专题报告2 刘宏民-燕山大学-板形仪20120408

1、http:/http:/2012年4月8日燕山大学燕山大学 冷轧带钢板形检测和闭环控制冷轧带钢板形检测和闭环控制燕山大学 http:/22022-2-13一、研发背景一、研发背景 1. 1.市场背景市场背景 中国是钢铁大国，板带钢是最主要的钢材产品中国是钢铁大国，板带钢是最主要的钢材产品 冷轧带钢冷轧带钢高端带材产品高端带材产品l 机械性能好l 尺寸精度高l 板形精度高l 表面质量高应用：应用：汽汽 车车建建 筑筑家家 电电包包 装装优点：优点：燕山大学 http:/32022-2-13一、研发背景一、研发背景 2. 2. 技术背景技术背景：高级冷轧带钢的重要质量指标：高级冷轧带钢的重要质量指

2、标：冷带钢轧机核心技术、前沿技术、高端技术：冷带钢轧机核心技术、前沿技术、高端技术：在线检测带钢板形缺陷的板形仪：在线检测带钢板形缺陷的板形仪 ：板形在线检测的：板形在线检测的“眼睛眼睛” 轧制过程的高端测控系统轧制过程的高端测控系统：被瑞典、英国、德国垄断：被瑞典、英国、德国垄断 国内空白，全部进口国内空白，全部进口高精度板形高精度板形板板 形形 控控 制制板 形 控 制 关 键板 形 控 制 关 键板形仪板形仪制造现状制造现状世界级重大难题世界级重大难题燕山大学 http:/42022-2-13一、研发背景一、研发背景 满足带钢板形指标要求满足带钢板形指标要求 满足带钢表面质量要求满足带钢

3、表面质量要求 满足后续深加工的要求满足后续深加工的要求板形闭环控制板形闭环控制是显著是显著提高冷轧带钢产品板提高冷轧带钢产品板形质量、表面质量及形质量、表面质量及后续深加工质量的关后续深加工质量的关键技术键技术板形在线检测板形在线检测是实现是实现冷轧带钢板形闭环控冷轧带钢板形闭环控制的前提和基础制的前提和基础燕山大学 http:/52022-2-13一、研发背景一、研发背景 2. 2. 技术背景技术背景： 中低产品中低产品： 高级产品高级产品： 1000万元万元/套，维护、备件费用高套，维护、备件费用高 国外只供货，不提供技术，卡脖子国外只供货，不提供技术，卡脖子无板形仪，仅设定控制无板形仪，

4、仅设定控制有板形仪，闭环控制有板形仪，闭环控制进口板形仪进口板形仪 3. 3. 立项目的立项目的（1 1）自主创新，工业应用，顶替进口，打破垄断封锁，为国争气）自主创新，工业应用，顶替进口，打破垄断封锁，为国争气（2 2）提高板形控制技术水平，提高板形质量，生产高级冷轧带钢）提高板形控制技术水平，提高板形质量，生产高级冷轧带钢燕山大学 http:/62022-2-13二、总体方案二、总体方案-技术路线技术路线 1. 1. 板形检测系统板形检测系统板形检测辊板形检测辊集流装置集流装置DSPDSP信号处理装置信号处理装置工控机工控机板形检测软件板形检测软件燕山大学 http:/72022-2-13

5、二、总体方案二、总体方案技术路线技术路线 2. 2. 板形控制系统板形控制系统（1 1）预设定控制）预设定控制倾辊、弯辊、窜辊、冷却和辊型倾辊、弯辊、窜辊、冷却和辊型（2 2）前馈与反馈控制）前馈与反馈控制钢卷检测辊检测辊前馈反馈倾辊、弯辊分段冷却燕山大学 http:/82022-2-13三、关键技术三、关键技术 1. 1. 提出与国际上流行的分段式板形辊不同的结构形式提出与国际上流行的分段式板形辊不同的结构形式 研制整辊镶块式和整辊无缝式板形仪，避免划伤带钢研制整辊镶块式和整辊无缝式板形仪，避免划伤带钢瑞典瑞典ABBABB公司公司英国英国DAVYDAVY公司公司德国德国 SUNDWIGSUN

6、DWIG公司公司分段压磁式分段压磁式以以ABB公司检测辊为例公司检测辊为例，辊环热装于辊体芯轴，辊环热装于辊体芯轴上，分段式辊体结构，上，分段式辊体结构，辊环间因温差产生不同辊环间因温差产生不同热膨胀量，易划伤带钢热膨胀量，易划伤带钢表面，预压力变化较大表面，预压力变化较大。空气轴承式空气轴承式以英国以英国Davy公司空气轴公司空气轴承式检测辊为例，对工承式检测辊为例，对工作环境要求苛刻，需要作环境要求苛刻，需要纯净空气，维护和装配纯净空气，维护和装配困难，影响有效轧制时困难，影响有效轧制时间，增加维修费用。间，增加维修费用。整辊压电式整辊压电式以德国以德国Sundwig测力元测力元件件(压电

7、传感器压电传感器)沿辊体表沿辊体表面均匀交错布置，横向面均匀交错布置，横向间歇式测量板形信号，间歇式测量板形信号，不能同步反映带钢瞬时不能同步反映带钢瞬时板形，传感器极为昂贵。板形，传感器极为昂贵。燕山大学 http:/92022-2-13三、关键技术三、关键技术主辊体主辊体传感器传感器弹性块弹性块本项目方案本项目方案1 1：整辊镶块压磁式板形辊：整辊镶块压磁式板形辊 已应用于鞍钢已应用于鞍钢12501250轧机轧机燕山大学 http:/102022-2-13三、关键技术三、关键技术本项目方案本项目方案2 2：整辊无缝无线式板形辊，：整辊无缝无线式板形辊，20112011年完成样辊年完成样辊

8、在河钢衡板在河钢衡板10501050冷轧机上完成工业试验冷轧机上完成工业试验主辊体主辊体传感器组合件传感器组合件燕山大学 http:/112022-2-13三、关键技术三、关键技术 2. 2. 提出与国际上流行的干式集流环不同的信号传输方式提出与国际上流行的干式集流环不同的信号传输方式 研制喷淋湿式集流环和无线传输装置，提高精度寿命研制喷淋湿式集流环和无线传输装置，提高精度寿命湿式集流环内部结构示意图图方案方案1 1：喷淋湿式集流环，：喷淋湿式集流环，20082008年应用于鞍钢年应用于鞍钢12501250冷轧机冷轧机燕山大学 http:/122022-2-13三、关键技术三、关键技术方案方案

9、2 2：信号无线传输装置，：信号无线传输装置，20112011年应用于河钢年应用于河钢10501050冷轧机冷轧机检测通道检测通道线缆线缆电源耦合器电源耦合器无线传输无线传输DSPDSP信号处理电路板信号处理电路板集流装置集流装置芯轴固定芯轴固定辊体旋转辊体旋转燕山大学 http:/132022-2-133.3.提出与国际上流行的采集卡形式不同的信号处理方式提出与国际上流行的采集卡形式不同的信号处理方式 研制内嵌研制内嵌DSPDSP板形信号处理系统，提高抗干扰能力板形信号处理系统，提高抗干扰能力DSP数字ControllerWIFI信号发射端通道1通道2通道n-1通道nRAM霍尔组件锁相放大锁

10、相放大锁相放大锁相放大AD转换磁耦隔离ROM*预留光电隔离DSPDSP信号处理电路板信号处理电路板磁耦隔离板形检测软件系统工控机CAN接口 USB等标准接口三、关键技术三、关键技术WIFI信号接收端网卡创新点：1. 将DSP板形信号处理系统集成于集流装置内，利用无线技术实现原始板形信号的动态输出传输 2. 编写底层驱动程序和动态链接库文件，借用工控机网卡，实现板形数字信号的快速采集燕山大学 http:/142022-2-13三、关键技术三、关键技术基本功能：基本功能： 数字信号滤波数字信号滤波 通道异常处理通道异常处理 自动报警自动报警 板形显示板形显示高级功能：高级功能： 误差补偿误差补偿

11、模式识别模式识别 目标板形目标板形 闭环控制闭环控制 4. 4. 研发板形控制智能化软件系统，实现高精度控制研发板形控制智能化软件系统，实现高精度控制燕山大学 http:/152022-2-13三、关键技术三、关键技术综合补偿综合补偿Note: 综合补偿后的板形检测信号才能反映真实的在线带钢板形状况。综合补偿后的板形检测信号才能反映真实的在线带钢板形状况。燕山大学 http:/162022-2-13三、关键技术三、关键技术板形基本模式作用：分解各次板形分量，为制定控制方案提供依据实测板形分解倾辊弯辊横移分段冷却燕山大学 http:/172022-2-13三、关键技术创新三、关键技术创新作用：为

12、板形闭环控制提供目标目标板形检测板形Note1: 目标曲线也叫标准曲线或参考曲线，是板形控制的目标，直接影响带钢板形控制稳定性和成品板形质量。目标曲线也叫标准曲线或参考曲线，是板形控制的目标，直接影响带钢板形控制稳定性和成品板形质量。Note2: 采用失稳判别法制定目标曲线，判断板形是否失稳，综合控制板凸度和板形，考虑综合因素影响，通用性采用失稳判别法制定目标曲线，判断板形是否失稳，综合控制板凸度和板形，考虑综合因素影响，通用性强。强。燕山大学 http:/182022-2-133214342413332312322211312114321aaaccccccccccccxxxx板形偏差控制矩阵

13、方程执行机构调节量+_板形模式识别出口板形板形仪轧机目标板形板形闭环控制原理图 调节量板形偏差三、关键技术创新三、关键技术创新矩阵控制板形仪入口板形预报出口板形燕山大学 http:/192022-2-13三、关键技术创新三、关键技术创新板形调整执行机构板形闭环控制系统燕山大学 http:/202022-2-13三、关键技术创新三、关键技术创新板形检测和闭环控制系统界面燕山大学 http:/212022-2-13四、工程应用典型案例四、工程应用典型案例1250mm轧机主要技术参数轧机主要技术参数厚度: 0.21.0mm宽度: 8001200mm卷材内径:610mm卷材外径:11002000mm最

14、大卷重:25t最大轧制压力: 18000kN 最大轧制速度:1200m/min卷取张力: 7140kN工作辊:420/3701250mm中间辊:470/4301310mm工作辊弯辊：-220435kN中间辊弯辊：800kN中间辊横移：275mm燕山大学 http:/222022-2-13四、工程应用典型案例四、工程应用典型案例燕山大学 http:/232022-2-13四、工程应用典型案例四、工程应用典型案例板形测量值实时采集数据板形测量值实时采集数据 实际应用效果：实际应用效果：带宽带宽993 mm993 mm，出口厚度，出口厚度0.5mm0.5mm，压下率压下率21.3%21.3%，钢种，

15、钢种ST12ST12，第第5 5道次板形控制实际数据。道次板形控制实际数据。 板形辊各个测量段测量板形辊各个测量段测量值稳定，无突变、无异常，值稳定，无突变、无异常，检测精度为检测精度为-0.5I-0.5I0.5I0.5I。 板形辊测量值换算成总板形辊测量值换算成总张力与张力测量辊测量值偏张力与张力测量辊测量值偏差小于差小于3%3%，说明板形辊测量，说明板形辊测量精度可靠。精度可靠。燕山大学 http:/242022-2-13四、工程应用典型案例四、工程应用典型案例冷轧带钢在线板形实测值冷轧带钢在线板形实测值 板形闭环控制投板形闭环控制投入后，沿带钢长度方入后，沿带钢长度方向的板形统计值：向的

16、板形统计值： 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燕山大学 http:/252022-2-13四、工程应用典型案例四、工程应用典型案例带宽带宽1045mm1045mm，出口厚度，出口厚度为为0.18mm0.18mm，压下率为，压下率为18.6%18.6%，钢种为钢种为ST12ST12，成品第五道次，成品第五道次板形控制实际数据。板形控制实际数据。板形测量系统和控制系板形测量系统和控制系统运行稳定，带钢平直度质统运行稳定，带钢平直度质量平均为量平均为6.7I6.7I，国际先进指，国际先进指标为标为10I10I

17、。控制系统适用于超薄冷控制系统适用于超薄冷轧产品的板形质量控制要求。轧产品的板形质量控制要求。TM燕山大学 http:/262022-2-13四、工程应用典型案例四、工程应用典型案例西门子对宝钢西门子对宝钢14201420冷轧机板形保证值冷轧机板形保证值三菱对宝钢三菱对宝钢12201220冷轧机板形保证值冷轧机板形保证值带钢厚度带钢宽度平直度（I）(mm)(mm)V300m/mV=常数V在加减速V在150300m/m0.23880 10 20 250.230.5880- 1050 8 16 200.51050-1230 6 12 15带钢厚度(mm)平直度( I )V300m/minV=常数V

18、在加减速V在150300m/min0.41020250.40.6918230.681620上述平直度值均不适用于轧制出口速度在上述平直度值均不适用于轧制出口速度在150m/min150m/min以下的情况以下的情况鞍钢鞍钢12501250冷轧机板形保证值冷轧机板形保证值带钢厚度(mm)平直度( I )V150m/minV=常数V在加减速V在70150m/min0.3818220.30.5714200.561015不适用于轧制出口速度在不适用于轧制出口速度在70m/min70m/min以下的情况以下的情况西门子系统西门子系统自主板形系统自主板形系统燕山大学 http:/272022-2-13五、国内外技术指标对比五、国内外技术指标对比鞍钢鞍钢12501250轧机板形仪及闭环控制系统国内外技术水平对比轧机板形仪及闭环控制系统国内外技术水平对比注注* *：国际先进水平：国际先进水平瑞典瑞典ABBABB公司分段压磁式板形仪公司分段压磁式板形仪 英国英国DAVYDAV