刻在改變著正常的輥型，使輥縫產生不均勻的變

31、化。鑒于對某一特定的軋機來說，軋輥材質、軋輥冷卻、冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 21 -潤滑條件一般是變化不大，需要我們在日常生活工作中認真探索，掌握所軋品種、規(guī)格及軋制工藝制度與軋輥磨損之間的規(guī)律，巧妙的利用磨削原始輥型的施以合適的冷卻、潤滑方式，來達到控制板形的目的。冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 22 -21450 冷連軋控制系統(tǒng)中的板形控制系統(tǒng)2.1 系統(tǒng)總覽系統(tǒng)總覽板形是冷軋帶鋼最重要的質量因素之一，也是軋機控制過程中的重要工藝參數。板形不好的帶鋼會引起張力的不均勻分布。在冷軋帶鋼的軋制過程中，需要

32、一個板形測量和控制系統(tǒng)。鞍鋼 1450 冷連軋生產線采用了 achenbach 的 bfi 接觸式板形儀，它通過測量帶鋼寬度方向的張力分布來測量板形，使用 simatic-tdc 運行板形控制程序計算并調整第 5 機架軋機的斜傾、彎輥、串輥及分段冷卻來獲得最佳板形。下面的總覽圖中顯示了板形控制系統(tǒng)是如何集成到自動控制系統(tǒng)中的。冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 23 -e es sc cf f1 1f f2 2f f3 3f f4 4f f5 5f f6 6f f7 7f f8 8f f9 9f f1 10 0f f1 11 1f f1 12 2 ! !1

33、 12 2$ $4 4%5 5 6 6& &7 7* *8 8( (9 9) )0 0+ += =# #3 3qqwwe er rt ty ya as sd df fggh hz zx xc cv vb bu ui ioop pj jk kl ln nmm : :; ; . .? ?/ /t ta ab bs sh hi i f f t tc c t t r r l la al l t tc c a ap ps sl lo oc ck ka al l t tc c t t r r l ls sh hi i f f t te en nt t e er rb ba ac ck k s sp pa

34、ac ce ei i n n s s e e r r t th h o o mme ep p a a g g e eu u p pd d e e l le e t t e ee e n n d dp p a a g g e ed d o o w w n n| | 7 78 89 94 45 56 61 12 23 30 0. .n n u u mml l o o c c k kh h o o mme ep p g g u u p pe e n n d dp p g g d d n ni i n n s sd d e e l le e n n t t e e r r/ /* *+ +p p r

35、r i i n n t ts s c c r r e e e e n ns s c c r r o o l ll ll l o o c c k kp p a a u u s s e es s c c r r o o l ll ll l o o c c k kc c a a p p s sl l o o c c k kn n u u mml l o o c c k ksimatic-tdcflatness systempcm-unitfe bustcp/ip busmeasuring rolluebersicht_e.dsf16.05.2000wincc-serverengineeringsta

36、tionwinccelectrical roomwincccontrol pulpithmi bus (tcp/ip)gdmsimatic-tdcother automationprofibus dpcooling valves在該生產線控制系統(tǒng)中，pcm 單元和 simatic-tdc 框架都集中在一個控制柜中擺放于控制室內，用于顯示板形的 wincc 站同樣擺放在控制室內，分段冷卻控制閥直接通過 profibus 總線連接到板形控制系統(tǒng)中。其余的自動控制系統(tǒng)和板形控制系統(tǒng)通過gdm（global data memory）連接。wincc 服務器和板形控制系統(tǒng)通過快速以太網，交換數據，win

37、cc 服務器使板形數據可以顯示在控制室或者控制臺的 wincc 客戶端上。冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 24 -2.2 基本測量原理基本測量原理當帶鋼以一定的包角從板形測量輥上通過時，由于受到張力的作用，帶鋼對輥體施加了一個徑向力。徑向力由輥體上的多個壓力傳感測量，如果各測量段上的徑向力相同，說明板形是好的；如果各測量段上徑向力不同，就說明板形出現偏差。ftension = 帶鋼上總的張應力ft = 每個測量區(qū)域的帶鋼張應力fr = 徑向壓力每個測量段上的徑向力由各個壓力傳感器轉變成電信號，電信號經放大、模數轉換后，送至板形控制程序進行處理，最終輸出

38、與板形相關的信息。冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 25 -2.3 板形測量設備板形測量設備2.3.1 bfi 測量輥測量輥bfi 板形測量輥是一個擁有軸向空腔的整體輥，在空腔中每個通道通過編碼器連接電纜連接到各個壓電式編碼傳感器來接收壓力測量值。壓電式傳感編碼器在軸向方向上以一個預定的分布方式分布在輥的圓周上。每一個壓電式編碼傳感器被安裝在輥表面的一個由圓形密封插頭密封的鉆孔里。圓形密封插頭通過一個特殊的張力螺絲給壓電式編碼傳感器建立了一個必要的預拉伸。這個操作保證了該壓電式編碼傳感器運行在一個線性區(qū)域。在一個測量通道上最多可以連接 8 個該壓電式編碼

39、傳感器和一個電荷放大器，這 8 個傳感器是分布在輥身圓周上的各個角度上的，不能有同一個角度的傳感器接到同一個通道上。電荷由帶鋼張力的徑向分量產生，所以測量值是和帶鋼張力成比例的，而測量值所處的位置是由 pcm 編碼單元決定的。測量值的位置和輥的角度的關系由一個增量型脈沖編碼器來測量測量值以對應的角度間隔所對應的時間間隔到達電荷放大器。pcm 編碼單元對測量值進行線性修正和正弦修正。被動單元（虛擬單元）可以因為測量元件或技術原因插入到相應的區(qū)域，同時每個測量區(qū)域可以由不同的寬度，標準的尺寸為 52 和 26 毫米，不同的區(qū)域寬度安裝在板形測量輥上的目的是為了提高帶鋼邊部區(qū)域的測量精度。冷軋冷軋

40、14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 26 -電荷放大器出來的模擬信號經過一個 pcm 編碼單元進行數字化并且傳輸到板形輥上的一個固定的接口卡上，然后被串行傳輸到pcm 解碼單元上。pcm 解碼單元在測量輥每轉動一圈以后轉換測量值使其可以被 tdc 中板形測量值處理單元所使用。上圖反映了從壓力傳感器出來的信號如何一步一步處理直至在主控面板上顯示測量值的一個過程。電荷放大器、多路復用、a/d轉化器、pcm 編碼器、位置編碼器都安裝在板形測量輥內部。板形測量輥數據：測量寬度：1404 毫米測量區(qū)域數量：17/10/17區(qū)域寬度：26/52/26 毫米測量輥直徑：313 毫

41、米冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 27 -2.3.2 pcm 解碼單元解碼單元一個特殊的 pcm 解碼和測量值預處理單元用來對從板形輥上的pcm 編碼單元傳輸過來的信號進行譯碼。這個測量數據集中包括有效的測量值和無效的測量值（沒有被帶鋼覆蓋的區(qū)域），線性修正和正弦修正的系數就通過無效單元的值來求得。這樣，從測量通道得到的原始數據就可以得到修正。當測量輥每轉動一周時，pcm 解碼單元就會對測量值進行一些處理，并通過 tcp/ip 報文提供給tdc 測量值處理進程使用，包括每個區(qū)域的徑向壓力和一些其他的值。2.4 實現、接口與通訊方式實現、接口與通訊方式測

42、量值處理和板形控制使用一個單獨 simatic tdc 的 cpu 來實現，它插在 5 機架 tdc 框架中，軟件系統(tǒng)采用 step 7 和 d7-sys，編程語言使用 cfc。顯示系統(tǒng)采用 simatic wincc，分段冷卻控制閥通過 profibus dp 接口連接。下圖顯示了板形控制功能和其他自動控制功能數據交換的接口。冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 28 -flatness controlflchmihumanmachineinterfacematerialtrackingmtrparameterstorage andhandlingpshi

43、d:- mat-id- position- lengthsetup datahandlingsdhactual datahandlingadhlinecoordinatorlcoid:- actual values- setpoint values- status signalsid:- setpoint valuesid:- control signalsid:- status signalsid:- actual values- status signalswedgecontrolwdgid:- actual values- status signalsmaster rampgenerat

44、ormrgid:- delta setpoint values- status signalsid:- actual values- setpoint values- status signalsroll bendingsystemrbsmodell servermosid:- delta setpoint values- status signalsid:- actual values- setpoint values- status signalsscrew downsystemsdsid:- delta setpoint values- status signalsid:- actual

45、 values- setpoint values- status signalsroll shiftingsystemrssemulsionsystememuid:- control signals- cooling flowsid:- status signalsid:- status signalsid:- control signals- simulation valuesimulationlogicsil在程序中主要使用了 3 種重要的通訊手段：（1）tcp/ip 報文通訊方式tcp/ip 報文通訊方式由位于 tdc 框架中的 cp5100 子模塊實現，主要包括 tdc pcm 解碼單

46、元、tdc hmi（wincc 服務器）、tdc simatic s7 的 emu（乳化液）功能模塊。（2）profibus dp 連接主要包括 tdc 冷卻控制柜、 tdc 控制臺功能。（3）內部 tdc 通訊通過 gdm（共享數據內存）主要包括和自動控制功能中的其他功能模塊的通訊：adh 實際值處理、lco 線協(xié)調、mrg 主令斜坡發(fā)生器、冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 29 -mtr 物料跟蹤、rbs 彎輥系統(tǒng)、rss 串輥系統(tǒng)、sdh 設定值處理、sds 壓下系統(tǒng)、thc 厚度控制系統(tǒng)、wdg 楔形控制。2.5 測量值處理測量值處理在程序中測量

47、值處理有兩種處理模式：軋制模式和標定模式。2.5.1 測量值處理（軋制模式）測量值處理（軋制模式）當板形輥每轉動一周以后，一個完整的數據集將通過 tcp/ip 報文的方式從 pcm 解碼單元傳輸給 tdc 中運行的測量值處理進程。當主控打開板形測量的開關時，該數據將被讀入進行進一步處理提供給軋制模式。該數據集中包括用來進一步處理的每個測量段的徑向壓力值和用于診斷目的的而選擇的通道的 360 相位數據（可以顯示測量波形）。測量值處理過程將使用靜態(tài)標定得到的標定因子對測量值進行修正。同時將根據帶鋼寬度、帶鋼偏移、板形輥安裝所形成的幾何位置偏差、測量段的寬度、測量元件的直徑等因素計算帶鋼邊部區(qū)域的測

48、量段上的壓電式傳感器的覆蓋率，用以對操作側和傳動側第一個覆蓋的測量段所測回來的值進行修正。為了能夠準確的控制板形效果，經過修正的每個測量段的實際徑向壓力 f(i)將被轉化成對應測量段的帶鋼張力，平均值由下式求出：( ) i) 1()(zbszasizaszbsim冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 30 -m:所有測量段的帶鋼張力平均值( ) i: 各測量段的帶鋼張力值zbs: 操作側第一個有效覆蓋的測量段編號zas: 傳動側第一個有效覆蓋的測量段編號所有的控制都是根據測量值和其平均值的偏差來進行的。如果這個偏差被消除，那么整個帶鋼在板寬方向的延伸率也就一

49、致了，所以板形控制的實質就是對帶鋼板寬方向上各區(qū)域張力分布的補償。其偏差由下式計算：afiizmm*)()( ) i:各測量段張力偏差zf:帶鋼張力a:帶鋼橫斷面面積根據帶鋼張力和延伸率的關系公式，測量值處理過程最終獲得了延伸率的偏差值。)(il em：彈性模數meilil)()(2.5.2 測量值處理（標定模式）測量值處理（標定模式）當一個新的測量輥被安裝以后，我們需要對它進行標定，目的是為了提高測量精度。標定時需要一個靜態(tài)標定設備安裝在板形測量輥上。在標定過程中，板形輥是靜止不動的。我們對每一個測量冷軋冷軋 14501450mm 技術總結技術總結 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹- 31 -區(qū)域段上的壓電式傳感器施加一個相同的壓力（47.8 牛頓，該壓力由靜態(tài)標定設備提供），測量回來的值各