带钢厚度

带钢厚度（精选4篇）

带钢厚度 篇1

0前言

随着生产发展和科技进步, 对于板带材的质量要求越来越高, 特别是对其几何尺寸精度的要求越来越严格。围绕如何提高板带材几何尺寸精度这一问题, 多年来国内外许多学者进行了深入研究。同其他各种技术发展一样, 板带轧机板厚调节技术的发展也经历了由粗到精的过程, 先后经历了手动压下调节板厚、电动压下调节板厚、电动双压下系统调节板厚、电-液双压下系统调节板厚、全液压压下调节装置、弯曲支撑辊的厚度调节方式、工作辊横向偏移的厚度调节方式等。

全液压压下的厚度调节系统取消了传统的压下螺丝, 用液压缸直接压下, 这种厚度调节方式结构简单, 灵敏度高, 能够满足很严格的厚度精度要求, 并可根据需要, 改变轧机的当量刚度, 是现代化轧机普遍采用的厚度调节方式。但这种方式也存在着一些缺点, 如对系统各部分及各元件的精度要求严格、制造困难、成本高等, 主要元器件靠进口。

1 热带厚差分布特征、成因及控制方法

由于来料工艺参数 (如头尾温度不均、水印、来料厚度不均、宽度变化、断面形状、平直度、化学成分偏析、组织性能的均匀性等) 、轧机参数 (如支撑辊偏心、轧辊椭圆度、轧辊热膨胀、轧辊磨损、轴承油膜厚度变化、辊面润滑油油膜厚度、轧辊平衡力及影响轧机刚度的轧辊直径、压下螺丝及附件、液压缸及附件、轧件宽度等, 它们使空载荷下的辊缝产生一些不希望的变化) 波动以及轧机震颤和来自控制系统的干扰因素 (包括辊缝控制、咬钢冲击补偿、主速度控制、带钢张力控制、弯辊控制、轧辊平衡控制、轧辊及机架间冷却控制、轧制润滑控制、大型仪表———测厚仪控制、卷取张力补偿等) , 精轧出口的带钢厚度常常变化, 为消除这些不利因素, 采取以下控制策略。

(1) 头部厚差。决定于L2设定模型, 改进方向为:提高模型精度;完善自学习、穿带自适应 (动态设定) 等。

(2) 头部小丘。采用冲击补偿消除。

(3) 颈部拉薄。采用活套起套“软接触”技术。

(4) 穿带减薄。完善L2设定程序, 提高设定精度。

(5) 卷钢冲击。卷取咬钢冲击补偿消除。

(6) 尾部厚跃。决定于活套张力水平, 主要靠压尾和拉尾来改善, 由于受宽度变动的限制拉尾不能太强。

(7) 趋势渐变。常规热轧由于粗轧末道次出口速度大于F1的入口速度, 因而使尾部在空气中停留时间大于头部, 使尾部温度低于头部, 当加速轧制时带钢全长温度变化将类似抛物线, 这种由温差引起的趋势性变化可用趋势性前馈--慢速下压或上抬进行控制。

(8) 来料厚差。粗轧投入AGC控制。

(9) 张力波动。优化控制程序, 尽可能消除偶然因素。

(10) 水印温差。采用步进炉特别是采用步进梁上升下降比控制后, 水印不太显著, 但当高产时由于在炉时间不足仍将有水印存在, 用硬度前馈加以克服。

(11) 周期波动。轧辊偏心造成的厚度周期性变化用偏心补偿消除。

(12) 调速波动。采用油膜厚度补偿来消除, 现代厚度控制系统都具备此功能。

(13) 润滑油膜。L2设定计算时考虑。

(14) 随机波动。在消去偏心信号的基础上进行液压压下的反馈控制来解决。

(15) 磨损膨胀。L2计算并自学习或由L1计算上块钢用于本块钢的控制。

2 厚度控制途径

调整压下是厚度控制最主要和最有效的方式, 它通过改变空载辊缝大小来消除各种因素的变化对轧件厚度的影响。

调整机架前后张力是厚控的辅助措施之一, 优点是反应速度快且稳, 厚控更准确, 缺点是热轧带材和冷轧较薄的带材时, 为防止拉窄和拉断轧件, 张力变化范围不能过大。这种方法在冷轧时用得较多, 热轧一般不用, 但有时在末两机架间采用张力微调, 此时轧件较薄, 压下效率较低。调整轧制速度也是厚控的途径之一, 它可以起到调整轧制温度、张力、摩擦系数、金属变形抗力的作用, 从而改变塑性曲线。

3 AGC控制策略

位置内环、厚度外环方式是电动AGC和液压AGC的主流方式。轧制力内环、厚度外环方式中的轧制力内环用来消除偏心, 厚度外环消除轧件带来的外扰。总地来说AGC基本控制方式分为反馈、前馈、监控、动态设定, 但一些具体的补偿措施和计算各公司有所不同。

GM-AGC是利用弹跳方程所算出的机架出侧板厚与目标板厚进行比较, 依厚差大小控制轧机的压下量, 故亦称厚度计AGC。由于液压系统响应快、精度高, 能方便地实现诸如绝对AGC、变刚度控制 (超硬特性、硬特性、自然特性、软特性) 、恒压力控制、偏心控制等功能。反馈AGC根据厚度给定值的不同分为绝对AGC和相对AGC, 绝对AGC是发展方向, 前提条件是L2模型要准确。国内有人提出的动态设定型AGC基本原理是类同的。

前馈AGC即FF-AGC, 也称为预控。它将上游机架出口厚度偏差或综合反应包括带钢温度在内的硬度信息前馈至下游机架以补偿下游机架入口来料参数波动对其出口厚度的影响, 采用卡尔曼滤波方法, 偏差方式可以由操作工选择。

监控AGC是指利用X-RAY测厚仪对精轧末架出口带材厚度的精密测量, 对轧机的辊缝进行调整, 从而使成品带材厚度与设定厚度准确相符的AGC控制方式。基于弹跳方程的间接测厚的厚度控制系统虽然考虑了各种补偿因素 (如油膜厚度、辊缝零位常数等) , 但其测厚精度还是远低于X-RAY测厚仪, 因此对现代带钢热连轧来说, MN-AGC是不可或缺的。由于带钢运行到测厚仪有一定时间, 为了消除滞后因素, 采用史密斯控制器。当带头到达X-RAY测厚仪时, 如头部厚差过大, 就一次性将下游多机架下压或上抬, 使头部尽快进入目标值, 是为快速监控。

动态设定根据前架或前几架咬钢情况对后续机架的辊缝进行再设定, 以确保带钢头部在要求的误差范围内, 也称穿带自适应。

AGC程序中大量用到了各类补偿控制, 补偿实际上是解决多种控制变量耦合的工程方法。实质上热连轧精轧机组为一多变量、强耦合的复杂控制系统, 由于多种功能集中于6~7个机架, 各项功能的控制都将影响到轧辊与轧件形成的变形区的参数, 因而相互耦合、相互干扰。

(1) 轧制力滤波。轧制力可选用油压或压头信号, 一般要进行数字滤波, 其目的一是消除各种干扰信号, 二是被动滤除支撑辊偏心造成的压力波动。

(2) 偏心补偿。轧辊的偏心是由于轧辊和轧辊轴承形状的不规则引起的, 这些不规则形状可能产生于设计、制造、修磨、装配、变形、磨损、热膨胀等过程, 进而造成轧辊本身的非圆性和辊身的几何轴心与旋转轴心的分离, 主要由支承辊本身的椭圆度和辊径的不同轴误差所产生。傅立叶变换法是常用的偏心信号提取方法, 它从包含轧辊偏心分量的轧制力中, 根据与轧辊旋转角速度同步的脉冲信号或角度信号, 进行快速傅立叶分析, 算出轧辊偏心的周期分量, 以此信号补偿轧制力和辊缝, 从而消除偏心对出口厚度的影响。

(3) 油膜补偿。热轧带钢轧机的支撑辊采用油膜轴承时, 油膜的厚度会随轧制力和轧制速度的变化而改变, 从而影响有载辊缝, 为此需要进行油膜厚度补偿。

(4) 宽度补偿。轧机的刚度系数不仅是轧机结构所固有的特性, 而且和轧制条件有关, 不同的轧制速度和轧件宽度, 均使轧机刚度系数有所变化。

(5) 轧辊磨损和热凸度补偿。间接测厚法是利用辊缝仪信号来表示轧辊辊隙的, 但实际上轧辊直径由于磨损和热膨胀产生缓慢的变动, 其结果将使实际辊隙和辊缝仪指示有差异。

(6) 弯辊补偿。弯辊力变化时会影响辊缝形状和辊缝大小, 因此也会影响带钢厚度。

(7) 冲击补偿。液体具有可压缩性, 它指液体受压力作用而发生体积变化的性质。除此外还要考虑黑头、张力、持续时间等问题。

(8) 卷取咬钢补偿。卷取咬钢后如实测厚度偏薄, 可将厚度偏差信号放大, 放大倍数按一定曲线调整到正常值。也可在XDEV上按卷取咬钢情况叠加一个补偿值, 并可适当提前。

(9) 尾部补偿。当带钢尾都要离开某个机架Fi时, Fi与Fi+1机架间活套要及时落下以避免甩尾, 此时带材失去张力, 必然导致两机架间带材增厚, 即带材尾部厚度增加。由于张力消失是在带钢逸出辊缝时发生的, 这种带尾失张所造成带钢厚度的增加是-种突变, 故称之为厚跃, 为避免尾部增厚, 在带钢尾部离开Fi机架时, Fi+1机架应增大压下量, 值得注意的是并不是所有精轧机架都要进行尾部厚度补偿, 最后两个机架由于温度较低, 轧制速度较快, 可以不进行尾部厚度补偿调整。配合尾部补偿, 在上机架抛钢后, 本机架弯辊力减半或撤消也是常用的方法之一。

(10) 自动复归。厚度自动控制系统是在设定辊缝的基础上对带钢全长厚差进行调节的系统, 因此在带钢尾部轧制时, 各机架的辊缝值都已偏离原设定值。为了不影响下一根带钢进入精轧机组, 加快辊缝调节时间, AGC系统都设有自动复归功能:抛钢后即将本机架辊缝自动恢复到咬钢前的设定值大小。

(11) 活套补偿。AGC系统动作时随着压下率的变化而使变形区前滑和后滑变化破坏活套的稳定, 为了减少AGC对活套的影响, 减轻张力恒定系统工作负担, 加快张力恒定过程, 在输出压下调整量的同时应输出“活套补偿”信息对主传动速度进行补偿性调节以减少活套的动作, 这样通过预先调整各架转速从而使张力变化尽量小, 然后再靠张力恒定系统来恒定张力。这对于快速动作的液压压下尤其重要。

(12) 活套张力补偿。在改变辊缝调节厚度效率较低时可通过调节带钢设定张力来调厚。一般在精轧机组的后几个机架之间设张力微调AGC, 利用测厚仪的偏差信号来微调带钢张力对其厚差进行控制。张力AGC的控制原理是利用机架间带钢所受的前、后张力来改变轧件塑性曲线的斜率对带钢进行厚度控制。

(13) 蝶形补偿。根据液压缸有杆腔和无杆腔的压强和运动方向计算, 以补偿上抬和下压速度的不一致。

4 应用

在济钢1700 mm热轧改造中, 热轧厚度控制应用了GM-AGC、FF-AGC、MN-AGC、轧制力滤波、油膜补偿、宽度补偿、动态设定、弯辊补偿、轧辊磨损和热凸度补偿、活套补偿以及蝶形补偿。2013年9月投产, 厚度控制精度达到合同规定的要求。

具有自主知识产权的高精尖热连轧厚度控制技术是国内几代人的不缀追求。现在已完全可以做到在调试和生产过程中不废一块钢, 稳定性和精度也都已达到国际先进水平。未来AGC的研究方向是卡尔曼滤波器在前馈AGC中的参数整定、解耦控制、轧辊磨损和热凸度的精确计算。

摘要：全面阐述AGC控制策略, 深入研究影响厚度波动的因素, 融入近年来的科研应用成果, 指出AGC研究方向以及开发调试应注意的问题, 给出具体应用实例。

关键词：热轧,AGC,厚度控制,应用

带钢厚度 篇2

热镀锌板主要应用于建筑、汽车和家电行业,是最近十几年发展最快的钢材品种之一。热镀锌镀层厚度控制工艺经历了从手工沾镀法到辊涂法再到吹气法的发展过程,目前气刀在镀锌过程中是控制镀层厚度和均匀度的关键设备。带钢从锌锅中拉出后,利用高速气流的冲击作用将黏附在带钢表面的多余锌液刮回锌锅。影响最终锌层厚度的主要因素有带钢速度us、进气压力p0、气刀距带钢距离Z、刀唇间隙D以及锌液物性等参数,而这些因素对锌层厚度的影响是复杂的、非线性的。

目前国内对气刀的研究主要集中在锌层控制策略以及控制系统结构,而关于锌层厚度数学模型的文献相对较少。国外这方面的研究最早可追溯到Thorton[1]的理论工作,Thorton假设锌层厚度只与气刀作用于带钢表面正压力相关,基于“极大流量”原则推导了锌层厚度计算模型。随后Ellen等[2]在Thorton的基础上考虑了气流切应力的影响,模型计算值与实测数据更加吻合,但模型中压力场的计算很大程度上依赖于经验公式。为了进一步提高锌层厚度计算精度,目前的研究主要集中在带钢表面压力场的计算,以获得更为准确的正压力、切应力分布。Delphine等[3]采用数值方法对气流刮锌过程进行了模拟,同时考虑了锌液和气体的流动,探讨了气流稳定性等方面的问题。Aha等[4]对刮锌过程气体三维流动情况进行了数值模拟,计算了射流压力沿带钢宽度方向的分布,着重研究了带钢边部流场,对带钢边部过渡锌的原因进行了探讨。

本文在Ellen等[2]对锌层厚度解析机理建模的基础上结合数值模拟结果,并以宝钢1550热镀锌机组为验证应用对象,建立了带钢连续热镀锌层厚度预测模型,并对气刀的控制性能进行了研究。锌层厚度预测模型求解策略是:首先应用数值模拟方法,回归分析带钢表面压力与气刀工艺参数、结构参数间关系,然后以此压力分布为边界解析计算最终锌层厚度。这种解析与数值模拟相结合的方法也可以更加灵活地应用于不同的气刀结构和形式。

1 锌层厚度解析计算

对气流刮锌过程物理模型进行合理简化[2],建立的二维流动力学模型如图1所示。模型中忽略带钢表面粗糙度、表面张力、合金化层和氧化影响;忽略带钢基层与锌液接触面的打滑;由于锌液垂直带钢表面方向y的速度远小于锌液沿带钢运行方向x的速度,假设沿锌液厚度方向的压力不变。

锌液二维边界层流动运动方程为

$\mu \frac{\text{d}{}^{2}u}{\text{d}y{}^2}=\rho g+\frac{\text{d}p}{\text{d}x}(1)$

式中,u为锌液速度;p为冲击气流在锌液上的气压;μ为锌液动力黏度;ρ为锌液密度;g为重力加速度。

锌液与气体分界面处边界条件可表述为

$\begin{array}{l}u=u{}_{\text{s}}|{}_{y=0}\\ \mu \frac{\text{d}u}{\text{d}y}=\tau |{}_{y=t}\end{array}\}(2)$

式中,us为带钢速度;t为锌层厚度;τ为切应力。

对式(1)积分,并引入边界条件式(2)可得到锌液速度:

$u=u{}_{\text{s}}[1+\frac{y}{t}S{\rm T}-\frac{y}{t}(2-\frac{y}{t})\frac{G{\rm T}{}^2}{2}](3)$

$\begin{array}{l}{\rm T}=t\sqrt{\frac{\rho g}{\mu u{}_{\text{s}}}}\\ S=\frac{\tau }{\sqrt{\rho \mu u{}_{\text{s}}g}}\\ G=1+\frac{1}{\rho g}\frac{\text{d}p}{\text{d}x}\end{array}$

由式(3)可得到锌液秒流量:

$q={\displaystyle {\int }_0^{t}u}(x,y)\text{d}y=u{}_{\text{s}}(1+\frac{S{\rm T}}{2}-\frac{G{\rm T}{}^2}{3})(4)$

引入量纲一数$Q=\frac{q}{u{}_{\text{s}}}\sqrt{\frac{\rho g}{\mu u{}_{\text{s}}}}$,式(4)可转化为

$Q=-\frac{G{\rm T}{}^3}{3}+\frac{S{\rm T}{}^2}{2}+{\rm T}(5)$

根据Thorton[1]的研究,现实过程中满足流量极大原则dQ/dt=0,得到量纲一锌层厚度:

${\rm T}=\frac{S+\sqrt{S{}^2+4G}}{2G}(6)$

到此,只需获得带钢表面压力分布即可由式(6)方便的计算出最终锌层厚度。下面借助于数值模拟方法来获得带钢表面正应力、切应力分布。

2 数值模拟研究

2.1 模型简化与工况设计

由于从气刀喷射出气流速度很高,马赫数达0.3~0.6,属于二维稳态、可压缩紊流问题,故选用可实现k-ε模型。运用FLUENT流体力学仿真软件,考虑进气压力、气刀距带钢距离以及刀唇间隙等因素的影响,将气刀物理对象抽象为图2所示数值计算模型。模型中忽略温度对气流的影响;忽略气室中气流压力损失;忽略气流横向效应,简化为平面对称模型。

在气刀入口施加压力入口边界(pressure-inlet);气刀上方施加压力出口边界(pressure-outlet);带钢表面、气刀壁面以及锌锅表面施加壁面边界(wall),并采用非平衡壁面函数法(non-equilibrium wall function)。离散化方式中,压力-速度耦合采用SIMPLE算法,压力、动量方程、k方程和ε方程均采用二阶迎风格式。

模型中考虑气刀进气压力p0、刀唇距带钢表面距离Z以及气刀刀唇间隙D的变化对气流场的影响。参考宝钢1550热镀锌机组气刀结构及工艺参数,取表1所示计算工况,分别计算进气压力对气流场影响规律,刀唇距带钢距离对气流场影响规律和刀唇间隙对气流场影响规律。

2.2 仿真计算结果分析

图3、图4所示为典型工况下带钢表面正压力和切应力分布。另外根据射流力学经典理论[5,6,7]可将正压力分布形式表述为高斯函数:

p=pmaxe-0.693ξ2 (7)

ξ=x/b

式中,pmax为正压力峰值;p为带钢表面正压力;x为沿带钢长度方向坐标;b为压力半值宽。

同理,切应力的分布形式可以表述为

τ=τmax[erf(0.833ξ)-0.2ξe-0.693ξ2] (8)

$erf(\beta )=\frac{2}{\sqrt{\text{π}}}{\displaystyle {\int }_0^{\beta }\text{e}}{}^{-y{}^2}\text{d}y$

式中,τmax为切应力最大值;erf为误差函数。

从图3、图4可以看出,上述公式可以准确地描述带钢表面压力的分布形式,即只需得到带钢表面正压力峰值pmax、正压力半值宽b和和切应力峰值τmax等特征参数则可由式(7)、式(8)计算带钢表面正压力和切应力。这样就可借助数值模拟方法对特定结构气刀锌层厚度计算模型和锌层厚度控制性能进行研究。

根据表1所设计工况进行仿真计算。对仿真计算结果进行回归分析得到正压力峰值、压力半值宽和切应力峰值与工艺参数间数学关系式。正压力峰值pmax回归模型为

$p{}_{\max }=\{\begin{array}{l}0.9672p{}_0{\rm Z}/D\le 5\\ (0.6391+1.6404D/{\rm Z}p{}_{0}5＜{\rm Z}/D\le 10\\ 0.8031p{}_{0}D/{\rm Z}{\rm Z}/D＞10\end{array}(9)$

压力半值宽b和切应力峰值τmax回归模型为

$b=\{\begin{array}{l}0.3789D+0.001{\rm Z}-0.0025p{}_0+0.700\frac{{\rm Z}}{D}\le 8\\ -0.597D+0.104{\rm Z}-0.008p{}_0+1.006\frac{{\rm Z}}{D}＞8\end{array}(10)$

$\tau {}_{\max }=(5.9274-0.1377\frac{{\rm Z}}{D})p{}_0(11)$

对上述回归模型进行误差分析有:正压力峰值pmax回归误差为±3.9%,回归系数平方值R2=0.998;半值宽b回归误差为±5.2%,R2=0.983;切应力峰值τmax回归误差为±7%,R2=0.981。满足工程应用需求。

3 锌层厚度计算结果

综合解析计算和数值模拟结果,则可得到带钢连续热镀的锌层厚度预测模型,为研究气刀锌层厚度控制性能和离线的工艺优化提供了基础,并针对宝钢1550热镀锌机组的有关数据进行实际建模和应用研究。图5所示为锌层厚度随气刀进气压力变化规律。锌层厚度随进气压力增大而减小,且随压力的增大斜率逐渐减小,即增大气刀压力有助于抑制气流压力波动带来的干扰,提高锌层厚度稳定性。图6所示为锌层厚度随Z/D变化规律,锌层厚度随Z/D增大而增大。当Z/D<8时,Z/D变化对锌层厚度影响较小,而当Z/D>8时,Z/D变化对锌层厚度影响显著。出现这种分段性差别的原因是:当Z/D较小时,高速气流在冲击锌液前还未充分发展,随着Z/D的增大流场完全发展,带钢表面的压力也随之衰减。因此为提高锌层厚度稳定性,在气刀使用工艺中应当避开Z/D=8这一临界区域,同时为抑制带钢抖动对锌层厚度的影响,应尽量保证气刀距带钢表面距离处于Z/D<8这一区域。

图7所示为锌层厚度随带钢速度变化规律,锌层厚度随带钢速度增大而增大。现代热镀锌生产工艺往往是在保证基板耐腐蚀性能要求的前提下,提高锌液的利用率,这就需要降低镀锌层重量,而这又与提高机组速度(高生产效率)相矛盾。这对气刀锌层厚度控制能力和控制精度都提出了更高的要求,也是目前先进气刀的发展趋势之一。

为进一步验证模型的计算精度,取1550热镀锌机组90卷带钢的工艺参数进行计算,并与实测值进行了对比。由图8可见模型计算值与实测值比较接近,误差保持在13%以内,证明本文模型可用于气刀锌层厚度控制的预设定计算。

()()

4 结论

本文基于解析机理建模与数值模拟相结合的方法,建立了带钢热浸锌锌层厚度预测模型,模型中考虑气刀进气压力、气刀距带钢距离、刀唇开口度、带钢速度以及锌液物性等工艺参数。模型计算值与现场实测值比较接近,误差不超过13%,可用于在线锌层厚度的预设定。

结果表明,在气刀使用工艺中增加气流压力、减小气刀距带钢距离更有利于锌层厚度的稳定。

参考文献

[1]Thornton J A.An Analytical Description of the JetFinishing Process for Hot-Dip Metallic Coating onStrip[J].Metall.Trans.B,1976,7B:607-618.

[2]Ellen C H,Tu C V.An Analysis of Jet Stripping ofLiquid Coatings[J].Journal of Fluids Engineering,1984,7B(12):399-404.

[3]Delphine L.Numerical Si mulation of Gas-Jet Wi-ping in Steel Strip Galvanizing Process[J].ISIJ In-ternational,2005,45(2):214-226.

[4]Aha KJ,Chung M K.A Noble Gas Wiping Systemto Prevent the Edge Overcoating in Continuous Hot-dip Galvanizing[J].ISIJ International,2006,46(4):573-578.

[5]董志勇.射流力学[M].北京:科学出版社,2005.

[6]Sang J K.Numerical Analysis of Edge Over-coat-ing in Continuous Hot-dip Galvanizing[J].ISIJInternational,2003,43(10):1495-1501.

带钢厚度 篇3

1 PLC在工业现场应用

PLC是Programmable Logic Controller的缩写, 译成中文为可编程逻辑控制器。它是一种可编程的存储器, 它能够存储程序, 执行逻辑运算以及顺序控制。它能够通过模拟和数字输入来控制机械设备。PLC具有以下几方面优点适用于工业现场: (1) 执行每条二进制命令的时间大致为100ns, 具有较好的实时性。 (2) 控制系统构成灵活具有良好的可扩展性, 能够与上位机构成复杂的控制系统从而实现热轧生产过程中复杂的控制。 (3) PLC系统使用简单, 易于编程。它提供了逻辑图, 功能块, 简明的梯形图以及语句表等编程语言, 这样一方面缩短了编程周期。 (4) PLC能够在线修改程序, 在不拆动硬件的情况下可以改变原有的实施方案, 因此它易于现场调试。 (5) PLC抗干扰能力强, 可靠性高, 能够适用于轧钢工业现场。 (6) PLC具有良好的容错能力, 同时还能够将系统中的错误以代码的形式报警反馈。

PLC构成如图1所示:

2 热轧带钢厚度控制原理

板坯经过热轧粗轧机轧成薄坯, 然后送到精轧机轧制。精轧根据来料的温度, 速度, 温度和钢种等通过软件算出辊缝等参数, 完成精轧的初始条件设定。带钢进入精轧机轧制后, 测厚仪可以实时对热轧带钢进行测厚, 从而达到动态控制热轧带钢厚度的目的。热轧带钢的偏差原因有:来料原因和设备原因等。虽然不能对这些原因造成的误差进行定性和定量分析。但是可以通过找出前后两个机架负荷误差和热轧板厚误差的相关关系, 从而可以瞬间在建立确定误差原因的模糊模型对带钢厚度进行控制。

当带钢通过第n架轧机和第n+1架轧机, 实际轧制力大小fnr和f (n+1) r, 设定轧制力分别为fns和f (n+1) s, 记轧制力偏差为fn, fn+1。则有:fn=fnr-fns (n=1, 2, …6)

将第n架轧机和第n+1架轧机轧制力偏差模糊化后得出修正值, 并将将修正值代入到下道机架。在热轧厚度控制中, 采用PLC作为模糊控制器, 采用第n架轧机和第n+1架轧机的负荷偏差作为输入量, 辊系修正值作为输出值。

3 模糊控制的PLC实现

上位机采用西门子公司Win CC6.0作为监控系统, 实现辊缝设定, 数据反馈等。控制系统采用西门子step7编程软件, C语言作为补充。这样, PLC在实现模糊控制算法和热轧工艺控制具有优势。西门子step7编程软件能够使用功能模块式编程结构, 所有控制模块均可作为子程序在主循环模块OB1中调用。系统启动时, 首先扫描启动模块OB100, 对所有条件进行初始化。系统的模糊控制在功能模块FC1中完成, 在功能块FC1中能够调用子程序FC10, FC20, FC30和FC40。

在FC10中计算第n架和第n+1架轧机的实际值和设定值偏差;FC20中完成模糊控制量量化, 如果在量化过程中数量超限则程序中断, 自动跳转。FC30实现模糊控制规则查询, 程序采用C语言编程。FC40采用系数加权, 平均法完成输出量的解模糊化, 快速修正辊缝, 从而实现热轧带钢厚度控制。厚度控制的数据模块DB1-DB4存储着各轧制道次目标值, 实际反馈值和控制工程中量化因子等参数。在热轧控制中系统能够在150ms内完成修正量计算并快速修正辊缝。

4 结语

随着微电子技术的不断发展, 近年来模糊控制逐步应用到各个领域。热轧产线采用西门子S7系列PLC作为控制器, 将模糊控制运用到热轧带钢厚度控制中取得了良好的应用效果。热轧带钢的厚度偏差能够保证在标准之内, 取得了预期的效果。

摘要：随着现代工业发展, PLC控制技术在轧钢领域得到广泛的应用。它具有实时性好, 控制结构灵活, 操作简单易于编程, 良好的抗干扰性能以及纠错功能。本文以PLC为控制单元, 运用step软件和C语言进行编程, 通过轧机采集设定值和实际值进行比较, 采用模糊控制理论进行修正, 实现对热轧轧辊辊缝等参数控制并达到控制带钢厚度的目的。

关键词：PLC,带钢厚度,模糊控制理论

参考文献

[1]朱辉, 王文成.基于PLC的钢水车模糊控制系统的设计[J].微计算机信息, 2010 (04) .

[2]满磊磊, 刘伟娟.WinCC与S7-400PLC在热轧加热炉控制系统中的应用[J].热处理技术与装备, 2013 (04) .

[3]杨承昌.西门子S7-400与WinCC在酸再生控制系统中的应用[J].安徽工业大学学报 (自然科学版) , 2010 (S1) .

[4]赵霞, 赵方.基于PLC和模糊控制技术在煤矿自动排水系统中的设计[J].煤矿机械, 2012 (08) .

[5]王彦齐.西门子S7-300 PLC的Modbus-RTU通讯实现[J].煤矿机械, 2014 (05) .

[6]孙志敏, 方一鸣, 田海波, 牛犇.WinCC与PLC采集数据间快速交换及显示的研究及应用[J].工业控制计算机, 2011 (11) .

带钢厚度 篇4

关键词：带钢,厚度控制,调试

0 引言

柳钢1550mm冷轧板带厂酸轧联合机组于2008年6月建成投产,带钢厚度控制采用液压AGC控制。基础自动化系统中单独配置了一套PLC负责厚度控制,轧机区配置了3台X射线测厚仪通过Prifibus-DP网与基础自动化系统进行数据交换,同时,将每台测厚仪的实测值在人机界面HMI上显示出来,使整个冷轧厚度控制系统响应快速、控制精确、控制思路简单明了,对全线顺利投产、稳产和早日达产起着至关重要的作用。

1 厚度控制基本原理及系统组成

1.1 厚度控制基本原理

厚度控制系统简称为AGC系统,厚度控制的基本原理就是在轧制过程中,应用测厚仪(目前用的较多的是X射线测厚仪)对运行中的带钢厚度进行连续测量,然后将厚度实测值与厚度给定值h0进行比较,得出一个厚度偏差值Δh,将Δh传送到AGC控制系统进行数学模型运算后,得出需要调节的辊缝值ΔS,然后将ΔS传送给液压伺服控制系统,通过调整压下量或轧制力,张力值或轧制速度,最终把带钢厚度控制在允许的偏差范围内。带钢厚度控制原理见图1。

1.2 厚度控制系统的组成

柳钢冷轧厚度控制系统主要由以下几部分组成:

(1)仪表检测部分。在1#机架入口、2#机架入口及5#机架出口配置有X射线测厚仪,因此第一机架有厚度前馈控制及反馈控制,第五机架有厚度反馈控制。每个机架都设有测压仪,用于各机架的轧制力内环闭环控制。液压缸里配置SONY磁尺,用于液压缸压下位置控制。此外,机架间采用张力计进行张力检测,轧机出口配置非接触式板形仪对板形进行控制。1#机架后和2#机架后设置激光测速仪检测带钢线速度。

(2)厚度自动控制部分。作为整个厚度自动控制系统的运算处理部分,其主要任务是将测厚仪实测出来的厚度实测值与厚度给定值进行比较,计算出厚度偏差值,并将厚度偏差信号放大,传送到AGC系统的控制程序进行运算,得出需要调节的参数值。

(3)执行机构。接收到AGC系统输出的控制信号后,执行机构开始动作,通过液压压下系统调整压下量,或者改变轧机主电动的速度,或者通过二级系统重新设定带钢的张力值等手段去改变厚度偏差。

2 厚度控制系统的总体设计与配置

2.1 厚度控制系统的总体设计

柳钢冷轧AGC系统以第三机架作为基机架,包括第一、二机架的粗调AGC和第四、五机架的精调AGC。粗调AGC的目的是消除大部分来料厚度偏差,减少轧辊偏心造成的厚度周期波动,而精调AGC则根据成品带钢厚度实测值对带钢成品厚度精度进行最终调节。柳钢冷轧AGC控制系统总体结构如图2所示。

根据某一机架的金属秒流量相等原则,如果入口速度和厚度已经获知,则可以通过数学模型计算出该机架的出口厚度值,通过与实测厚度值进行比较而获得需要调节的参数值,从而达到准确控制出口厚度偏差的目的。柳钢冷轧轧机区域分别在第一、二机架出口安装了激光测速仪,用于检测带钢线速度,形成速度反馈,信号传送给AGC系统。3台测厚仪分别安装于第一机架前后及第五机架后,用于实时检测运行中的带钢厚度值,并与AGC系统实时通信。

2.2 厚度控制系统的数据通信

轧制前,首先在过程计算机(L2)中对各种与厚度相关的工艺参数进行预设定,然后通过以太网送到基础自动化系统(L1),控制模型和设备动作时序控制都在基础自动化系统内实现,基础自动化系统里用到的PLC采用意大利安萨尔多的AMS(ASI Robicon Microprocessor System)控制器,这是一种可实现高级算法控制、闭环控制、高性能多CPU的PLC,用户可以使用梯形图、功能块图和顺序功能图等多种手段进行编程。

厚度控制系统通过Profibus-DP网与传动装置进行数据通信。要达到良好的厚度控制精度,轧机就必须保持良好的速度及张力的稳定性。柳钢冷轧的轧机主传动采用ABB的DCS800系列直流调速系统。在控制方式上,轧机为速度控制,给整个轧机提供稳定的线速度基准。开卷机和卷取机为恒张力控制。

3 厚度控制系统的调试

在柳钢冷轧进行热负荷试车之前,对AGC系统输出量加一个限幅环节以保证机械设备的安全可靠,在能够保证带钢厚度控制精度的前提下对测厚仪反馈回来的带钢厚度偏差值适当加入一个死区以防止AGC系统过于灵敏,频繁动作而对液压高压系统造成频繁冲击,同时也避免了测厚仪在受到干扰的情况下,发送异常带钢厚度值对系统造成冲击。

由于冷轧AGC系统配套的液压系统是高压系统,A G C本身也要求液压系统有较快的响应性,信号跟随性能要求很强,只允许有微小的滞后。在对AGC位置闭环控制系统的调试时确保系统响应较快,过渡过程短;响应基本无超调量,跟随性能好;跟随后,系统无振荡现象,系统稳定。

在热负荷试车过程中,发现AGC系统对带钢厚度控制的效果还不够理想,主要是系统响应不够快速,跟随性能不够好,存在动作滞后现象,不能满足冷轧高速轧制的要求。于是AGC调节器做了进一步精调。经过参数优化后,柳钢1550mm带钢厚度控制系统的应用效果很明显,带钢厚度问题得到了大幅度改善。实测带钢厚度接近目标厚度,达到了预期的设计要求。

4 结语