板带轧机系统自动控制

1. 板带轧机系统自动控制 燕山大学 机械工程学院 板带轧机系统自动控制 1

2. 第八讲 第3章板厚控制 • 3.1 轧件厚度波动的原因 • 3.2 机座的弹性变形和弹跳方程 • 3.3 轧件塑性变形与塑性方程 • 3.4 轧机弹塑性曲线（P-h图）的应用 • 3.5 纵向厚差方程 • 3.6 轧机等效纵向刚度 • 3.7 板厚检测 • 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.9 板带热连轧厚度自动控制简介 • 3.10 板带冷连轧厚度自动控制简介 板带轧机系统自动控制 2

3. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.4 油膜厚度变化补偿 对于支撑辊采用液体摩擦轴承的轧机，其轴承油膜厚度随着轧制压力和轧制速度的变化而变化，这将对轧件的轧后厚度造成影响，引起厚差。因此，在轧制过程中，需要根据轧制压力和轧辊转速的实测值，计算出油膜厚度的变化量，然后调节压下对油膜厚度的变化单独进行补偿，消除其对轧出厚度的影响。 在纵向厚差方程式中，令Δxe=Δxt=Δxm=ΔF=0和Δh=0，可得到用以补偿油膜厚度变化所需要的压下位移调节量为 Δxp = –Δδ 板带轧机系统自动控制 3

4. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.4 油膜厚度变化补偿 Δδ是实际轧制条件下相对设定轧制条件的油膜厚度改变量 在通过试验测出基准压力Pf下油膜厚度δf随轧辊转速n变化的曲线用折线代替，并以表格形式存放在内存储器中。计算机根据实际轧辊转速用插值法近似地计算油膜厚度。 而不同的轧制压力下的油膜厚度δ则用轧制压力校正系数kf进行修正，即 δ = kf · δf 板带轧机系统自动控制 4

5. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.5 轧辊偏心补偿 支撑辊的偏心对空载辊缝和轧后厚度造成周期性的影响。当轧后厚度增加时，轧制压力减小；当轧后厚度减小时，轧制压力增加。这将会引起P-AGC系统误动作，进一步加大厚差，所以需要单独给予补偿。由纵向厚差方程式可得到用以补偿轧辊偏心量Δxe所需要的压下位移调节量为 Δxp = –Δxe 电动压下对此无能为力，因为压下螺丝不可能周期性的频繁动作。而液压压下则有可能解决这一问题。 板带轧机系统自动控制 5

6. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.5 轧辊偏心补偿 液压压下的轧机AGC没有对轧辊偏心单独进行补偿： 在纵向厚差方程式中，仅考虑Δxp和Δxe的影响，即令Δxt=Δxm=Δδ=ΔF=0，并考虑到液压系统的补偿特性Δxp= –α(ΔP/M)，则有 由于此时的ΔP仅是由于Δh引起的，所以 ΔP = –W·Δh + ΔF = –W·Δh 可见，采用α= –∞，Mα=0的等压轧制方式对消除轧辊偏心影响是最有利的。这时，不管Δxe为何值，总有Δh=0。 板带轧机系统自动控制 6

7. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.5 轧辊偏心补偿 对于支撑辊偏心的影响，最直接的办法是准确地磨去偏心量。但目前轧辊磨床的精度只能达到10μm左右，这对于轧0.15~0.40mm的薄板来说，有明显的影响。一般在低速轧制时留下的偏心痕迹较大，而在高速时，由于液压压下系统的响应频率和偏心波动频率相差不多，偏心的影响较小。轧机的等效纵向刚度模数越大，偏心对厚差的影响就越大，对偏心进行单独补偿的必要性也越大。 板带轧机系统自动控制 7

8. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.5 轧辊偏心补偿 该系统由脉冲发生器和轧辊偏心控制器组成。 轧辊偏心波形被输送给液压压下控制器。液压压下控制器根据接收到的轧辊偏心波形（幅值、频率和相位等参数）发出控制信号，反向（相位差180°）调整压下装置，以消除偏心的影响。 板带轧机系统自动控制 8

9. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.6 辊缝闭环 厚度控制的实质就是控制轧制时的负载辊缝值。为了精确地控制负载辊缝，首先需要精确地测量负载辊缝。 从测量负载辊缝的角度出发，位移传感器（或称辊缝仪）应尽可能地靠近辊缝。在板厚自动控制技术发展的过程中，辊缝闭环控制正是基于这种思想提出来的。 辊缝闭环控制系统又称IGC系统或辊缝AGC系统。 测量工作辊辊颈间的距离换算为负载辊缝值，将其负反馈到负载辊缝信号输入端，与给定的负载辊缝值相比较，如有偏差，则压下系统去调整压下装置，直到负载辊缝的反馈值与给定值相等为止。 板带轧机系统自动控制 9

10. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.6 辊缝闭环 辊缝闭环控制与测厚仪监控原理图 板带轧机系统自动控制 10

11. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.7 前馈控制和秒流量控制 1. 前馈控制 前馈控制又称前馈AGC或予控AGC。它不是根据轧出厚度的差值而是根据来料厚度的偏差来进行厚度控制。 在纵向厚差方程式中，令Δxp=ΔF/M，并考虑到当来料厚度有波动ΔH时，轧制压力的波动量 ，可得Δxp与ΔH的传递系数 板带轧机系统自动控制 11

12. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.7 前馈控制和秒流量控制 1. 前馈控制 前馈控制属于开环控制，其控制效果不能单独检查，控制精度取决于传递系数的计算精度。并不是所有影响厚差的因素都能进行予控。因此，应采用予控和反馈控制相结合的方法，形成互补，以提高厚控系统总的控制精度。 对于连轧机，可利用上一机架轧出的厚度偏差作为下一机架的来料厚度差进行予控。上一机架轧出的厚度偏差，根据其轧制压力和空载辊缝的实测值，由弹跳方程或纵向厚差方程计算得出。 板带轧机系统自动控制 12

13. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.7 前馈控制和秒流量控制 2. 秒流量控制 υH ·H = υh ·h 用测厚仪测出来料厚度H， 用测速仪测出来料速度υH和轧 出速度υh，然后根据金属的秒 流量相等条件计算出来料厚度 检测点被轧出后的厚度hc，将 hc与给定的目标厚度hg相比较， 得出轧后厚差Δh，再将Δh乘以 传递系数(M+W)/M变为压下位移的调节量Δxp，最后根据检测点进入辊缝的时间和调节压下所需要的时间，提前调整压下装置，使检测点得到准时控制。 板带轧机系统自动控制 13

14. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.7 前馈控制和秒流量控制 2. 秒流量控制 根据秒流量方程推算轧件轧后厚度，可以看作是对厚度的一种间接测量方式。它与P-AGC系统间接测厚的不同点在于，这种间接测厚方式是在轧件未进入辊缝之前，已测算出它轧后的厚度，因而能使控制系统提前动作，对其进行及时控制，避免滞后。 前馈控制和秒流量控制都是预控方式。“预控”和“反馈”是两个相对的控制观点。预控指的是根据来料情况，提前调整，以便达到预期的目标。 板带轧机系统自动控制 14

15. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.8 张力控制 1. 张力调厚 通过改变张力来改变轧制压力，从而调节轧件厚度的控制方式，称为张力式厚度自动控制或简称为张力AGC。 对于连轧机组的成品机架，由于轧件塑性刚度系数大，用调节压下进行厚控，效果往往很差，所以常常采用张力AGC进行厚度微调。 张力AGC与电动压下AGC相比，其反应速度快且易于稳定，但张力变化范围有限，不能消除过大的厚度差。因此，对电动压下轧机，张力AGC用于微调（精调）。在成品厚差过大时，则将厚差信号反馈给电动压下AGC系统进行调整（粗调），即压下调节和张力调节相配合以提高厚控精度。而对液压压下轧机，由于液压压下反应速度快，精调一般也以调节压下为主，再辅之以张力调节。 板带轧机系统自动控制 15

16. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.8 张力控制 1. 张力调厚 用调节张力进行厚控时，标量仍然是Δh，而调节量是总张力改变量ΔT。得ΔT与Δh之间的传递系数 板带轧机系统自动控制 16

17. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.8 张力控制 2. 恒张力控制 张力恒定是保证金属秒流量恒定和轧制过程稳定的条件，也是保证最佳设定参数不变的条件。恒张力的控制由张力闭环控制系统完成。其控制过程是，用张力测定仪测得实际张力值Tc，然后与张力给定值Tg相比较，若其差值ΔT超过允许范围，则通过调节压下或调节轧制速度的办法改变张力值，使其自动回到允许的范围内。 ☆当调节压下进行厚控时，为使张力保持恒定，必须调整轧制速度，才能在改变厚度的条件下使张力不变。 h·υ = (h+Δh)( υ+Δυ) 板带轧机系统自动控制 17

18. 3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型 • 3.8.9 加、减速过程的厚度补偿 1. 咬入和抛出时的张力补偿 当轧件头部依次被各架咬入之前，头部是在没有前张力的情况下轧制的。同理，当轧件尾部依次被各架抛出之后，尾部是在没有后张力的情况下轧制的。在这两种情况下，均有张力消失的现象存在，从而造成头尾厚差。为此，必须调整压下，以补偿张力的消失。在纵向厚差方程式中令Δxe =Δxt =Δxm =Δδ =ΔH =Δσs =Δμ =0，则为实现控制板厚偏差（Δh =0），得压下位移调节量Δxp与张力变动量ΔT之间的传递系数 板带轧机系统自动控制 18

19. End 板带轧机系统自动控制 19