冷轧轧机压下控制系统（共8篇）
冷轧轧机压下控制系统 篇1
摘要：介绍了炉卷轧机电动压下装置的电气控制系统, 使用两台TM10逆变器组成主从控制系统, 主装置采用速度控制, 从装置工作在转矩跟随模式, 该控制系统位置控制精度高, 性能稳定。
关键词：炉卷轧机,电动压下,主从控制
安钢炉卷生产线由达涅利公司设计, 控制系统采用TMEIC公司的V系列控制系统。主轧机为单机架四辊可逆轧机, 轧制厚度范围6-100mm, 压下启动频繁, 辊缝调节精度高, 采用了电动压下控制和液压厚度自动控制, 电动机械压下系统位于轧机牌坊的上部, 测量轧制力的压头安装在压下螺丝下方, 每一道次轧机进钢前, 两台交流电动机通过涡轮蜗杆减速机带动压下螺丝转动, 完成辊缝的初始设定。
1电动压下系统的组成
操作侧和传动侧各有一套涡轮蜗杆减速箱, 压下丝杆丝母和液压抱闸。驱动压下螺丝的两台电机通过电磁离合器联结在一起, 电磁离合器不得电时, 两侧的压下螺丝同步转动, 电磁离合器得电时, 可对压下螺丝进行调平和单独维护。压下螺丝定位完成后, 液压抱闸关闭, 使得压下螺丝位置不再移动。压下螺丝顶部装有位移传感器, 用以检测压下螺丝的位置。
传动系统采用TMEIC公司TM10变频器对压下电机进行变频调速控制, 在电机的尾部装有编码器反馈电机的速度, 在位移传感器有故障时, 也可使用编码器来检测压下螺丝的位置。在两侧螺丝同步转动时, 两侧电机为主从控制模式。
压下螺丝有单独的润滑系统, 有流量、压力检测, 压下螺丝的上部和下部装有接近开关, 作为上下极限保护信号。
2电动压下控制
2.1电动压下的控制模式。电动压下螺丝有三种操作模式:维护、手动和自动模式。在维护模式下, 使用控制手柄向传动系统发送固定的速度给定来打开、闭合或调平辊缝。在手动模式下, 通过控制手柄或HMI画面发出压下螺丝位置给定进行辊缝操作, 速度给定由位置闭环调节器生成。在自动模式下, 辊缝设定和自动顺控程序生成压下螺丝的位置给定, 进行位置闭环控制。2.2电动压下的位置给定。在自动模式下, 位置给定由几种自动顺控程序生成, 包括换辊、轧机压靠、辊缝设定和轧机刚度测试。位置给定计算中, 也可把当前的位置反馈值作为位置给定来停止压下螺丝的移动。位置给定在引入位置调节器前作后冲补偿, 使位置调节器的输出总是从同一方向逼近给定。如果新的位置给定比当前位置反馈值小, 新的位置给定减去后冲补偿值后作为位置调节器的输入, 当位置反馈值在设定的死区范围内, 不带后冲补偿的位置给定作为位置调节器的输入, 从而保证不论打开或闭合辊缝, 压下螺丝总是从相同的方向摆辊缝。2.3电动压下位置控制原理。为了准确地对轧制设备进行位置控制, 一般对位置自动控制有以下几点要求:a.设定电动机转矩不得超过电动机和机械系统的最大允许转矩;b.能在最短时间里完成定位动作, 并且定位符合规定的精度要求;c.在控制过程中不应产生超调现象, 并且系统应稳定;d.由于计算机是通过软件进行控制的, 所以还要求控制算法要简单。电动压下控制系统采用位置闭环控制模式实现压下螺丝位置的精确控制。位置调节器计算位置给定和位置反馈的偏差, 根据位置偏差的大小, 位置自动控制算法计算出调节器的增益, 当偏差较大时, 控制速度为固定的最大速度, 偏差减小到一定范围内, 控制速度与偏差的平方根成正比, 最后偏差较小时, 控制速度与偏差成正比。当位置偏差在在死区范围内, 控制速度给定为零, 液压抱闸闭合。图1是理想定位过程图示。S是位置偏差, vm是最大速度, am是最大加速度, a'm是最大减速度。首先以最大加速度加速至t1, 然后以最大速度运行, 在S2处以最大减速度减速, 直到速度为0, 位置偏差为0。在减速段根据牛顿运动学定律, 由算式υ= (2α’mS) 1/2, 求出速度给定。然而, 电机速度滞后于速度给定, 按上式计算可能引起超调, 所以当位置反馈接近给定时, 投入比例调节, 要做到无扰动切换, 需在平方根调节器中引入一常值。在切换点处Ksq (s-b0) 1/2=kps=速度给定, 其中Ksq= (2a’m) 1/2, kp为调节器比例增益, 从等式中可以得出切换点为a’m/kp2, b0=a’m/2k2p。
3电动压下传动控制
电动压下主传动采用TMEIC公司TM10系列IGBT变频器, 公用整流器连接逆变器。电动电机为交流异步电动机, 技术参数为:额定功率300k W, 额定电流310A, 额定电压690V, 转速/1500r/min, 额定频率50 Hz。
3.1 IGBT变频器。TMdrive-10是一种拥有TMEIC最新功率电子技术为一体、可用于各种工业设备驱动系统的绝缘栅双极晶体管IGBT变频器。采用了功率电力控制专用的32位微处理器, 实现了高性能的矢量控制及无速度传感器矢量控制。速度控制精度为±0.01%, 速度控制响应最大为ωc=60rad/s, 速度控制范围为0-100%。3.2异步电机的矢量控制。逆变器采用了转子磁链定向的矢量控制, 控制框图见图2。逆变器接受一级控制器的命令完成速度控制。一级控制器下发速度给定SP_REF1, SP_REF1经斜坡和限幅处理输出到速度给定模型, 该模型的输出作为速度调节器的输入SP_R。3.2.1速度控制。速度给定SP_R和速度反馈SP_F分别比例计算后求偏差, 再与SP_R和SP_F的偏差的积分运算结果相加, 乘以惯量增益, 得到转矩给定TRQ_REF, 转动惯量增益在一级控制器中计算并下发给传动 (见图3) 。3.2.2电流控制。电流控制包括有功转矩电流IQ和激磁电流ID的控制。TRQ_REF经限幅后除以磁通得到IQ的给定, 它与IQ的反馈的偏差经比例积分运算后加上感应电压补偿、电感补偿得到Q轴电压给定EQ_R。由速度给定可知磁通给定, 根据磁通给定可知ID给定, 它与ID的反馈的偏差经比例积分运算后加上电感补偿得到D轴电压给定ED_R。3.2.3电压给定。由滑差频率和resolver检测的速度得到磁通角, EQ_R和ED_R经二-三坐标变换, 得到三相的电压给定, PWM控制部分生成门级脉冲信号放大触发IGBT。
4应用效果
安钢炉卷线自投产以来, 压下传动控制系统具有良好的快速性和稳定性, 位置控制精度高, 性能良好。
参考文献
[1]余万华, 郑申白, 李亚奇.金属材料成型自动控制基础[M].北京:北京冶金工业出版社, 2012.
冷轧轧机压下控制系统 篇2
关键词：冷轧；板型凸度控制；不锈钢BA板
中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）21-0099-02
太原钢铁公司于最新上马一台新型冷轧带钢可逆式森吉米尔轧机（光亮板）控制系统非常先进本文介绍了轧机的电器控制系统及关键的板型控制系统轧机的上马是使我厂产品质量与产量转型提升的关键因素之一，为了能使轧钢产品带材板型能够提升，轧机设计了AD辊同BC辊同时控制板型的策略，使板型控制范围更宽，同时功能细化AD辊用于控制弯辊BC辊用于控制倾斜和偏差，实际的控制效果达到了需求。
1 总体介绍
轧机型号：ZR21 AN65”；
最大轧制力：13 000 kN；
最快速度：1 200 m/min；
可以轧制原材料为300，400系列的热轧钢卷；
最大宽度1 650 mm，最小宽度1 000 mm；
最大钢卷重量30 t；
最大入口厚度6 mm；
轧制后最小厚度0.3 mm；
最高速度可达每分钟1 200 m。
轧机的总体PLC及传动系统图，如图1所示。
分为三级控制系统：①LEVEL0：传动控制；②LEVEL1：基础自动化；③LEVEL2：过程控制。
2级系统：过程控制级：①初始数据的输入；②轧制表计算；③数学模型；④数据采集和处理；⑤模型自适应
1级系统：基础自动化：①顺序控制；②张力、速度控制；③AFC板型控制；④AGC厚度控制。
0级系统： 传动控制系统： ①主传动SM150； ②辅助传动S120系列。
2 厚度控制系统
自动厚度控制在森吉米尔轧机上应用于带钢的厚度控制，要求目标厚度的达标基于自动厚度控制，这也是带钢最重要的指标之一。基于秒流量的厚度控制使轧机厚度控制非常可靠。由于热轧工艺因素带来规律性的厚度偏差，另外冷轧加工时卷筒偏心，摩擦，及温度因素也能带来厚度偏差。轧制过程中应该将，冷轧热轧导致的厚度偏差分别矫正。因此在轧机传动单元补偿了由于卷筒偏心钳口造成的厚度波动，合并秒流量控制。以下几点是主要的厚度偏差因素：①钢卷偏心；②带尾张力丢失；③轧制带头带尾温度偏差；④带钢冷却不均。
带钢厚度的偏差矫正可以使用调整辊缝位置也可以使用张力调整，自动厚度控制由以下几部分组成：①秒流量控制；②前馈控制；③后馈控制；④轧制效率补偿；⑤矫正系数。
AGC的控制输出信号主要由前馈，后馈控制以及其他补偿功能决定，这些矫正值正反馈叠加于执行器上，执行机构一是辊缝位置，二是前张力。
3 秒流量控制概念
秒流量基于理论是无论何时带材流入辊缝的体积同流出的体积都是一样的。带材的体积计算是通过带钢横截面积乘以入口出口的速度，冷轧时带钢宽度方向不会改变公式如下：
入口出口的速度测量通过激光测速或者高分辨率的编码器，秒流量控制和前后馈使用同一执行机构，两者之间协调合作，秒流量控制能够预算出辊缝和出测厚仪之间的米数的计算误差，提高前后馈的动态响应精度。在带钢到达测厚仪及带钢零速时系统已将采集数据。因为闭系统将在出口侧产生速度提升，出口卷取机要设定加速偏差以防加速时产生张力波动。以上所述是秒流量的主要特性。
带钢厚度偏差还是用前后馈前馈控制补偿入口侧短时偏差，通过辊缝和前张力卷筒执行偏差补偿。后馈控制记录轧机出口侧的厚度偏差，之后反馈给辊缝执行机构，无法补偿短时偏差。
4 板型控制系统
4.1 系统简介
这台轧机同其他轧机相比板型控制系统极为特殊，增加了BC辊凸度控制。着重描述本轧机的板型控制系统。
普通二十辊森基米尔轧机有二十辊组成其中支承辊8根，二中间辊6根，一中间辊4根（可以横向串动调节边部板型）工作辊2根同带钢表面接触，其中带钢中间部位板型控制需要使用7段凸度调节下图给出了BC辊及AD辊的结构说明。
轧机整体机械结构如图2所示。
其中主压下由BC辊前后两个主压下齿条带动其他八段齿条带动BC辊凸度控制另外两侧AD辊凸度齿条带动AD辊参与控制凸度
4.2 机械结构比较
下面针对普通BC辊控制凸度的SENDZIMIR轧机和BC及AD辊控制的SENDZIMIR轧机做一个结构上的比较。如图3所示。
以上两图分别从正面及剖面说明BC辊主压下齿条及凸度齿条的位置。普通SENDZIMIRL轧机只使用AD辊作为一个整体偏心辊使用，用于预设辊系位置也就是图一中没有AD辊两侧齿条的普通股轧机。
冷轧厂12号轧机使用AD辊不仅作为整体偏心使用，AD辊外侧每一段另加偏心轴承及齿条从而使AD辊同BC辊协同控制凸度，扩大了凸度控制的范围。使系统能够更有效自由地调整所需板型。
4.3 控制方式比较
普通SENDZIMIR轧机只有BC辊凸度可以调节，从板型控制理论上它得同时兼顾弯辊控制，倾斜控制，每段间的偏差控制。往往不能使每种控制都能完美，存在死区。
冷轧厂12号轧机控制方式多元灵活切换，可针对实际板型进行调整。实际的控制方案是AD辊负责弯辊控制，BC辊负责倾斜及偏差控制，这样BC辊就能保持更平滑，生产人员可以手动干预BC，及AD控制，以调节带尾不规则板型。实际轧制控制板型曲线，如图4所示。
图中显示了一中间辊的窜动用于调节带钢边部板型，AD辊凸度控制齿条，BC辊凸度控制齿条，图形右边是控制方式选择， AD辊弯辊控制 BC辊倾斜控制BC辊弯辊控制一中间辊上下辊窜动。图中右上角柱状图显示了每种控制方式的控制偏差。从此板型控制界面中我们可以看到实际板型状况，控制闭环状态，以及一些钢卷辅助信息
4.4 实际应用结果
本轧机已经于2012年3月热负荷试车，生产出的产品来看板型及厚度明显好于普通SENDZIMIR轧机的产品，实际板型指标小于2I单位，普通轧机达到8I即为合格。退火冷线试过轧机料时板型极佳。
参考文献：
[1] 潘久纯.二十辊轧机及高精度冷轧带钢生产[M].北京：冶金工业出版 社，2003.
冷轧轧机压下控制系统 篇3
1500mm宽带生产线粗轧机采取单机架可逆轧制,其压下系统由一套PLC、两套直流调速系统(ZKSL-315-41、150kW直流电机+SIEMENS 6RA7085-6DV62全数字直流调速装置)和两套压下丝杠组成。根据工艺要求,压下系统设置单动、联动两种方式,两台压下电机输出轴之间装设一套气动拨叉式离合器实现两套压下丝杠的单动和联动控制。正常轧钢时采用联动控制方式,两台压下电机通过离合器实现同轴传动,组成主从传动系统,压下传动侧为主传动,压下操作侧为从传动。当两侧辊缝值出现偏差或板形楔形时,选择单动控制方式,离合器打开,两台电机可单动调整单侧辊缝。
粗轧机轧辊的辊缝位置控制精度、快速性和可靠性直接影响带钢板形质量和生产能力,生产过程中粗轧机压下系统存在以下问题。
(1)带钢在粗轧机可逆轧制过程中出现板形楔形、镰刀弯等情况,需调整单侧辊缝,但离合器为齿式连接,离合器啮合经常不到位,影响轧制节奏。目前,粗轧机单侧调整辊缝只能在加热炉来料,粗轧机轧制第一道次之前完成,且需要人为确认压下离合器是否啮合到位,无法实现根据板形随时调节和控制辊缝,影响板形质量。
(2)粗轧机轧辊辊缝实际位置与设定值偏差超出范围(>2mm),造成压下系统保护,无法摆位。
(3)两台压下电机虽然型号相同,但电机在制造和安装过程中存在差异,且两台电机通过离合器同轴连接,在离合器两侧产生转矩,经常损坏离合器。
二、改造措施
1. 粗轧机操作侧和传动侧辊缝APC独立控制
APC(位置控制)是在指定时间内将被控对象的位置自动控制到预先给定的目标值上,使控制后的位置与目标位置之差保持在允许偏差范围内。原粗轧机压下系统的压下丝杠装设位移传感器检测轧辊辊缝实际位置,辊缝设定值S设定值与传动侧、操作侧两侧辊缝实际位置的平均值S相减,得出ΔS辊缝偏差值。根据ΔS辊缝偏差值绝对值的变化动态控制压下速度给定信号,实现辊缝控制。改造开发粗轧机操作侧和传动侧辊缝两个APC通道独立工作,并以各自的辊缝设定值作为控制目标,PLC通过采集传动侧、操作侧辊缝实际位置,将各自设定的位置目标值与实际值相减,得出传动侧ΔS传动侧辊缝偏差值=S传动侧设定值-S传动侧实际值,操作侧ΔS操作侧辊缝偏差值=S操作侧设定值-S操作侧实际值。压下传动装置在原有双闭环速度调节系统的速度环之外加入1个位置环(图1),根据下列公式,分别计算压下传动装置速度给定,实现辊缝控制。
式中v———电机速度给定
αm———电动压下加速度
ΔS———辊缝偏差绝对值
2. 压下电机速度分区控制(图2)
为提高压下系统的快速性,使压下电机按最大输出转矩加减速,在PLC程序设计压下电机初始速度线性化控制。当ΔS>5mm时,v设定为高速给定,当ΔS<5mm时,v按一定斜率线性化减速控制,当ΔS<2mm,即辊缝接近设定值时,v采用脉冲冲动控制,避免电机在低速时运行,使系统快速准确定位。
3. 电动压下控制
改造前,联动方式时,粗轧机压下系统主从装置之间通过内部RS485通信接口接收和发送数据,从装置速度给定、分合闸控制均来自主装置。从装置参数P500(转矩给定)为K7002,接收主装置速度调节器的输出K148(转矩给定),两者共用主装置的速度环。主从装置的电流环给定均取自主装置速度环输出,主装置速度调节器的输出K148作为从装置电流环的给定,从装置作为主装置的内环工作。改造后拆除压下离合器,保留电机及全数字直流调速装置,实现电动压下控制。对主装置斜坡函数发生器P662使能信号,逻辑判断重新优化,不再判断从装置状态,修改从装置参数逻辑控制。传动侧和操作侧传动系统分别接收PLC系统的速度给定,在速度环之外分别加入压下传动侧、操作侧位置环APC控制(图3),实现压下两侧位置环、速度环和电流环三环单独控制的闭环系统。
4. 单侧调整辊缝偏差记忆功能
根据工艺需求,在轧制过程中因板形楔形等单边调整辊缝,且在轧制过程中要求轧辊传动侧与操作侧保持辊缝偏差值。程序设计采用以S传动侧辊缝设定值为基准,操作人员单边调整操作侧的辊缝设定值。调整结束后,程序记录单侧调整后辊缝偏差ΔS1,S操作侧辊缝设定值=S传动侧辊缝设定值+ΔS1单边调整辊缝偏差,实现轧制过程中单边调整辊缝偏差记忆保持,直到下一次人工调整干预。
三、改造效果
莱钢1500mm宽带生产线粗轧压下电气控制系统改造项目于2011年8月无负荷调试完成,9月投用。经负荷生产测试,粗轧机辊缝定位精度范围<±1mm,满足粗轧机压下系统定位要求。由于拆除了压下电机传动轴的离合器,降低了设备故障率,系统运行稳定、可靠。
摘要：针对1500mm宽带粗轧机压下系统存在的问题,改造电气控制系统,效果良好。
冷轧轧机直流调速系统改造 篇4
冷轧单机架六辊可逆轧机是用来在常温状态下将酸洗后的热轧卷通过轧制得到所需厚度和机械性能、板形、表面质量要求的钢卷。莱钢冷轧轧机自试生产以来, 一直处于电气故障高发状态。本文将对运行中存在的问题进行分析, 并找出解决方案。
1 卷取机直流调速装置跳电频繁
在生产过程中, 机后卷取机直流调速装置多次报F004故障 (电枢电源中相电压故障) 。报F004故障时, 进线断路器已经跳闸, 断路器面板上的AP灯已点亮。根据电流曲线, 断路器跳闸时电流仅为额定值的40%左右, 并无过流迹象。
经试验了解到直流调速装置报F004故障在断路器跳闸后, 故将故障点锁定在断路器。检查左右卷曲机进线断路器的确存在偏差, 于是将其更换, 并解除屏蔽的差动保护信号。另外, 对左右卷曲电机的速度环和电流环做了进一步优化, 使起步时的电机转动更加平缓, 避免大电流冲击造成断路器跳闸故障。
2 电气传动与PLC间的通信故障
轧机的电气控制系统靠Profibus-DP网络完成与PLC的通信, 但DP网线在敷设时未考虑屏蔽问题, 地下电缆室里的DP网线与动力电缆敷设在一起, 而且DP网线布线路径不合适, 使网络终端离PLC过远, 影响控制信号的传输速度和精度。基于以上原因需对DP电缆做一些改动:
(1) 改造DP网络路径, 由5台直流调速装置和板型辊、夹送辊变频器组成一个网络, 由上卸卷小车、换辊车等组成另一个网络, 分别与PLC进行通信, 从而减少单个网络的节点数, 提高通信速率。
(2) 使DP网线与动力电缆分开敷设, 并为DP网线穿镀锌钢管, 以避免电磁干扰影响装置与PLC的通信。
3 轧制过程中报F030故障
FO30故障出现都伴随着烧毁功率柜的快熔, 有时还会有晶闸管击穿。此类故障处理时间长, 消耗备件多, 成为制约轧机正常生产的主要故障因素。导致直流调速装置F030故障可能的原因为在再生反馈工作时产生主电源电压瞬时跌落和电流环没有优化。其中电流环没有优化可排除;电源电压瞬时跌落只有在换向时才有可能, 即直流调速装置检测出换向故障才会报出F030故障。而决定换向是否故障的主要因素为同步电压测量的准确性和脉冲放大板的运行。
示波器在线监控的同步变压器输出波形显示同步跟随性较差。分析其可能原因为同步变压器一次、二次侧的相位角有偏差且偏差值不可控, 推测同步变压器在本套装置中不适用, 需改进。因此, 采用电阻矩阵降压方式, 在每相使用1MΩ的陶瓷电阻四组串联, 一侧接至进线电压母排, 另一侧接至直流调速装置进线电压测量端, 利用陶瓷电阻的稳定性实现进线电压测量的可靠性, 利用陶瓷电阻的纯电阻性实现进线电压与直流调速装置测量电压的绝对同步。
脉冲放大板的作用是将直流调速装置发出的触发脉冲信号进行放大并分别控制12只晶闸管的开通和关断, 因此此脉冲放大板一旦出现故障就会直接影响直流输出。示波器监测到脉冲放大板波形明显不规则变化, 确定其出现故障。更换所有功率柜内的脉冲放大板, 故障频率减轻, 但并没有根除;脉冲放大板4个固定螺栓孔有1个是用于接地屏蔽用的, 而厂家全部使用了塑料绝缘螺栓, 导致脉冲放大板无法接地将其接地后故障基本消除。
4 针对控制程序缺陷进行优化
针对在轧制起步时误报断带故障引起现场快停信号触发全线停车情况, 查看PLC程序, 确定此信号来源于工作辊辊缝检测信号。经研究, 此信号可作为报警信号而不必作为停机信号, 故将此信号由停机信号改为报警信号, 只作为报警条件。
5 结语
通过优化冷轧轧机电气控制系统的优化, 解决了因电气传动故障造成的设备停机和断带, 提高了成材率。改造后, 冷轧轧机运行状况良好, 实现了较为显著的社会效益和经济效益。
摘要：莱钢冷轧轧机自试生产以来, 一直处于电气故障高发状态, 主要表现在卷取机传动装置跳电, 轧制时卷取机跳电后上下辊电机不能立即停转, 轧制起步时报断带故障造成全线快速停车及轧制时报F030过电流故障烧坏熔断器和晶闸管等。本文针对这些问题提出改造方案。
莱钢冷轧轧机弯辊控制系统分析 篇5
1.1 弯辊调节板形原理
带钢的板形与轧辊的辊缝形状直接相关,在不考虑轧件弹性恢复的情况下,可以认为有载辊缝形状就是轧制后带钢的横截面形状。各种板形控制手段如中间辊串辊、轧辊精细冷却等都是通过改变工作辊的有载辊缝形状来实现的,弯辊控制也不例外,其原理是将弯辊液压缸产生的力通过轧辊的轴承座传递到工作辊上,使轧辊受到一个弯辊力,使工作辊产生弯曲,以此调节有载辊缝,达到控制板形的目的。弯辊力的大小与多种因素有关,如轧制力沿轧辊的横向分布、轧机工作辊的刚度、工作辊的磨损、被轧带钢的宽度等,在实际生产中应根据工作辊的磨损、轧制力的波动等对弯辊力进行实时修正。弯辊力的作用可分为两种:使辊缝凸度增大,即负向弯辊力;使辊缝凸度减小,即正向弯辊力。生产中根据板形情况决定采用哪种方式。如果是板形出现内浪,用负向弯辊力;如果板形出现边浪,就用正向弯辊力。使辊缝凸度减小的正向弯辊力作用原理如图1所示。
1.2 弯辊的控制方式
板形自动控制可分为开环控制和闭环控制两种形式。开环控制主要是根据机前测厚仪测得的厚度,通过轧制力进行板形前馈控制,即先由符合实际的最佳弯辊力数学模型或轧制实践积累的经验值计算出对应于要轧带钢的最佳弯辊力值,轧制的过程中,再根据轧制力的波动量来调整弯辊力的大小。轧制力的波动量就是轧制力实际值与设定的标准轧制力的偏差,轧制力对弯辊力的影响系数,与轧机横向刚度、轧辊横向刚度、轧辊磨损、带钢宽度等因素有关。开环弯辊力设定主要是由经验和数学模型总结得出的,只能大体满足基本板形需求,无法完成高质量的板形需求。想要达到相对高精度高质量的板形必须采用闭环控制方式。闭环控制是根据板形检测设备及板形辊检测出的板形信号进行反馈控制,在设有板形检测机构的情况下,把检测出的板形信号与设定的目标板形对比得出偏差值,对应到相应的板形弯辊系统的调节参数。闭环控制下,弯辊主要用来消除板形的二次缺陷,达到很高的板形精度。
2 板形检测系统
2.1 测量辊
ABB公司的板形辊为压磁式应力测量辊,安装在机后,两头的底座分别安装有张力计压头。根据产品的最大宽度来设计测量辊测量区的数量,每个测量区的宽度为52mm。莱钢冷轧薄板厂的六辊轧机轧制带钢宽度最大值为1450mm,所以测量区整个辊共划分为27个环(区),每个环是一路独立的压力传感器,两个区之间有很小的缝隙。测量辊操作侧是信号传输单元(STU),STU通过碳刷将传感器所需的励磁信号引入,将压力信号引出,根据板形辊所采集压力的不同判断当前板形的状态。每一路传感器的电路原理如图2所示,每一环共有4个传感器串联安装。
2.2 板形仪的测量原理
测量辊各个测量区测出带钢张力作用在测量区上的径向力,与设定的带钢平均张力比较,可反映出带钢的平直度。较好的带钢平直度必须具有相同的轧制延伸。一般情况下,横向上很难达到全部相同的延伸,延伸差别越大则平直度越差。在轧制时,带钢承受相当大的张力,用肉眼看是相对平直的,但带钢沿横向的应力分布不均,一旦带钢张力减少或消失,带钢即出现浪形或瓢曲。
带钢设定的平均应力:
单条带钢应力:
单条带钢应力差:
式中,F0为带钢设定的平均应力;T为带钢给定的总张力;B为带钢宽度;h为带钢厚度;E为弹性模量;LS为拉平后的长度;L0为带钢的额定长度;Li为带钢沿宽度方向被分成单条后的长度。应力差ΔFi用于计算闭环控制动作的平直度误差。
3 板形弯辊闭环控制
板形控制系统采用SIMATIC TDC来实现其功能。过程控制计算机根据板宽、板厚、合金代码、轧制力等因素得到目标板形曲线,发送到TDC的测量值处理模块。通过测量辊测得的张力分布曲线得到实际板形信号,再对其进行几何误差修正、平滑处理、有效值处理、边缘覆盖率修正等。实际板形辊测量曲线和目标曲线比较得到实测板形误差曲线。该曲线和弯辊控制执行器的效率曲线一起被用于进行板形模式识别和缺陷分解,得到用于弯辊控制执行器的控值,并通过弯辊控制有效地消除板带的平直度偏差。板形弯辊闭环控制系统如图3所示。
4 实际效果
莱钢1500mm冷轧生产线热负荷试车以后,对板形控制系统进行了精调。在板形弯辊控制功能投用后,轧后钢板的板形质量有了很大的提高,弯辊控制效果如图4所示。
5 结论
(1)莱钢1500 mm冷轧生产线采用ABB板形控制系统,其强大的运算能力不但能完全满足高速轧制对系统的要求,而且还能够满足客户对板形的苛刻要求。
(2)板形弯辊控制系统应用后,明显改善了板材质量和精度,取得了良好的板形控制效果。
摘要：对莱钢冷轧六辊单机架的弯辊系统进行研究与分析,介绍板形控制系统的原理和使用效果。
关键词：六辊冷轧机,弯辊力,板型调节,闭环控制
参考文献
[1]王国栋.板形控制和板形理论[M].北京:冶金工业出版社,1986
冷轧轧机压下控制系统 篇6
通过对某机组长时间的厚度偏差规律的摸索和大量数据的分析, 发现厚度偏差主要出现在以下两个过程中, 这就为问题的定性提供了一个基本的方向。首先是轧机起停车阶段, 轧机的起停车情况主要发生在轧机换辊和发生事故时的非计划停车。由于机组当时处于调试阶段, 设备故障率比较高, 轧机起停车的次数和频率比较高, 在生产过程中, 通过轧机出口测厚仪监控发现, 在轧机停车后再次启车时, 成品厚度波动比较大, 当成品厚度小于1 mm时, 厚度偏差范围在±80 um;当成品厚度大于1 mm小于1.5 mm时, 厚度偏差范围在±120 um;当成品厚度大于1.5 mm时, 厚度偏差范围在±150 um;其次是轧机加减速阶段。轧机的加减速主要包括轧机过焊缝时的升降速和酸洗段出现异常情况降速时, 轧机随之降速。在生产过程中观察发现, 在轧机加减速阶段, 轧机出口成品带钢的厚度波动也比较大, 当成品厚度小于1 mm时, 厚度偏差范围在±10 um;当成品厚度大于1 mm小于1.5 mm时, 厚度偏差范围在±14 um;当成品厚度大于1.5 mm时, 厚度偏差范围在±20 um;虽然在轧机加减速阶段, 厚度波动没有超出公差允许范围, 但是对于通板目标厚度命中率, 特别是对焊丝钢等对厚度精度要求比较高的板材影响比较大, 对产品厚度精度控制有很大影响。
通过以上数据摸索与总结, 轧机厚度控制和张力控制是解决厚度波动的突破口。现阶段此类轧机通用的厚度控制方法就是AGC液压辊缝控制以及精确的带钢张力控制。而经典的AGC控制包括监控AGC、前馈A G C以及秒流量A G C。监控A G C是利用轧机某一机架后设置的测厚仪测量得到的厚度数据与目标厚度进行对比, 得到的偏差用于计算轧机辊缝的补偿量, 以达到减小厚度偏差, 保证厚度精度, 这种方式属于反馈调节方式;前馈AGC是利用轧机某一机架前设置的测厚仪测量得到的厚度数据与目标厚度进行对比, 提前计算出本机架的辊缝补偿量, 已达到纠正厚度偏差的目的, 这种方法属于预防调节方式, 能够预先对厚度进行调节;秒流量AGC则是根据轧机前后带钢金属体积不变原理, 在不考虑带钢宽度的微小变化的前提下, 利用带钢在轧机前后速度反馈和厚度的反馈数据实时对机架辊缝进行补偿调节, 以实现本机架带钢厚度的精确控制。而轧机另外一项重要的控制功能就是带钢张力控制, 带钢的连续生产以及精确的厚度的控制都离不开机架间精确的张力控制, 而机架间的张力控制是通过调节轧机运行速度和轧机辊缝实现的, 精确的轧机速度调节和辊缝调节是保证张力稳定的基础。
为消除轧机产生的带钢厚度偏差, 通过对轧机控制系统中影响到带钢厚度控制的主要因素包括AGC自动厚度控制系统和TLC张力控制系统的分析和总结, 发现张力控制中的速度控制存在调节过快不稳定的现象, 同时速度补偿值会出现非正常的积累现象。可以通过对控制系统采取以下措施达到对张力控制的优化。
(1) 张力控制主要是速度控制和辊缝控制, 本机组通过数据分析发现个别机架速度调解过程中存在跟随不同步现象, 导致张力调节不稳, 此现象可通过调整轧机主传动速度环比例系数, 使各机架的响应速度和响应时间能够同步, 从而消除由于个别机架调节过快或者过慢导致的速度不匹配现象。
(2) 二、三、四机架TLC控制中增加了补偿清除功能。TLC张力控制中的TLC (S) 速度控制只在低速过程中使用, 当提速到设定值以上后会转换为TLC (G) 控制, 但原程序中当TLC (S) 速度转换为TLC (G) 辊缝控制后, TLC (S) 速度控制中的速度补偿值会被锁定到系统当中, 不被清除, 这时就会影响到TLC (G) 辊缝控制。现将程序中加了一个TLC (G) 辊缝控制连锁, 即当TLC (S) 速度转换为TLC (G) 辊缝控制后就将原速度补偿值清除, 而这个补偿值的清除是经过一个斜坡功能完成的, 并不是突然就将补偿值消除, 这就减小了参数切换过程中对系统的冲击性。经过本程序的完善和修改, 以及主传动的系数的修改, 现四、五机架间的张力反馈有了很大的改善。
通过完成以上的控制系统优化工作, 成品带钢的厚度控制精度得到了很大的提高, 极大的降低了厚度超差现象。
冷轧轧机的厚度控制属于高精度控制, 影响控制稳定的因素也很多, 除了上述所述的张力和速度因素外, 轧辊的粗糙度、硬度、温度、乳化液的浓度、温度还有设备的安装精度和轧制线等因素都是影响到厚度控制的因素, 当出现厚度控制不稳定的情况时, 要对多方面影响因素进行分析, 并对大量数据进行积累处理才有可能真正找到问题所在, 而往往找问题都是一个艰苦分析和不断验证的过程, 一项一项的排除各种影响因素才能最终确认问题原因, 并对症下药。
摘要：在冷轧产线中带钢厚度偏差是轧机厚度控制面临的一个主要问题, 是影响产品质量的重要因素, 而根据经验发现厚度偏差主要表现在带头带尾以及轧机提速和降速过程中。通过长时间对厚度偏差规律的摸索和总结, 重点要对轧机的速度控制和张力控制进行优化, 从而使带钢的厚度偏差问题得到很好的解决。
关键词：厚度偏差,张力控制,速度控制
参考文献
[1]孙一康.带钢冷连轧计算机控制[M].冶金工业出版社, 2002.
[2]孙一康, 童朝南, 彭开香.冷轧生产自动化技术[M].冶金工业出版社, 2006.
六辊铝冷轧机厚度控制系统介绍 篇7
关键词：铝冷轧机,M-AGC,MF-AGC,FF-AGC,MF-AGC,RE-AGC,MV-AGC
0 引言
我公司于2002年引进了一台六辊不可逆铝冷轧机,该冷轧机机械部分由三菱日立金属制造公司提供,电气部份由东芝GE公司提供。该轧机主要由以下控制系统构成:自动厚度控制系统、自动板形控制系统、恒张力控制系统、LEVEL-2系统、自动上卷、料卷传送等系统。
在此介绍其厚度控制系统。
1 目的
AGC的目的是为了得到高质量产品和稳定轧制。
AGC系统应该成功地在轧机速度变化、热弯曲的厚度和硬度变化、轧辊表面变化等等的状况下工作。
2 AGC系统
系统由如下5个功能组成:
1)M-AGC监视AGC;
2)FF-AGC 前馈AGC;
3)MF-AGC质量流AGC;
4)RE-AGC轧辊偏心AGC;
5)MV-AGC多变量AGC。
2.1 监控-AGC
图1为一个轧制通道M-AGC框图。M-AGC有两个功能,一个是M-AGC(G),主要操纵辊缝,另一个是M-AGC(T),主要操纵入口张力。M-AGC的输入,是通过测厚仪(出口测厚仪)测量得到的出口厚度偏差,M-AGC控制器计算辊缝修正值,使用PI(比例和积分)控制,并且M-AGC(T)计算入口张力修正值。
史密斯预测器补偿在轧机和测厚仪之间时间滞后,并且允许M-AGC提高它的响应。
2.2 FF-AGC(前馈AGC)
图2为一个轧制通道中的前馈AGC框图。前馈AGC的输入,是通过测厚仪(入口测厚仪)测量得到的入口厚度偏差,入口厚度偏差从测厚仪到轧机是滞后的,控制器计算辊缝修正值,使用辊缝对于出口厚度的影响系数。
2.3 MF-AGC(质量流AGC)
图3为一个在轧制通道中的质量流A G C框图。质量流AGC有两个控制功能,一个是质量流AGC(G)主要控制辊缝,另一个是质量流AGC(T)主要控制入口张力。
∆HX—入口测厚仪测得的入口侧厚度偏差∆S—辊缝修正值∆Ten—入口张力修正值GMF质量流AGC控制增益hREF出口目标厚度
质量流AGC的输入,是通过测厚仪(入口测厚仪)测量得到的入口厚度偏差,入口厚度偏差从入口测厚仪到轧机是滞后的,并且成为轧机入口厚度偏差。
控制器基于质量流常数估算出口厚度,使用轧机入口厚度偏差通过下述公式计算。质量流AGC(G)控制器计算辊缝修正值,使用PI(比例和积分)控制,并且质量流AGC(T)入口张力修正值。
公式:H1V1=H2V2
H2—轧机出口侧的质量流厚度值;
V1—激光测速仪测得的入口侧速度;
V2—激光测速仪测得的出口侧速度;
H1目标入口侧厚度。
2.4 RE-AGC(轧辊偏心AGC)
图4为用于轧机轧辊偏心AGC框图。
此控制减少在轧机运行时轧辊偏心的影响。
由测厚仪测得的厚度误差与相适应的转动角度输入到轧辊偏心AGC。
轧辊偏心AGC输出辊缝修正值基于重复控制方法。
2.5 MV-AGC(多变量AGC)
控制厚度与张力,是基于ILQ(逆二元线性)的基础上设计的控制理论,是解决LQ(线性二元)最佳控制逆向问题的一个方法。在轧机稳定轧制状态方程能与模型联立方程一起被描述。
3 测厚仪
其厚度控制系统所采用的两台测厚仪均为东芝7311系列其主要性能指标如下:
1)测量范围
0.1～8.0 mm(相当于0.095～16.0 mm的纯铝)纯铝厚度=设定厚度×(1+厚度补偿/100)
2)精度
下列基于电离放射测量系统的IEC 769的测试方法并带用于厚度测量的模拟或数字信号处理。
(1)精度
式中:reproducibility-重复性;noise-噪声;Linearity-线性。
这个精度是当使用精度测试标样和系统离线时的精度。
测量气隙:300mm,时间常数:10ms。
(2)线性
自从这测厚仪取相关的尺寸,校正线性是不适用的,且使用偏差线性。
设定厚度的±0.12%或±0.06µm,无论哪一个大。(2σ)
(3)测量重复性
设定厚度的±0.06%或±0.06µm,无论哪一个大。(2σ)
(4)辐射噪声
设定厚度的±0.12%或±0.12µm,无论哪一个大。(2σ)
(5)漂移
±(测量厚度的0.2%+0.5µm)在8小时内。
测量头:冷却水温度变化最大不超过±3℃,环境温度变化最大不超过±5℃,并且空气密度不变。
设备柜和驱动控制箱:环境温度变化最大不超过±5℃。
4 结束语
测厚控制系统在莱钢冷轧机的应用 篇8
测厚仪在轧钢厚度控制系统中起着非常重要的反馈作用, 它的测量精度直接影响产品的质量。 测厚仪采用X射线非接触式测量板材厚度, 这种测量方法可以实现连续的实时在线测量, 并且可与整个厚控系统接口, 实现对板材的厚度控制。
2 冷轧厚度控制系统
厚度自动控制是轧机在轧制过程中通过动态微调使带钢纵向厚度均匀的一种手段。在轧制过程中, 辊缝中的厚度无法直接测量, 目前采用金属秒流量的方法, 来提高产品厚度的测量精度。
莱钢冷轧测厚仪安装在轧机两侧距轧辊中心1.5~2m的位置, 由于测厚仪信号滞后时间长, 且随轧制速度不同而有所改变, 厚度控制调整周期长, 会降低系统控制性能, 因此, 添加AGC的前馈控制与反馈控制来消除测厚仪信号滞后对厚控系统造成的影响。
2.1 反馈AGC系统
反馈AGC主要用于消除出口厚差。 反馈AGC是根据轧制出口侧测厚仪测得的出口厚度偏差, 对液压压下辊缝进行修正, 使出口厚度达到目标值。
厚度偏差Δh与辊缝调节量ΔS1的对应关系为:
ΔS1=Δh (Km+M) /Km
即:
ΔS1=K1 (1+M/Km) Δh
式中, M为轧件的塑性刚度, 它表征使轧件产生单位压下量所需的轧制压力;Km为轧机刚度, 通常为500~600k N/mm;K1为待调系数, 用于模型的自适应功能。
当M, Km一定, (Km+M) /Km为常数, 故反馈AGC采用比例调节器。
由于测厚仪安装于距轧机一定距离的位置上, 是典型的纯滞后控制系统, 因此采用预估补偿器改善系统的动静态特性。 控制周期为:
t=L1/V
式中, L1为轧机到机后测厚仪的距离;V为带钢轧出速度。
反馈AGC控制原理如图1 所示。
注:h0为厚度给定值;h为实测厚度;Δh为厚度偏差;KP为放大系数;t为滞后时间;Δha为厚度干扰。
2.2 前馈AGC系统
前馈AGC系统根据轧制入口侧测厚仪测得的入口厚度偏差, 经过一定的延时后对辊缝进行修正, 以消除入口厚度变化对轧出厚度的影响。 延时时间是根据入口侧测速脉冲编码器的速度信号确定的。 测厚仪测得偏差 ΔH后存入前馈表 (延迟表) , 延时后, 系统前馈控制液压压下, 即给液压APC系统一个位置变化量SSET+ΔS2。
前馈AGC控制原理如图2 所示。
注:H0为厚度给定值;Hi为实测厚度;ΔH为厚度偏差;KP为放大系数;t为延时时间;ΔS2为辊缝调节量。
2.3 金属秒流量AGC系统
金属秒流量AGC系统控制原理如图3所示。根据轧制过程中流入轧机与流出轧机的带钢质量恒定的原理 (测量带材的入口速度V0和出口速度V1以及入口厚度h0, 则出口厚度偏差Δh就被确定) , 计算出正在轧制带材的厚度偏差, 据此对辊缝进行修正, 使轧机轧出的带材保持较好的一致性。流量法测厚具有可获得瞬时出口厚度的优点, 并提高了测厚的精度。变形区流量方程为:
所以:
式中, 带*号的为实测值, h0为设定值。根据上式可得变形区出口处的瞬时Δh1, 用Δh1进行反馈控制, 得:
ΔS3=K3Δh1 (Km+M) /Km
流量AGC提供了较其它AGC方式更为有效的厚度补偿方法, 如果与监控AGC、前馈AGC控制方式相配合将是最有效的厚度控制方案。
3 结语
测厚控制系统将测厚仪所测数据反馈到轧机控制系统中, 效果良好。 系统性能稳定可靠, 故障率极低, 完全满足生产需要。
参考文献
[1]孙一康.带钢热连轧的模型与控制[M].北京:冶金工业出版社, 2002