带材板形的自动控制

带材板形的自动控制第一页，共四十二页，2022年，8月28日一、板形的概念在直观上是指板带材的平直度，即浪形、瓢曲、翘曲、折皱或旁弯等板形缺陷的程度，其实质是指带钢内部残余应力分布状况，即轧件在宽度方向变形的均匀程度。二、板形缺陷常见种类有：浪形、瓢曲、翘曲、折皱或旁弯等。第二页，共四十二页，2022年，8月28日三、板形控制系统的类型板形闭环控制系统板形开环控制系统板形复合控制系统板形闭环控制系统（1）控制原理：通过板形仪及其信号处理装置获取实际板形信号，计算实际板形与目标板形的偏差，经板形控制计算机处理后，将调节信号送到板形调节机构，由板形调节机构对带钢进行在线调节，使带钢板形得以纠正。第三页，共四十二页，2022年，8月28日（2）组成——三部分，即板形检测装置、控制系统和板形调节系统（执行机构）板形检测装置——板形仪——形状针：获取实际板形信号。控制系统：由比较环节、板形控制计算机等构成⇒输出调节控制信号给板形调节系统板形调节系统——执行机构：启动、调节、控制板形第四页，共四十二页，2022年，8月28日

由于板形控制的实质是对承载辊缝的控制，因此通过调节有载辊缝的形状，使其与来料断面形状保持一致，满足均匀变形条件，使板形平直⇒

凡是可以改变有载辊缝的形状的轧机部件、装置或工艺参数，均可作为调节板形的执行机构。第五页，共四十二页，2022年，8月28日

把轧机上的部件或装置作为执行机构，常用的有：液压弯辊装置双阶梯支撑辊大凸度支撑辊变接触长度支撑辊技术压下装置轧辊冷却系统张力卷取机中间辊可轴向移动的辊系结构：HC系列等轧辊凸度可变的辊系：CVC、VC、DSR轧辊交叉辊系：PC第六页，共四十二页，2022年，8月28日2.板形开环控制系统（1）控制原理：依据轧机参数和原始轧制条件，用理论计算方法或统计方法预测出各执行机构的最佳参数，并把它作为预设定模型，由计算机进行在线控制。（2）特点：执行机构一旦设定完毕，在轧制过程中一般是不随实际轧出带钢的板形好坏加以调节。第七页，共四十二页，2022年，8月28日5.2带钢板形控制的基本理论一、板形缺陷的表示方法波形表示法相对长度差表示法张力差表示法向量表示法带钢断面形状的多项式表示法

第八页，共四十二页，2022年，8月28日二、带钢平直条件

⇒

板形良好条件第九页，共四十二页，2022年，8月28日三、影响有载辊缝因素

轧辊的弹性弯曲轧辊的弹性压扁轧辊的热膨胀轧辊的磨损轧辊的辊型设计——原始凸度的设计第十页，共四十二页，2022年，8月28日四、板形的改善（控制）方法工艺上：（1）方法：采用设定初始辊缝形状、改变轧制规程（变弯矩控制法）、调整张力分布以及调整轧辊热凸度等。（2）特点：响应速度慢不能实现在线的即时控制对异常板断面（如局部高度）等缺陷无法控制第十一页，共四十二页，2022年，8月28日2.设备上：——前已述液压弯辊装置双阶梯支撑辊大凸度支撑辊变接触长度支撑辊技术压下装置轧辊冷却系统张力卷取机中间辊可轴向移动的辊系结构：HC系列轧辊凸度可变的辊系：CVC、VC、DSR轧辊交叉辊系：PC第十二页，共四十二页，2022年，8月28日

从种种板形控制手段来看，目前各种板形控制技术主要遵循两种技术思路：增大有载辊缝凸度可调节范围增大有载辊缝的横向刚度，减少轧制对辊缝凸度的影响第十三页，共四十二页，2022年，8月28日五、板形检测技术与控制带钢板形检测：由检测设备根据检测内容获取被测带钢的实际板形曲线（1）检测设备的类型有：有接触式、非接触（2）检测内容分：①

测量带钢平直度(纤维长度)，以检测带钢的显性板形②检测带钢横向张应力的分布，以检测带钢的隐性板形

第十四页，共四十二页，2022年，8月28日实际检测时：热轧带钢的板形检测仪要求在高温、潮湿的恶劣环境中工作，且热轧带钢是在无（或小）张力下轧制，故采用非接触式的板形检测仪，以测量带钢的各纤维长度，检测出其显性板形的好坏。最常见的是激光板形检测仪，采用非接触激光测距，直接检测带钢的显性板形即可。第十五页，共四十二页，2022年，8月28日冷轧带钢一般采用大张力轧制，而掩盖了实际的板形缺陷。因此要求板形仪必须能够检测出带钢的隐性板形，即精确地检测带钢内部张应力分布，才能及时通过轧机自动控制系统进行板形调整，从而保证实际板形的良好。冷轧板形检测采用最多的是瑞典ABB公司的分段接触式板形辊。目前西门子公司于20世纪末开发出一种采用电涡流传感器检测的SI-FLAT非接触式板形仪，并已在冷轧机上得到了成功的应用，应用前景广阔第十六页，共四十二页，2022年，8月28日2.板形目标曲线的确定（1）概念板形目标曲线：指板形控制系统调节带钢板形(由板形仪测得的前张应力)应达到的目标。板形目标曲线代表了生产者所期望的实物板形质量，其研究过程经历了三个发展阶段。

第十七页，共四十二页，2022年，8月28日

由于来料情况不同，或是根据客户的需要，或是根据生产的实际情况，如裂边、浪形、楔形等，可选择不同的目标曲线组织生产。板形仪一般可以存贮近50条目标曲线，供操作人员选择。目标曲线的选用可分为两个参数：形状，即目标曲线号幅值，即曲线正负值的大小。第十八页，共四十二页，2022年，8月28日3.板形调控机构的设定计算（1）概念设定计算：利用数学模型计算出板形调控机构各相关的调节量，并输出到执行机构的过程。设定计算的正确与否将直接影响到带钢板形质量和轧制稳定性。第十九页，共四十二页，2022年，8月28日（2）设定计算的给定方法手动给定：凭经验给定计算给定：按数学模型计算给定，包括统计法、表格法、解析法和数值法4种。（3）设定计算的控制策略：根据板形调控手段的数量和各自特点，确定设定计算调节的先后顺序或称优先权，以及计算初值和极限值如何选取。第二十页，共四十二页，2022年，8月28日①优先权选择原则——以保证动态调节的速度和效率为前提按照响应慢的、灵敏度小的、轧制过程中不可动态调节的调控手段先调。轧制过程中对在带材走行过程中不能调节的手段先调

在板形调控手段中，CVC横移属于响应慢的、灵敏度小的一类；工作辊弯辊属于响应快、灵敏度高的一类；中间辊弯辊介于二者之间；PC角属于动态不可调的一类。第二十一页，共四十二页，2022年，8月28日②设定计算的基本过程：根据各调控手段的优先权，按照选定的初值，具有高优先权的先进行计算，对辊缝凸度进行调节，当调节量达到极限值时，辊缝凸度尚未达到要求且还有控制手段可调时，剩余的偏差则由具有次优先权的调控手段进行调节，依次类推，直到辊缝凸度达到要求或再没有调控手段可调为止。第二十二页，共四十二页，2022年，8月28日4.板形自动控制的实现实际板形测量曲线减去目标曲线之差即为板形偏差，板形偏差用于板形控制部分，根据板形偏差的大小来改变轧机板形执行机构的调整量及乳化液冷却喷淋量，调节轧机有载辊缝形状，使实测板形趋近于目标曲线，而达到板形控制的目的。

eg.某六辊冷轧机的板形控制系统

第二十三页，共四十二页，2022年，8月28日5.3带钢板形前馈（开环）控制

一、功能应用前提：在实际轧制时，由于：①轧件在其不同位置其厚度总有一定的偏差，为保证出口带材的厚度恒定而启动厚度自动控制系统⇒P波动⇒轧辊弹性变形变化⇒辊缝形状变化⇒影响带材的板形②热轧来料的温度在不同的位置有一定的偏差⇒轧辊的热凸度波动⇒辊缝形状变化⇒影响到带材的板形第二十四页，共四十二页，2022年，8月28日2.功能：设定最佳参数，通过对轧制工艺参数的实时测量而相应建立的板形控制系统，即为板形前馈控制，该系统主动干预板形控制，提高板形控制的精度水平和响应速度，以提高带钢的实际板形。板形前馈控制时，热轧的工艺参数主要包括轧制力和带钢初始温度（影响轧辊热凸度），而对于冷轧来说，主要是轧制力。第二十五页，共四十二页，2022年，8月28日二、热轧的温度和轧制力前馈控制调控方式现代热连轧机调节板形的手段有弯辊、窜辊、轧辊交叉等多种，但在一根带材的轧制过程中可以动态调节板形的手段一般只有弯辊，因此热轧前馈控制的输出量一般是弯辊力的变化值。第二十六页，共四十二页，2022年，8月28日2.前馈控制量的计算：即弯辊力调节量的计算思路：热轧时，在热凸度、弹性弯曲及弯辊力作用下，带材凸度的变化量为：而板形前馈控制的目的是在轧制力和热凸度变化时带材凸度不发生变化，则有ΔC=0⇒弯辊力的调节量为

第二十七页，共四十二页，2022年，8月28日三、冷轧的轧制力前馈控制调控方式：压下系统、张力、弯辊、窜辊、轧辊交叉等多种。前馈控制量的计算：思路：采用与设定计算相类似的方法。首先用最小二乘拟合法得到板形调控手段对轧制力变化的前馈调节比例系数αF

，即第二十八页，共四十二页，2022年，8月28日其次依轧制力变化的大小计算各控制手段的前馈控制量ΔF=αF×ΔP×g

，再根据各调控手段的补偿优先次序进行剩余偏差的调节。第二十九页，共四十二页，2022年，8月28日5.4带钢板形反馈控制一、闭环反馈控制的功能板形闭环反馈控制的目的是为了消除板形实测值与板形目标曲线之间的偏差。该控制系统包含了板形测量装置、控制器和执行机构。投入闭环反馈控制的前提条件是有准确的板形实测信号，而控制器是板形控制的重要组成部分，其控制精度，直接影响到实物板形的质量。第三十页，共四十二页，2022年，8月28日热连轧机的闭环反馈控制，主要是根据精轧出口处的板形测量仪的实测结果，反馈调整最后一个或几个机架的弯辊力，达到保证带钢平直的目的。冷连轧机的闭环反馈控制，一般在最末机架安装板形测量辊，与最末机架形成闭环反馈。有的轧机在第一机架也装有板形测量辊和闭环反馈系统。第三十一页，共四十二页，2022年，8月28日二、反馈控制策略：根据板形调控手段的数量和各自特点，确定对于这些板形调控手段如何分配板形偏差。反馈控制策略总体上可以分为两大类，即接力方式与分配方式。接力方式：确定控制层次及优先调节权。分配方式：分配板形偏差，并计算各个调控手段的调节量。第三十二页，共四十二页，2022年，8月28日1.接力方式（1）接力方式思路：首先确定控制层次，一般分为一次偏差、二次偏差和高次偏差控制3个层次。在每个控制层次之中，如果有不止一个调控手段，则根据各调控手段的优先权，对具有高优先权的先进行调节。第三十三页，共四十二页，2022年，8月28日（2）优先权的选择原则：控制层次的选择：第一层次：倾斜第二层次：工作辊弯辊、中间辊弯辊、CVC横移第三层次：分区冷却。同一层次中各调控手段优先权的选取，按照响应快的、灵敏度大的调控手段先调的原则。⇐与设定计算时的原则正好相反，以保证控制的响应速度第三十四页，共四十二页，2022年，8月28日（3）接力方式的具体过程：首先计算实测板形与板形目标曲线之间的偏差。通过在板形偏差和各控制手段的调节效果之间作最小二乘拟合，确定各控制手段的调节量。本层次调节量计算循环结束后，按接力控制的顺序开始计算下一个控制层次的调节量，此时板形偏差需作更新，即要从原有值中减去可由上次计算中得出的调节量消除的部分，并在新的板形偏差的基础上进行下一层次调节量的计算。第三十五页，共四十二页，2022年，8月28日在同一控制层次之中，如果有两种或两种以上的板形调控手段的效果相似，在按照优先权的顺序只调节一种。当高优先权的调节量达到极限值，但板形偏差仍没有到达要求且还有控制手段可调时，剩下的偏差则由具有次优先权的调控手段进行调节，以此类推，直至板形偏差到达要求或再没有调控手段可调为止。在所有控制手段的调节量计算业已完毕后，进行调节量输出。第三十六页，共四十二页，2022年，8月28日（4）接力方式的特点：类似于数据传输里的串行方式。2.分配方式（1）内容：按照某种分配方式将板形偏差分配到各个调控手段上分别计算各个调控手段的调节量。如果有两种或两种以上的板形调控手段的效果相似，在控制时各个调控手段仍可同时动作。第三十七页，共四十二页，2022年，8月28日（2）特点：类似于数据传输里的并行方