專題報(bào)告2劉宏民-燕山大學(xué)-板形儀20120408

1、http:/http:/2012年4月8日燕山大學(xué)燕山大學(xué) 冷軋帶鋼板形檢測(cè)和閉環(huán)控制冷軋帶鋼板形檢測(cè)和閉環(huán)控制燕山大學(xué) http:/22022-3-22一、研發(fā)背景一、研發(fā)背景 1. 1.市場(chǎng)背景市場(chǎng)背景 中國(guó)是鋼鐵大國(guó)，板帶鋼是最主要的鋼材產(chǎn)品中國(guó)是鋼鐵大國(guó)，板帶鋼是最主要的鋼材產(chǎn)品 冷軋帶鋼冷軋帶鋼高端帶材產(chǎn)品高端帶材產(chǎn)品l 機(jī)械性能好l 尺寸精度高l 板形精度高l 表面質(zhì)量高應(yīng)用：應(yīng)用：汽汽 車車建建 筑筑家家 電電包包 裝裝優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：燕山大學(xué) http:/32022-3-22一、研發(fā)背景一、研發(fā)背景 2. 2. 技術(shù)背景技術(shù)背景：高級(jí)冷軋帶鋼的重要質(zhì)量指標(biāo)：高級(jí)冷軋帶鋼的重要質(zhì)量指

2、標(biāo)：冷帶鋼軋機(jī)核心技術(shù)、前沿技術(shù)、高端技術(shù)：冷帶鋼軋機(jī)核心技術(shù)、前沿技術(shù)、高端技術(shù)：在線檢測(cè)帶鋼板形缺陷的板形儀：在線檢測(cè)帶鋼板形缺陷的板形儀 ：板形在線檢測(cè)的：板形在線檢測(cè)的“眼睛眼睛” 軋制過(guò)程的高端測(cè)控系統(tǒng)軋制過(guò)程的高端測(cè)控系統(tǒng)：被瑞典、英國(guó)、德國(guó)壟斷：被瑞典、英國(guó)、德國(guó)壟斷 國(guó)內(nèi)空白，全部進(jìn)口國(guó)內(nèi)空白，全部進(jìn)口高精度板形高精度板形板板 形形 控控 制制板 形 控 制 關(guān) 鍵板 形 控 制 關(guān) 鍵板形儀板形儀制造現(xiàn)狀制造現(xiàn)狀世界級(jí)重大難題世界級(jí)重大難題燕山大學(xué) http:/42022-3-22一、研發(fā)背景一、研發(fā)背景 滿足帶鋼板形指標(biāo)要求滿足帶鋼板形指標(biāo)要求 滿足帶鋼表面質(zhì)量要求滿足帶鋼

3、表面質(zhì)量要求 滿足后續(xù)深加工的要求滿足后續(xù)深加工的要求板形閉環(huán)控制板形閉環(huán)控制是顯著是顯著提高冷軋帶鋼產(chǎn)品板提高冷軋帶鋼產(chǎn)品板形質(zhì)量、表面質(zhì)量及形質(zhì)量、表面質(zhì)量及后續(xù)深加工質(zhì)量的關(guān)后續(xù)深加工質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)鍵技術(shù)板形在線檢測(cè)板形在線檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)是實(shí)現(xiàn)冷軋帶鋼板形閉環(huán)控冷軋帶鋼板形閉環(huán)控制的前提和基礎(chǔ)制的前提和基礎(chǔ)燕山大學(xué) http:/52022-3-22一、研發(fā)背景一、研發(fā)背景 2. 2. 技術(shù)背景技術(shù)背景： 中低產(chǎn)品中低產(chǎn)品： 高級(jí)產(chǎn)品高級(jí)產(chǎn)品： 1000萬(wàn)元萬(wàn)元/套，維護(hù)、備件費(fèi)用高套，維護(hù)、備件費(fèi)用高 國(guó)外只供貨，不提供技術(shù)，卡脖子國(guó)外只供貨，不提供技術(shù)，卡脖子無(wú)板形儀，僅設(shè)定控制無(wú)板形儀，

4、僅設(shè)定控制有板形儀，閉環(huán)控制有板形儀，閉環(huán)控制進(jìn)口板形儀進(jìn)口板形儀 3. 3. 立項(xiàng)目的立項(xiàng)目的（1 1）自主創(chuàng)新，工業(yè)應(yīng)用，頂替進(jìn)口，打破壟斷封鎖，為國(guó)爭(zhēng)氣）自主創(chuàng)新，工業(yè)應(yīng)用，頂替進(jìn)口，打破壟斷封鎖，為國(guó)爭(zhēng)氣（2 2）提高板形控制技術(shù)水平，提高板形質(zhì)量，生產(chǎn)高級(jí)冷軋帶鋼）提高板形控制技術(shù)水平，提高板形質(zhì)量，生產(chǎn)高級(jí)冷軋帶鋼燕山大學(xué) http:/62022-3-22二、總體方案二、總體方案-技術(shù)路線技術(shù)路線 1. 1. 板形檢測(cè)系統(tǒng)板形檢測(cè)系統(tǒng)板形檢測(cè)輥板形檢測(cè)輥集流裝置集流裝置DSPDSP信號(hào)處理裝置信號(hào)處理裝置工控機(jī)工控機(jī)板形檢測(cè)軟件板形檢測(cè)軟件燕山大學(xué) http:/72022-3-22

5、二、總體方案二、總體方案技術(shù)路線技術(shù)路線 2. 2. 板形控制系統(tǒng)板形控制系統(tǒng)（1 1）預(yù)設(shè)定控制）預(yù)設(shè)定控制傾輥、彎輥、竄輥、冷卻和輥型傾輥、彎輥、竄輥、冷卻和輥型（2 2）前饋與反饋控制）前饋與反饋控制鋼卷檢測(cè)輥檢測(cè)輥前饋反饋傾輥、彎輥分段冷卻燕山大學(xué) http:/82022-3-22三、關(guān)鍵技術(shù)三、關(guān)鍵技術(shù) 1. 1. 提出與國(guó)際上流行的分段式板形輥不同的結(jié)構(gòu)形式提出與國(guó)際上流行的分段式板形輥不同的結(jié)構(gòu)形式 研制整輥鑲塊式和整輥無(wú)縫式板形儀，避免劃傷帶鋼研制整輥鑲塊式和整輥無(wú)縫式板形儀，避免劃傷帶鋼瑞典瑞典ABBABB公司公司英國(guó)英國(guó)DAVYDAVY公司公司德國(guó)德國(guó) SUNDWIGSUN

6、DWIG公司公司分段壓磁式分段壓磁式以以ABB公司檢測(cè)輥為例公司檢測(cè)輥為例，輥環(huán)熱裝于輥體芯軸，輥環(huán)熱裝于輥體芯軸上，分段式輥體結(jié)構(gòu)，上，分段式輥體結(jié)構(gòu)，輥環(huán)間因溫差產(chǎn)生不同輥環(huán)間因溫差產(chǎn)生不同熱膨脹量，易劃傷帶鋼熱膨脹量，易劃傷帶鋼表面，預(yù)壓力變化較大表面，預(yù)壓力變化較大?？諝廨S承式空氣軸承式以英國(guó)以英國(guó)Davy公司空氣軸公司空氣軸承式檢測(cè)輥為例，對(duì)工承式檢測(cè)輥為例，對(duì)工作環(huán)境要求苛刻，需要作環(huán)境要求苛刻，需要純凈空氣，維護(hù)和裝配純凈空氣，維護(hù)和裝配困難，影響有效軋制時(shí)困難，影響有效軋制時(shí)間，增加維修費(fèi)用。間，增加維修費(fèi)用。整輥壓電式整輥壓電式以德國(guó)以德國(guó)Sundwig測(cè)力元測(cè)力元件件(壓電

7、傳感器壓電傳感器)沿輥體表沿輥體表面均勻交錯(cuò)布置，橫向面均勻交錯(cuò)布置，橫向間歇式測(cè)量板形信號(hào)，間歇式測(cè)量板形信號(hào)，不能同步反映帶鋼瞬時(shí)不能同步反映帶鋼瞬時(shí)板形，傳感器極為昂貴。板形，傳感器極為昂貴。燕山大學(xué) http:/92022-3-22三、關(guān)鍵技術(shù)三、關(guān)鍵技術(shù)主輥體主輥體傳感器傳感器彈性塊彈性塊本項(xiàng)目方案本項(xiàng)目方案1 1：整輥鑲塊壓磁式板形輥：整輥鑲塊壓磁式板形輥 已應(yīng)用于鞍鋼已應(yīng)用于鞍鋼12501250軋機(jī)軋機(jī)燕山大學(xué) http:/102022-3-22三、關(guān)鍵技術(shù)三、關(guān)鍵技術(shù)本項(xiàng)目方案本項(xiàng)目方案2 2：整輥無(wú)縫無(wú)線式板形輥，：整輥無(wú)縫無(wú)線式板形輥，20112011年完成樣輥年完成樣輥

8、在河鋼衡板在河鋼衡板10501050冷軋機(jī)上完成工業(yè)試驗(yàn)冷軋機(jī)上完成工業(yè)試驗(yàn)主輥體主輥體傳感器組合件傳感器組合件燕山大學(xué) http:/112022-3-22三、關(guān)鍵技術(shù)三、關(guān)鍵技術(shù) 2. 2. 提出與國(guó)際上流行的干式集流環(huán)不同的信號(hào)傳輸方式提出與國(guó)際上流行的干式集流環(huán)不同的信號(hào)傳輸方式 研制噴淋濕式集流環(huán)和無(wú)線傳輸裝置，提高精度壽命研制噴淋濕式集流環(huán)和無(wú)線傳輸裝置，提高精度壽命濕式集流環(huán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖方案方案1 1：噴淋濕式集流環(huán)，：噴淋濕式集流環(huán)，20082008年應(yīng)用于鞍鋼年應(yīng)用于鞍鋼12501250冷軋機(jī)冷軋機(jī)燕山大學(xué) http:/122022-3-22三、關(guān)鍵技術(shù)三、關(guān)鍵技術(shù)方案方案

9、2 2：信號(hào)無(wú)線傳輸裝置，：信號(hào)無(wú)線傳輸裝置，20112011年應(yīng)用于河鋼年應(yīng)用于河鋼10501050冷軋機(jī)冷軋機(jī)檢測(cè)通道檢測(cè)通道線纜線纜電源耦合器電源耦合器無(wú)線傳輸無(wú)線傳輸DSPDSP信號(hào)處理電路板信號(hào)處理電路板集流裝置集流裝置芯軸固定芯軸固定輥體旋轉(zhuǎn)輥體旋轉(zhuǎn)燕山大學(xué) http:/132022-3-223.3.提出與國(guó)際上流行的采集卡形式不同的信號(hào)處理方式提出與國(guó)際上流行的采集卡形式不同的信號(hào)處理方式 研制內(nèi)嵌研制內(nèi)嵌DSPDSP板形信號(hào)處理系統(tǒng)，提高抗干擾能力板形信號(hào)處理系統(tǒng)，提高抗干擾能力DSP數(shù)字ControllerWIFI信號(hào)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

10、相放大鎖相放大鎖相放大AD轉(zhuǎn)換磁耦隔離ROM*預(yù)留光電隔離DSPDSP信號(hào)處理電路板信號(hào)處理電路板磁耦隔離板形檢測(cè)軟件系統(tǒng)工控機(jī)CAN接口 USB等標(biāo)準(zhǔn)接口三、關(guān)鍵技術(shù)三、關(guān)鍵技術(shù)WIFI信號(hào)接收端網(wǎng)卡創(chuàng)新點(diǎn)：1. 將DSP板形信號(hào)處理系統(tǒng)集成于集流裝置內(nèi)，利用無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)原始板形信號(hào)的動(dòng)態(tài)輸出傳輸 2. 編寫底層驅(qū)動(dòng)程序和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件，借用工控機(jī)網(wǎng)卡，實(shí)現(xiàn)板形數(shù)字信號(hào)的快速采集燕山大學(xué) http:/142022-3-22三、關(guān)鍵技術(shù)三、關(guān)鍵技術(shù)基本功能：基本功能： 數(shù)字信號(hào)濾波數(shù)字信號(hào)濾波 通道異常處理通道異常處理 自動(dòng)報(bào)警自動(dòng)報(bào)警 板形顯示板形顯示高級(jí)功能：高級(jí)功能： 誤差補(bǔ)償誤差補(bǔ)償

11、模式識(shí)別模式識(shí)別 目標(biāo)板形目標(biāo)板形 閉環(huán)控制閉環(huán)控制 4. 4. 研發(fā)板形控制智能化軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高精度控制研發(fā)板形控制智能化軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高精度控制燕山大學(xué) http:/152022-3-22三、關(guān)鍵技術(shù)三、關(guān)鍵技術(shù)綜合補(bǔ)償綜合補(bǔ)償Note: 綜合補(bǔ)償后的板形檢測(cè)信號(hào)才能反映真實(shí)的在線帶鋼板形狀況。綜合補(bǔ)償后的板形檢測(cè)信號(hào)才能反映真實(shí)的在線帶鋼板形狀況。燕山大學(xué) http:/162022-3-22三、關(guān)鍵技術(shù)三、關(guān)鍵技術(shù)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(jù)實(shí)測(cè)板形分解傾輥彎輥橫移分段冷卻燕山大學(xué) http:/172022-3-22三、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新三、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新作用：為

12、板形閉環(huán)控制提供目標(biāo)目標(biāo)板形檢測(cè)板形Note1: 目標(biāo)曲線也叫標(biāo)準(zhǔn)曲線或參考曲線，是板形控制的目標(biāo)，直接影響帶鋼板形控制穩(wěn)定性和成品板形質(zhì)量。目標(biāo)曲線也叫標(biāo)準(zhǔn)曲線或參考曲線，是板形控制的目標(biāo)，直接影響帶鋼板形控制穩(wěn)定性和成品板形質(zhì)量。Note2: 采用失穩(wěn)判別法制定目標(biāo)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，通用性采用失穩(wěn)判別法制定目標(biāo)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(qiáng)。強(qiáng)。燕山大學(xué) http:/182022-3-223214342413332312322211312114321aaaccccccccccccxxxx板形偏差控制矩陣

13、方程執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)量+_板形模式識(shí)別出口板形板形儀軋機(jī)目標(biāo)板形板形閉環(huán)控制原理圖 調(diào)節(jié)量板形偏差三、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新三、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新矩陣控制板形儀入口板形預(yù)報(bào)出口板形燕山大學(xué) http:/192022-3-22三、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新三、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新板形調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)板形閉環(huán)控制系統(tǒng)燕山大學(xué) http:/202022-3-22三、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新三、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新板形檢測(cè)和閉環(huán)控制系統(tǒng)界面燕山大學(xué) http:/212022-3-22四、工程應(yīng)用典型案例四、工程應(yīng)用典型案例1250mm軋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)軋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)厚度: 0.21.0mm寬度: 8001200mm卷材內(nèi)徑:610mm卷材外徑:11002000mm最

14、大卷重:25t最大軋制壓力: 18000kN 最大軋制速度:1200m/min卷取張力: 7140kN工作輥:420/3701250mm中間輥:470/4301310mm工作輥彎輥：-220435kN中間輥彎輥：800kN中間輥橫移：275mm燕山大學(xué) http:/222022-3-22四、工程應(yīng)用典型案例四、工程應(yīng)用典型案例燕山大學(xué) http:/232022-3-22四、工程應(yīng)用典型案例四、工程應(yīng)用典型案例板形測(cè)量值實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)板形測(cè)量值實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù) 實(shí)際應(yīng)用效果：實(shí)際應(yīng)用效果：帶寬帶寬993 mm993 mm，出口厚度，出口厚度0.5mm0.5mm，壓下率壓下率21.3%21.3%，鋼種，

15、鋼種ST12ST12，第第5 5道次板形控制實(shí)際數(shù)據(jù)。道次板形控制實(shí)際數(shù)據(jù)。 板形輥各個(gè)測(cè)量段測(cè)量板形輥各個(gè)測(cè)量段測(cè)量值穩(wěn)定，無(wú)突變、無(wú)異常，值穩(wěn)定，無(wú)突變、無(wú)異常，檢測(cè)精度為檢測(cè)精度為-0.5I-0.5I0.5I0.5I。 板形輥測(cè)量值換算成總板形輥測(cè)量值換算成總張力與張力測(cè)量輥測(cè)量值偏張力與張力測(cè)量輥測(cè)量值偏差小于差小于3%3%，說(shuō)明板形輥測(cè)量，說(shuō)明板形輥測(cè)量精度可靠。精度可靠。燕山大學(xué) http:/242022-3-22四、工程應(yīng)用典型案例四、工程應(yīng)用典型案例冷軋帶鋼在線板形實(shí)測(cè)值冷軋帶鋼在線板形實(shí)測(cè)值 板形閉環(huán)控制投板形閉環(huán)控制投入后，沿帶鋼長(zhǎng)度方入后，沿帶鋼長(zhǎng)度方向的板形統(tǒng)計(jì)值：向的

16、板形統(tǒng)計(jì)值： 最大值：最大值：11.47I11.47I 最小值：最小值：1.140I1.140I 平均值：平均值：2.672I2.672I燕山大學(xué) http:/252022-3-22四、工程應(yīng)用典型案例四、工程應(yīng)用典型案例帶寬帶寬1045mm1045mm，出口厚度，出口厚度為為0.18mm0.18mm，壓下率為，壓下率為18.6%18.6%，鋼種為鋼種為ST12ST12，成品第五道次，成品第五道次板形控制實(shí)際數(shù)據(jù)。板形控制實(shí)際數(shù)據(jù)。板形測(cè)量系統(tǒng)和控制系板形測(cè)量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，帶鋼平直度質(zhì)統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，帶鋼平直度質(zhì)量平均為量平均為6.7I6.7I，國(guó)際先進(jìn)指，國(guó)際先進(jìn)指標(biāo)為標(biāo)為10I10I

17、。控制系統(tǒng)適用于超薄冷控制系統(tǒng)適用于超薄冷軋產(chǎn)品的板形質(zhì)量控制要求。軋產(chǎn)品的板形質(zhì)量控制要求。TM燕山大學(xué) http:/262022-3-22四、工程應(yīng)用典型案例四、工程應(yīng)用典型案例西門子對(duì)寶鋼西門子對(duì)寶鋼14201420冷軋機(jī)板形保證值冷軋機(jī)板形保證值三菱對(duì)寶鋼三菱對(duì)寶鋼12201220冷軋機(jī)板形保證值冷軋機(jī)板形保證值帶鋼厚度帶鋼寬度平直度（I）(mm)(mm)V300m/mV=常數(shù)V在加減速V在150300m/m0.23880 10 20 250.230.5880- 1050 8 16 200.51050-1230 6 12 15帶鋼厚度(mm)平直度( I )V300m/minV=常數(shù)V

18、在加減速V在150300m/min0.41020250.40.6918230.681620上述平直度值均不適用于軋制出口速度在上述平直度值均不適用于軋制出口速度在150m/min150m/min以下的情況以下的情況鞍鋼鞍鋼12501250冷軋機(jī)板形保證值冷軋機(jī)板形保證值帶鋼厚度(mm)平直度( I )V150m/minV=常數(shù)V在加減速V在70150m/min0.3818220.30.5714200.561015不適用于軋制出口速度在不適用于軋制出口速度在70m/min70m/min以下的情況以下的情況西門子系統(tǒng)西門子系統(tǒng)自主板形系統(tǒng)自主板形系統(tǒng)燕山大學(xué) http:/272022-3-22五、國(guó)內(nèi)外技術(shù)指標(biāo)對(duì)比五、國(guó)內(nèi)外技術(shù)指標(biāo)對(duì)比鞍鋼鞍鋼12501250軋機(jī)板形儀及閉環(huán)控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外技術(shù)水平對(duì)比軋機(jī)板形儀及閉環(huán)控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外技術(shù)水平對(duì)比注注* *：國(guó)際先進(jìn)水平：國(guó)際先進(jìn)水平瑞典瑞典ABBABB公司分段壓磁式板形儀公司分段壓磁式板形儀 英國(guó)英國(guó)DAVYDAV