冷轧计算机控制系统

1. 冷连轧生产工艺的发展是以装备、电子和控制等技术成就为基础的，特别是它的控制和调节已经不是人力所能胜任的，因此要进一步提高产量和质量，只有依赖于计算机自动控制才能实现。 轧机系统是一个多输入多输出的非线性时变系统，每一个工艺参数就是一个复杂、多变的子系统，它们彼此又是互相联系、互相制约的，并且在随时变化之中 计算机控制的基本任务是：根据工艺目标和变化的实际情况确定最佳的工艺控制参数值，即最佳化设定计算；按照设定值对生产过程进行实时的控制和调节。 冷轧计算机控制系统

2. 冷轧生产要求计算机除了具备常规轧制的工艺参数设定、厚度自动控制和多种自动操作等功能外，还必须解决好焊缝检测与跟踪，也就是要求计算机应具有更多的控制功能和更高的控制精度。 1. 冷轧工艺对计算机控制的要求

3. 生产过程控制的数学模型化，即可以用数学模型公式来描述生产过程中各个工艺参数的定量关系，而且具有自适应自学习功能，使得模型的设定计算精度更接近不断变化的实际过程。 生产过程各种操作和调节的高度自动化。除了上料、卸卷、穿带和甩尾等操作要求自动化外，工艺参数调节和质量控制也要在计算机的直接控制下工作。 计算机既要按一定程序进行工艺控制，又要在操作人员监视下工作，必要时还要接受干预的指令。系统要有广泛的数据交换，既有足够的数据显示和图像显示，又有过程控制终端进行人机对话。 计算机过程控制的高度实时性、精确性和可靠性，要求系统在毫秒级响应、按时序节拍无误地工作。

4. 2. 厚度控制技术 厚度是板带钢最主要尺寸质量指标之一，厚度自控是现代板带生产中不可缺少的重要组成部分 •厚度精度指纵向厚度的精度和横向的精度。 纵向厚度的精确度主要取决于有载辊缝的大小。 •横向厚度的精确度主要取决于有载辊缝的形状。

5. P P l ∆P ∆f P k H h α g f S0’ f S0 h 2.1 P－h 图的建立 2.1.1.1 弹性曲线－－表示轧机弹性变形与轧制力间关系曲线 （1）典型图示 S0’： 原始空载辊缝 f：轧机弹性变形量 • 轧机刚度系数 K＝tgα=∆P/∆f kg/mm • K物理意义：当轧机产生单位弹性变形时所需施加的负载量。

6. l’ P l 压缩 拉伸 辊缝指示器 k’ 0 P0 k P= P0 x x α 0 g x f’ f h（f） S S0’ S f=(P- P0)/k 人工零位S0 S0 H h h 对应弹跳方程： （2）考虑预压变形时弹性曲线 gkl与0k’l’对称 gf＝ 0f’=S 0f= S0’+ S ＝ S0 P0：预压靠力 S0’ ：原始空载辊缝 S0 ：考虑预压变形时的(相当)空载辊缝 S ：压力为0时辊缝指示器读数

7. P ∆Pi β ∆hi h3 h1 h2 H (H)h 定义：件塑性刚度系数 2.1.1.2 塑性曲线 当 B、H、R、…….均一定时,可认为P随h而变

8. P P α β 0 S0 h H (H)h • 对应弹跳方程基本形式： S0：将曲线以直线取代时的（假定）空载辊缝 K：轧机刚度系数 2.1.1.3 弹－塑性曲线（P－H图） 为了讨论方便，弹、塑性曲线均用直线代替： （1）不考虑预压变形时P－H图

9. P C—等厚线 弹跳方程： P h：出口厚度 S0 ：考虑预压变形时的(相当)空载辊缝 P0：预压靠力 P：轧制压力 K：轧机刚度系数 P0 β α 0 S0(P- P0)/k H (H)h h （2）考虑预压变形时P－H图 • 可较直观地分析H、h、P以及S0等参数关系，是弹跳方程和塑性方程联 • 解的一种图解形式； • 直观地反映了轧制条件和轧机刚度对h的影响，并能对轧机操作调整进 • 行分析，是厚控的基础。

10. 2‘ 件厚 1‘ 2 3‘ 设定值 1 3 件长 2.2 厚度变化原因及特点（规律）2.2.1 厚度差（h↕）类型： （1）头部厚度偏差： 主要原因：空载辊缝设置不当； 来料参数↕时未能及时调整S0； （2）同板厚差（纵向厚差）： 主要原因：是P↕→使辊缝S0不变的情况下h↕

11. P K2 K1 K2> K1 0 S0 h2 h1 H h(H) 2.2.2 厚度变化主要原因及特点 • （1）影响K的因素 • K：当轧机产生单位弹性变形时所需施加的负载量 • K＝f（P、B、V、辊材质、凸度、D工与D支接触状态…..） • 一般认为：在一定轧机上对一定产品B，可认为K不变 • K↑→有利轧更薄 • 目前一般K>500～600t/mm

12. P 0 S2 S1 S3 h2 h1 h3 H h(H) • （2）影响S0的因素 • S0决定轧机弹跳起始位置，包含： • 压下位置↕→即S0↕→h↕； • 轧机部件热胀、辊磨损、偏心→S0↕→h↕；

13. P P 2 2 热轧TْC↕－－ TْC↓→ σ↑（K↑）→ P↑→ P/K↑→ h↑ 1 P2 1 P2 T2ْC< Tْ1C σ2>σ1 P1 P1 h2>h1 h2>h1 0 S0 h1 h2 H h(H) 0 S0 h1 h2 H h(H) 冷轧－－σ↑（K↑）→ P↑→ P/K↑→ h↑ （3）影响P的因素←轧件及工艺方面原因 1）轧件温度、成分、组织性能不均等

14. 2）速度变化－－通过f、油膜厚度、变形抗力等起作用 2）速度变化－－通过f、油膜厚度、变形抗力等起作用 • 热轧 • 辊速V↕较大时油膜厚度↕→S↕→h↕ • V↑→油膜厚度↑→S↓→∆h↑→h↓ V↑ S S ↓ P P 冷轧V↕ → f↕→ P↕→S↕→h↕ →油膜厚度↕→ P↕→S↕→h↕ V↑→f↓→σ↓→P↓→P/K↓→ S↓→ h↓ 1 1 2 2 P1 P1 V 2>V 1 V 2>V 1（f 2< f 1） 油膜厚度↑ P2 P2 h2<h1 h2<h1 0 S0 h2 h1 H h(H) 0 S0 h2 h1 H h(H)

15. 3）张力变化－－通过Qp、K起作用 例：穿带、抛钢时，带钢头、尾张力是突然↑or消失的 P 1 2 P1 q 2>q 1 P2 h2<h1 0 S0 h2 h1 H h(H) 带张力时的轧制力 入口、出口张力因子 m1取0.5～0.667、m2取0.335～0.5） q↕→Qp↕、K↕→P↕→头尾出现两个厚度增大区→↑切损

16. P 2 1 4）坯料尺寸变化 P2 H 2>H 1 P1 h2>h1 0 S0 h1 h2 H1 H2 h(H) B↕、H↕→∆h↕→P↕→P/K↕→ S↕→ h↕ H↑→∆h↑→ P↑→P/K↑→ S↑→ h↑ • 通过预设定可使h↕大大↓，且轧机K↑→越易 • 消除H↕的影响→↑h精度

17. 2.3 厚度控制方法 厚度控制是通过测厚仪or 传感器（如辊缝仪、压头 等）对带钢实际轧出厚度h连续进行测量，并据实测值与 给定值相比较后的偏差信号，借助控制回路和装置or 计 算机的功能程序，改变压下位置S、张力or 速度，把厚度 控制在允许偏差范围内。 实现厚度的系统－－AGC 按厚度调节方式不同分－－反馈式、厚度计式、 前馈式、张力、液压式等

18. δS 执行机构 厚控装置 δh 测厚仪 厚度差运算 h* h L 2.3.1调压下－－调厚 2.3.1.1 用测厚仪测厚的反馈式厚控系统 (1）控制方法 已知：M、K、h 实测： h*→ δh→ 求δS

19. 例：当来料温度TْC↑时→h↓ 控制措施－－调压下－－↑S T1 P C T2 由几何关系： i P1 δP T2>T1 h2<h1 S2>S1 efg P2 δS δh α β 0 S1 S2 h2 h1 H h(H) 称“压下有效系数”or 辊缝传递系数 称“放大系数

20. （2）特点讨论 ： • 压下效率低 δh M大、K小时→ C小 δS δS δh δh δh M小→ C大 δS

21. P P2 P1 δS 执行机构 厚控装置 δS δh δh 测厚仪 厚度差运算 h* h L • P↕→ 对板形不利，不适合精调； • 存在时间滞后；

22. P* h* δS + 执行机构 S* δh h* + h L 2.3.1.2 厚度计式（GM－AGC、P－AGC） 把整个机架作为测厚仪，在P发生↕时自动快速调整辊缝。 （1）控制方法 实测：P*、S*－－通过弹跳方程计算任何时刻h*=S*+P*/K → δh→ 调δS

23. + P* T1 h* P T2 i P1 δP T2>T1 h2<h1 S2>S1 efg P2 S* 同理： δS δh α β 0 S1 S2 h2 h1 H h(H)

24. （2）特点讨论 • 克服了传递时间的滞后→↑灵敏度； P* + h* • 间接测厚，精度不高，要进行补偿； S* δ：辊热膨胀、磨损补偿 G：油漠厚度补偿 • 对压下机构的电气、机械系统及计算机程序运行等的滞后仍不能消除；

25. （1）控制方法： 测Hi* δHi* 前馈送信号给第i架, 提前调整压下δSi δSi δHi* Hi Hi* L i架 2.3.1.3 前馈式－－主要用于H↕时的控制

26. 例－－当H↑→h↑ 控制措施－－可↓S 由几何关系： P 2 P2 1 g P1 H2> H1 h2 > h1 S2 < S1 a b c d δH δS δh β α 0 S2 S1 h1 h2 H1 H2h(H)

27. （2）特点讨论 • 克服了反馈时间滞后问题； • 轧机对来料有自动纠偏能力 , M↑→纠偏能力↑ δSi • 属开环控制，控制精度不高： δHi* Hi Hi* L i架

28. 利用前后张力来改变轧件塑性曲线斜率厚控 据厚差值调节轧机速度 实测h* δh 调活套机构给定转矩 P 由弹跳方程增量形式： 2 3 1 g P H2> H1 h2 > h1 Q3 >Q2 压力方程增量形式: 当 时： δH δh α β 0 S0 h1 h2 H1 H2h(H) 2.3.2调张力AGC （1）控制方法

29. P 2 3 1 g P H2> H1 h2 > h1 Q3 < Q2 δH δh α β 0 S0 h1 h2 H1 H2h(H) • （2）特点讨论 • 控制中可使P保持不变； • 惯性小、反映快、稳定、精度高 ； • 控制效果受限制； • 一般应用于： • 冷轧末架← M大、辊压扁严重时； • 热轧h较小时← 与调压下配；

30. 几个厚控方程： 2.3.3 调速度－－调厚AGC 因为：V↕→Q↕、TْC↕、f↕….→P↕→P/K↕→h↕ 典型的：热连轧加速轧制→ ↓头尾温差→↓纵向厚差 据实际情况不同，可采用不同的厚控方式，往往多种厚控方法相结合 M不太大、δh↕大时→ 调压下为主 M较大、δh↕较小时→ 调张力为主

31. 2.4 秒流量AGC（或物流AGC、质量流AGC） 秒流量液压AGC的关键是精确测量辊缝中的带钥厚度。该方法是将进入辊缝的带钢通过安装在轧机入口的数字式光电码盘分成等长度的区段(50～80mm)，然后通过入口测厚仪和安装在出口的数字式光电码盘分别测出每段的轧前厚度和轧后长度。根据金属秒流量相等的原理，就可以计算出每段的实际轧出厚度。 设入口测厚仪测量的每段带钢厚度为H，通过计算机移位贮存，然后在该段离开辊缝时取出，轧前的带钢长度L由入口光电码盘测出,与此同时，该段轧后的长度l

32. 秒流量AGC带钢厚度测量原理 由出口光电码盘测出。根据金属秒流星相等的原理(忽略宽展)，使可以计算出该段带钢的实际轧出厚度h为：

33. 或 H——入口段带钢厚度； h——出口段带钢厚度； L、l——入、出口段带钢长度； ——入口带钢速度； ——出口带钢速度。

34. 厚控系统的取样、信息存贮移位、数据输出、计算和控制周期的控制(此处的周期为长度，不是时间)都由入口光电码盘控制。假若光电码盘的脉冲数为20000个／m，则50mm带钢长度便对应于1000个脉冲。当入口光电码盘脉冲记数由0达到1000时，便自动发出指令，执行上述功能，然后再接着开始下一次的脉冲记数。厚控系统的取样、信息存贮移位、数据输出、计算和控制周期的控制(此处的周期为长度，不是时间)都由入口光电码盘控制。假若光电码盘的脉冲数为20000个／m，则50mm带钢长度便对应于1000个脉冲。当入口光电码盘脉冲记数由0达到1000时，便自动发出指令，执行上述功能，然后再接着开始下一次的脉冲记数。 2.5 现代液压压下系统的—般结构 现代化液压压下系统的加速度能达到500mm/s2，加速和减速时间只几十毫秒。加速大约在10ms的空载之后开始，8ms后能使最大速度达到4mm／s，再经17ms的匀速调节之后便开始减速，经8ms后可使压下系统制动。液压压下调节移动100μm总共需要43ms，如果调节距离再小一些，以匀速移动，其调节时间会更短些。

35. 伺服阀既是定位器，又是对实际压下位置进行反馈的位置传感器。被加速的物质是液压缸内的油。500mm／s2以上的加速度是通过液压缸内的工作压力和蓄势器压力之间的压力差来实现的。压下位置的测量是直接在液压缸上进行，滞后现象便被消除掉了。伺服阀既是定位器，又是对实际压下位置进行反馈的位置传感器。被加速的物质是液压缸内的油。500mm／s2以上的加速度是通过液压缸内的工作压力和蓄势器压力之间的压力差来实现的。压下位置的测量是直接在液压缸上进行，滞后现象便被消除掉了。 液压厚度控制系统

36. 为了防止因液压缸倾斜而出现测量误差，将两个压下位置传感器以1800错开排列方式进行安装。因此送给位置控制系统的实际位置值，便是两个位置传感器所测结果的平均值。 伺服放大器用于确定实际位置与目标位置(给定位置)的偏差，然后将 此偏差信号直接送给伺服阀的功率放大器，经伺服阀去调节流入液压缸的油量，使之增加或减少，以便实现压下位置的改变。 在轧制过程中，液压缸上有490．35kPa的稳定压力作用在活塞杆上。液压缸是密封的，以防空气进入缸盖里。在高达21．58MPa的工作压力下，没有密封不足的问题。如果从工作端到活塞杆末端间有渗油，可以通过490.35kPa的液压系统排出。 轧机的传动侧和操作侧都装有单独的位置控制回路，按给定位置的目标值进行控制．保证两边轧辊平行工作。速度同步一般是由外加的同步控制器来保证。

37. 液压系统的油箱、系统内的和系统与轧机之间的连接管线都用不锈钢制造。低压区过渡器网眼的尺寸为3μm，高压区的挡栅过滤器网眼尺寸为25μm，通过它们来保证循环油所必需的纯度。当采用了这些措施之后，伺服阀工作几年也不需更换一次。液压系统的油箱、系统内的和系统与轧机之间的连接管线都用不锈钢制造。低压区过渡器网眼的尺寸为3μm，高压区的挡栅过滤器网眼尺寸为25μm，通过它们来保证循环油所必需的纯度。当采用了这些措施之后，伺服阀工作几年也不需更换一次。

38. 3. 冷轧板形控制 • 冷轧以控制带材平直度为核心； • 辊径/辊身长比值→小辊径化→降低轧制力；复合板形的控制 • 以反馈控制为主，连轧机以末架控制为主 • 热轧板形对冷轧的影响和遗传因素

39. 3.1 工作辊直径与板形缺陷发生特点

40. 3.2 板形控制系统的执行机构 1 轧辊倾斜 2 弯辊 A 力作用在辊颈上 B力作用在辊身上 3 轧辊横移 A中间辊横移 B CVC辊横移 4 影响辊型 A通过冷却水 B 通过内压

41. 3.3 冷轧机的主要机型 1 液压压下2 工作辊横移3 工作辊弯辊4 HS5 精细冷却 CVC-4轧机的结构特点

42. CVC-6轧机的结构特点 1 工作辊弯辊 2 HS 3 中间辊弯辊 4 中间辊横移 5 液压压下 6 精细冷却

43. BUR传动的 4 辊轧机 1 工作辊轴向移动 2 HS 3 WRB 4 支撑辊传动 5 液压压下 6 精细冷却

44. 6辊CVC轧机的轧辊水平稳定化装置

45. 冷却水精细冷却 精细冷却系统的喷射装置

46. 精细冷却系统的喷射装置

47. 冷却水精细冷却的状态

48. HC轧机的原理

49. UCM轧机的特征

50. 带钢宽度 边部有效 4辊轧机不可能 仅仅UCM轧机可以对负荷波形实现灵活的凸度控制 WRB效果 各宽度预设定控制 UCM轧机的效果 挠度 IMRS效果 中部有效 M型 IMRB效果 W型 W型 对带钢各部均有效 M型 UCM轧机的特点