材料成形过程自动化课件

材料成形过程自动化

第1章绪论

1.1材料成形过程自动化的重要性和必要性1.2本课程的核心内容和特点1.3如何学好本课程1.4解决问题示例1.5中厚板工程介绍1.1金属塑形加工学-轧制理论与工艺大力开发高精度轧制技术；（高精度化）以物理冶金理论为基础，加强控制轧制和控制冷却研究和应用，提高产品的冶金质量，扩大品种；（组织和性能）大力推广连铸连轧工艺及短流程轧制技术；（新工艺）轧制过程连续化的新进展-无头轧制技术；（连续化）采用柔性化的轧制技术；（自由化）轧制过程的自动控制和智能控制；深加工现代轧制工艺技术的特点和发展趋势：1.1本学科（材料成型与控制工程）特点以材料加工力学、金属学、摩擦学为理论基础，轧制工艺学；轧制过程赋予金属一定的尺寸和形状；精确化（高精度化）、高速化、连续化，与自动化学科的结合；轧制过程赋予金属一定的组织和性能；控制轧制和控制冷却；温度（加热冷却）、变形、组织（演变）、性能；与材料学科的结合；1.1本课程的重要性和必要性本课程历史沿革授课年级第学期课程名称学时类型“检测技术”200097级7压力加工自动化32考查单独200198级6成形过程控制及自动化40考试单独200299级7材料成形过程自动化60考试并入1.1本课程的重要性和必要性工艺技术人员为什么要学习自动化知识？材料成形过程更加连续化、高速化、大型化、自动化；用户对产品质量要求更高、更苛刻；过程和控制、工艺和自动化联系越来越紧密；强烈需要复合型人才掌握复合型知识和技术；1.2本课程的核心内容和特点工艺：材料成形理论与工艺（型、棒线，板、带，管），控制轧制与控制冷却，金属学与热处理设备：机械设备（轧机辊道等），动力设备（电力拖动和液压传动），加热和冷却设备自动化：关键工艺参数和工艺过程的控制，以保证工艺路线的实现；1.2本课程的核心内容和特点需要解决问题：效益，品种，质量，成本，产量品种是有无的问题质量是好坏的问题成本是盈亏的问题产量是快慢的问题效益是最终的问题工艺是龙头，设备是基础，自动化是保证；1.2本课程的核心内容和特点检测技术驱动：液压和电气传动（位置/压力）关键工艺参数和工艺过程的控制厚度、张力、温度、宽度、板凸度和平直度（板形）、平面形状、侧弯、头部翘曲；1.3如何学好本课程正确认识，多学习专业相关知识抓住核心，工艺-设备-自动化相结合听课和阅读相结合，多看书和文献与教师密切配合，多思考多问1.4示例1-中厚板平面形状控制工艺问题提出：中厚板轧制过程通常采用固定尺寸的坯料生产不同宽度和不同厚度的钢板，通常采用纵-横-纵或横-纵轧制方式，由于钢板头尾与中部在轧辊中的流动不一致，成品形状并不是矩形。为提高成材率，减少切损，能否实现产品近矩形化？成材率损失组成1.4示例1-中厚板平面形状控制不同的展宽和延伸得到钢板最终形状不同，平面形状控制是使最终产品矩形化，减小轧件的切头尾和切边损失，从而提高成材率的有效方法。基本思想：对轧制终了的钢板平面形状进行定量预测，依据“体积不变原理”换算后，在成形阶段和展宽阶段最末道次上进行厚度调整，改善最终的矩形度。1.4示例1-中厚板平面形状控制1.4示例1-中厚板平面形状控制实现以上功能的控制要点：根据不同产品的展宽比和延伸比计算板坯的带载压下形状（数学模型）根据轧制速度校核轧机液压缸带载压下速度是否满足要求（设备条件，在1m/s轧制速度下，液压压下速度>20mm/s）平面形状控制模型计算结果设定（与基础自动化系统通讯）钢板在辊缝中的微跟踪精度，要求液压缸压下与抬起对称；液压缸位置控制系统的动态特性（基础自动化系统控制算法，设定与反馈跟随情况）1.4示例1-中厚板平面形状控制仅头尾形状控制一项可提高成材率1%以上，按中厚板厂年产120万吨计算，可直接带来1.2万吨的效益。液压缸油柱跟随情况1.4示例2-钢板头部翘曲控制问题提出：钢板咬入时由于一些不稳定因素的影响，常常发生头部上翘或下扣的情况，上翘过大会损伤轧机、影响冷却和矫直；下扣过大会损害辊道寿命，常见的影响因素包括：钢板上下表面温度差异下工作辊标高与轧制中心线不一致上下辊尺寸不一致其它设备因素等实际生产过程要求钢板头部最佳状态为微翘头，如何做到？1.4示例2-钢板头部翘曲控制控制手段：钢板的头部弯曲状态可以通过咬钢时对上下工作辊的转速进行控制，即“雪橇轧制”，但首先要找到上下辊速差与头部弯曲之间的关系。1.4示例2-钢板头部翘曲控制利用有限元软件进行数值模拟：初始条件：入口厚度：10mm-150mm压下率：5%-30%上下辊速差：1.0-1.2模拟结果：轧出1m处头部高度1.4示例2-钢板头部翘曲控制对数值模拟计算的离散化结果进行拟合处理，可采用多种方法，下图为利用模糊神经网络训练，建立输入与输出之间的关系。H=20mmH=40mm1.4示例2-钢板头部翘曲控制通过对钢板头部弯曲的人工反馈和所需的设定值，在拟合的关系中找到所需的辊速差设定，输出至主电机实现头部弯曲的雪橇控制。1.4示例2-钢板头部翘曲控制实现以上功能的控制要点：拟合得到上下辊速差与钢板头部弯曲之间关系（数学模型）上下辊主电机否满足雪橇控制要求（设备条件，电流不能超过限幅）根据头部弯曲反馈计算辊速差设定（通讯传递数据）咬钢时控制主电机转速，实现“雪橇”控制（基础自动化系统实现）1.5中厚板工程介绍-首钢3340mm

时间：1998年，99年10月12－21日，中修10日，恢复生产项目：首钢中板厂3340mm精轧机液压AGC的改造项目

技术特点：投资较少，多项专有技术，产品精度达到国内领先水平成果：2001年中国冶金科学技术二等奖和2002年北京市科技进步二等奖1.5中厚板工程介绍-首钢3500mm时间：2000年，2001年，2002年10月10日－2003年1月14日，98天项目：首钢3500mm中厚板四辊精轧机液压AGC及控轧、控冷自动化控制系统

国家十五攻关项目：首钢3500mm中厚板轧机核心轧制技术和关键设备研制背景：当时国内共有27套中厚板轧机，除酒泉钢厂一套为全部引进外，其余26套大多是60～70年代的水平；装备水平低：轧制力小，无法实现控制轧制；无轧后冷却系统，无法实现控制冷却；自动化程度低：不能实现全过程控制；产品质量差：无论从产品的尺寸公差还是品种质量，均远远不能满足国民经济发展的需要；通过引进、消化、吸收、改造，已经积累了相当的技术和经验；国家从行业的全局出发，从具备的条件和国家发展需要出发，决定支持中厚板轧机核心轧制技术和关键设备研制的国产化1.5中厚板工程介绍-首钢3500mm首钢3500装备的中国之最液压缸：直径1450mm压下速度29mm/s牌坊单侧重325吨高度：13.320m7000kW×2交流调速轧制力：70400kN轧机刚度：10700kN/mm最完备的控制冷却系统1.5中厚板工程介绍-首钢3500mm2004年冶金科学技术奖一等奖

2005年国家科技进步奖二等奖1.5中厚板工程介绍-唐钢3500mm轧机1.5中厚板工程介绍南钢中板技术改造工程2500四辊精轧机液压AGC及控轧、控冷自动化控制系统，2001营口中板厂技术改造工程四辊精轧机液压AGC系统，2002河北文丰3000mm中厚板精轧机液压AGC和轧后冷却控制系统，2004河北普阳钢铁有限公司3500mm中厚板轧钢工程HAGC系统，2006邯郸钢铁股份有限公司3500mm中厚板工程HAGC控制系统，2006唐山中厚板材有限公司3500mm中厚板轧钢生产线自动化控制系统，2006河北敬业集团3000mm中厚板轧线自动化控制系统，2007福建三钢3000mm中板轧钢工程自动化控制系统，2007江阴长达2800mm中板轧机HAGC控制系统，2007重钢集团环保搬迁4100mm宽厚板工程AGC、AWC、过程自动化系统，2007武钢热轧总厂中厚轧板分厂技术改造工程主轧线自动化系统，2010首秦4300mm中厚板轧机二级模型控制技术开发，2012福建三钢3000mm中板平面形状控制和自动化系统技术开发，2013唐山中厚板双机架AGC系统及平面形状开发，20151.5中厚板工程介绍-控制系统分级计算机技术和网络技术的发展，使自动化控制系统规模更大、应用更广；包括控制自动化和管理自动化；一般分为4级，目前尚无绝对的一定的分级标准，根据行业不同、企业规模不同以及管理者的管理理念不同，系统分级并不统一。分级控制特点4—企业资源计划（ERP）3—制造执行系统（MES）2—过程控制级（PCS）1—基础自动化级（BA）0—检测驱动级1.5中厚板工程介绍-控制系统分级具体内容4ERP全称EnterpriseResourcesPlanning，即企业资源计划，其核心内容是计划（Planning）。

3MES制造执行系统（ManufacturingExecutionSystemAssociation）生产控制级（区域管理）：各工序之间的生产协调、物流管理、坯料和成品库的管理等；2过程控制级PCS：核心是基于模型的设定计算，围绕这个核心包括初始数据输入、跟踪、模型优化和自适应等；1基础自动化级：PLC和DCS系统，逻辑顺序和闭环控制系统；0检测驱动级：现场各种信号的检测和各种信号的执行；第2章材料成形过程计算机控制系统2.1控制系统的组成2.2控制系统的基本要求2.3控制系统的分级和基本原理2.4系统功能简介2.1控制系统的组成涵盖内容：被控对象（传递函数常微分方程高阶）被控量检测环节执行变量、干扰量给定值比较环节控制器、调节器

自动控制系统基本包括以下几个部分：被控对象、被控量、干扰量、检测环节、给定量、比较环节、控制器。给定环节、检测环节、比较环节、调节器和执行结构组合在一起，构成控制系统，目的是对被动量进行控制。2.1控制系统的组成系统微分方程描述m左右皆作傅立叶变换就得到其频响函数将二阶系统系统传递函数2.2控制系统的基本要求1、稳定性2、快速响应性3、稳态静差2.2控制系统的基本要求经典控制理论在复域（特别是频域）内利用传递函数（或频率特性）来研究与解决－单输入单输出，线性、定常系统的稳定性、响应快速性与响应准确性问题；常微分方程描述的对象特性；

闭环反馈动态2.2控制系统的基本要求现代控制理论主要是在时域内利用状态空间分析和综合的方法来研究与解决－多输入多输出系统的最优化控制问题；高阶常微分方程转化为一阶微分方程组，用以描述系统的动态过程，即状态空间法。可以解决多输入多输出问题，系统既可以是线性的、定常的，也可以是非线性的、时变的。2.2控制系统的基本要求智能控制理论研究和模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研制具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统；为了解决精确性与复杂性的矛盾，出现了模糊数学和模糊理论；人具有运用模糊概念的能力，人脑的重要特点就是能对模糊事物进行识别和判决。2.2控制系统的基本要求控制分类：反馈控制最优控制随机控制，或称为试探控制，对于一个可能性空间很大的控制对象，只要选择速度快，可采用随机控制自适应控制，能修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化自组织（自学习）控制，根据环境变化和运行经验来改变自身结构和行为参数进行控制

智能控制2.3控制系统的分级和基本原理4企业资源计划（ERP）..公司级3制造执行系统（MES）..车间（厂）级2过程控制级（PCS）..生产线1基础自动化级（BA）..设备0检测驱动级2.3控制系统的分级和基本原理4ERP企业资源计划(EnterpriseResourcesPlanning)

四级系统(L4级)，企业资源计划系统(ERP)是整合企业管理理念、业务流程、基础数据、人力物力、计算机硬件和软件于一体的企业资源管理系统;主要实现销售与分销售、物料管理、生产计划管理、财务管理、成本控制、质量管理、设备管理、人力资源管理，以及企业生产经营各项数据、指标的统计分析。2.3控制系统的分级和基本原理3MES制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem)位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统。MES为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等方面）的当前状态信息。

MES能通过信息传递，对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理。当工厂里面有实时事件发生时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。2.3控制系统的分级和基本原理三级系统(L3级)，制造执行系统(MES)属于生产车间级的管理信息系统，是生产与计划之间的信息“集线器”，是四级企业资源计划系统和二级过程自动化控制系统之间的“中间处理器”。主要实现原料管理、生产订单处理、工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和生产实绩数据采集。一般由区域管理计算机系统完成在线作业计划和生产调度管理、质量跟踪控制等功能。3MES制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem)2.3控制系统的分级和基本原理2PCS过程控制级（ProcessControlSystem）主要功能：实现控制过程设定与优化核心：基于模型的设定计算功能：初始数据输入(PDI)、跟踪、模型优化和自适应等2.3控制系统的分级和基本原理2PCS过程控制级（ProcessControlSystem）过程自动化控制系统，一般称为二级自动化控制系统(L2级)。它是提高产品质量、保证生产过程优化控制的重要环节，主要实现控制功能设定计算、过程监视、区域跟踪等，并将最终设定的计算结果传递给基础自动化具体执行。另外，过程控制系统还具备数据通讯、实测数据处理、数据管理、跟踪管理等为设定计算服务的功能以及人机界面输出、工艺数据报表、记录等为生产过程服务的功能。设定计算功能是过程控制系统的核心，以轧制过程的数学模型为基础，通过轧制负荷分配计算、板形控制参数计算和平面形状控制参数计算来保证轧机实现高精度厚度控制、板形控制以及平面形状控制，并通过模型自学习来提高数学模型的精度。2.3控制系统的分级和基本原理2.3控制系统的分级和基本原理2.3控制系统的分级和基本原理2.3控制系统的分级和基本原理2.3控制系统的分级和基本原理1BA基础自动化级(BasicAutomation)

设备控制级逻辑控制、顺序控制、状态监视和操作控制；位置自动控制系统；张力控制系统；厚度、宽度、板形、温度等自动控制；PLC和DCS系统，逻辑顺序和闭环控制系统；2.3控制系统的分级和基本原理1BA基础自动化级(BasicAutomation)基础自动化系统，一般称为一级自动化系统(L1级)。承担生产工艺参数的计量检测和设备控制功能。它从过程控制系统接受过程控制指令，从零级检测系统采集并处理过程信号，并向零级设备驱动系统发出控制信号，实现单体设备以及多个设备的安全、有序、高精度的控制运转，以保证生产过程的顺利进行。基础自动化系统一般由可编程控制器PLC组成，实现顺序控制、逻辑控制、设备控制和质量控制。其中，顺序控制和逻辑控制是指辊道的运转控制、功能连锁、功能执行、停止控制等；设备控制是指基础自动化接收来自过程控制系统的各项设定值或人机界面输入的设定值(辊缝、速度、弯辊力等)，控制执行机构；质量控制是指具体执行厚度控制、板形控制、平面形状控制等。另外，基础自动化还要实现生产数据的采集和处理、故障的诊断和报警、数据通讯等辅助功能。2.3控制系统的分级和基本原理2.3控制系统的分级和基本原理0检测驱动级：现场各种信号的检测和各种信号的执行信号分为以下三类（接在PLC的输入输出模板上）模拟量：AI/AO，电压/电流数字量（开关量）：DI/DO，电压脉冲量：脉冲输入和输出，增量/绝对值编码器2.3控制系统的分级和基本原理0检测驱动级设备驱动和过程检测系统，一般称为自动控制系统的零级(L0级)。包括各种类型的电气传动设备控制系统、液压传动设备控制系统以及各种类型的过程检测仪表和传感器，它居于整个自动化控制系统的最底层，分布于生产过程的各个部位，与构成生产过程的各类装置和设备紧紧联系在一起。在中厚板轧机自动化控制系统中，设备驱动和过程检测系统包括：主传动系统、辊道传动系统、电动压下传动系统、液压/润滑泵站系统，以及各类重要的传感器和检测仪表，包括轧机本体上的压头、压下螺丝位移传感器、液压缸位移传感器、油压传感器等，以及布置在生产线上的测厚仪、测宽仪、红外测温仪、热金属检测器等。2.3控制系统的分级和基本原理2.4系统功能简介过程自动化硬件：（1）服务器：惠普PCServerDL580；（2）操作系统：WindowsServer2013；（3）模型开发：VisualStudio2012，C++封装。基础自动化硬件：（1）机架控制器：选用SIMATICTDC，完成高精度APC和AGC控制；（2）主令控制器：SIMATICS7-400PLC；（3）HMI组态软件：WinCC；（4）通讯网络：以太网、现场总线ProfibusDP。2.4系统功能简介-PLC系统1、S7系列PLC系统组成轧机控制系统常用S7-300，S7-400模板众多，DI、DO、AI、AO、INC、AENC支持现场总线ProfibusDP、以太网易于远程IO扩展使用STEP7组态工具进行组态与编程：支持LAD(梯形图)、STL、SCL2.4系统功能简介-PLC系统2、硬件组态使用STEP7组态工具HWConfig进行组态分配各模板插槽位置，要求与实际订货号对应CPU中定时中断(OB)时间设定DP模板组态以太网模板组态硬件组态编译、存储2.4系统功能简介-PLC系统3、ProfibusDP通讯一个主站与多个从站通讯，站与站之间通讯CPU模板一般自带DP通讯端口专用DP通讯模板，CP343-5，CP443-5与其它PLC或设备通讯，速度ms级，实时与远程IO连接，对CPU进行扩展，实现分布式IO常见：现场远程IO柜，操作台，主电机控制器，辊道变频器组态时分配地址，程序中可直接使用可配置为MPI形式，程序监控与下载2.4系统功能简介-PLC系统4、以太网通讯支持Siemens的S7协议及标准的TCP/IP协议组态时配置IP地址支持与其它硬件之间使用标准的TCP/IP协议发送与接收数据一个PLC可建立多个网络连接可选择CPU带以太网端口的模板专用以太网模板，CP343-1，CP443-1支持程序监控与下载2.4系统功能简介-PLC系统5、变量的定义与使用组态时分配的地址I，Q，如I0.0，I10.5，Q3.7，Q5.6IW，QW，如IW100，IW102，QW200，QW202内存变量M，布尔型，如M0.0，M10.1MW，整形，如mw100,mw102MD，浮点型或整形，如MD1000内存变量使用前最好在符号表中进行定义，包括名称、类型及对应的地址DB中定义变量dbx，布尔型，如db100.dbx0.0，db100.dbx20.5dbw，整形，如db100.dbw200，db100.dbw102dbd,浮点型，如db200.dbd12，db200.dbd362.4系统功能简介-PLC系统6、函数FC与FB系统自带一些功能块SFC、SFB、FC、FB自定义功能块FC、FB每个FB在调用时对应一个DB，此DB中数据在FB中直接访问（不需要DB名称）FC、FB中常见使用LAD（梯形图）、STL、SCL（高级语言）编写FC、FB本身不执行，完成后必须被OB直接或间接调用FC、FB支持输入/输出参数定义2.4系统功能简介-PLC系统7、中断调用模式中断时间在组态时设定OB1特殊，大部分程序均放在OB1中调用，OB1按顺序从前至后依次执行其它的OB由系统按中断时间或触发调用，如OB35，OB36，OB37等OB1优先级最低，需要等待其它OB执行完成再继续执行如果FC或FB运行占用时间超出了OB定义时间，PLC将崩溃2.4系统功能简介-PLC系统8、示例在允许条件下，钢板温度超过500度打开喷水阀门，也可以手动开启。DI数字量输入模板：允许检测I0.0，手动开启检测：I0.1DO数字量输出模板：阀门打开输出：Q0.0AI模拟量输入模板：钢板温度测量：IW20温度测量值4-20mA，检测得到0-27648，对应0-1000度，500度对应读数138242.4系统功能简介-支撑平台

过程控制系统支撑平台规范整个过程计算机数学模型的数据流、模型间通讯机制以及模型开发的结构设计。

功能涵盖以下方面：进程与线程消息机制共享内存，数据传递进程间通讯机制数据管理日志2.4系统功能简介-支撑平台Siemens中厚板过程计算机模型结构接口进程控制进程非控制进程SUBSYS软件包C语言库:ACE+TAO使用CORBA接口模型C语言开发2.4系统功能简介-支撑平台RAL平台，基于通讯与模型相分离的两层进程结构2.4系统功能简介-支撑平台简化的过程控制结构2.4系统功能简介-基础自动化入炉轧件跟踪轧件运送炉前定位粗轧钢坯展宽控制平面形状控制主机控制辊道控制推床对中控制精轧钢坯温度控制APC控制AGC控制板形控制主机/辊道/推床控制中厚板轧机基础自动化核心功能：（1）电液快速摆辊缝技术：节省道次辊缝切换时间；（2）轧机自动调零与刚度测试：轧机弹跳模型参数整定；（3）轧件微跟踪：维护轧线轧件队列，跟踪每块轧件的具体位置；（4）轧件水平自动运送控制：按工艺要求实现轧件的调度与运送；（5）轧件柔性待温控制：尽可能利用待温区长度，待温更多轧件；（6）自动轧钢控制：自动规程、自动轧制，减少干预；（7）模拟轧钢技术：测试系统逻辑、检测设备状态。2.4系统功能简介-微跟踪轧件微跟踪技术是钢板自动运送、自动轧制的前提条件。跟踪信息：轧件头部位置；轧件长度、宽度和厚度信息；轧件在队列中所处状态。微跟踪方法：对热区建立轧件跟踪管理队列；利用辊道速度计算轧件的位置；利用轧线仪表修正轧件位置；跟踪轧制规程的变化跟踪轧件尺寸变化；根据队列中轧件位置关系进行校验修正。2.4系统功能简介-推床系统特点：常见结构：操作侧与传动侧独立，各采用一比例阀控制，通过电气方式同步；对中控制：检测两侧位置偏差，通过PI控制器对比例阀施调整，保证推床在夹紧、打开过程中对称轧制线，减少侧弯的发生。推床打开与夹紧时偏差变化情况2.4系统功能简介-主电机主电机功能：（1）基于ProfibusDP现场总线与PLC通讯，设定速度；（2）钢板头部咬入时通过设定上、下辊速度差实现雪橇轧制；（3）按照不同厚度规格制定速度制度，包括咬钢、稳定轧制和抛钢速度；（4）轧制过程中，根据钢板长度，轧机前后辊道速度随动主机。速度制度：低速咬钢高速轧制低速抛钢雪橇参数：辊速差投入时间2.4系统功能简介-温度预测温度在线预测：（1）基于PLC计算轧线队列中每块钢板温度变化；（2）通过关键测温点时对温度计算误差进行修正；（3）实时查看轧件温度分布；（4）预测值变化平滑稳定，弥补了现场温度测量误差对模型设定精度的影响。计算方法：采用一维显式有限差分公式队列中轧件每100ms计算一次热物性参数基于碳含量和温度通过插值求解2.4系统功能简介-均匀冷却控制辊道微加速控制，长度方向均匀性控制

利用辊道速度的连续变化，采用辊道微加速控制消除钢板长度方向的整体温度梯度，防止出现控制结果的波动2.4系统功能简介-均匀冷却控制边部遮蔽控制，宽度方向均匀性控制

遮挡宽度方向钢板两侧的冷却水，减少边部热量损失，使钢板宽度方向温度分布更加均匀。2.1轧钢设备组成3.1轧机相关设备组成3.1轧机相关设备组成工作辊-四列圆锥棍子轴承支撑辊-油膜轴承3.2位置控制基本概念位置自动控制

——在指定时刻将被控对象的位置自动地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的偏差范围之内的控制，通常简称为APC（Automatic

position

control）。3.2位置控制基本概念APC在轧制控制中的应用：加热段：如炉前钢坯定位、推钢机行程控制、出钢机行程控制。轧制段：如立辊开口度设定、推床开口度设定、轧机APC等。其他：如夹送辊辊缝设定、助卷辊辊缝设定等

在轧制过程中，是指以被控对象的位置为被控量进行定位或随动控制的系统。主要包括两大类：一类是电机作为执行机构，对拖动物体进行定位控制；一类是液压缸作为执行机构，对液压缸活塞位置进行随动控制；3.2位置控制基本概念APC闭环控制系统基本构成：被控对象执行机构D/A转换控制系统位置设定+-检测装置A/D转换3.3电动位置自动控制3.3电动位置自动控制MTS:磁致伸缩位移传感器

量程：25~7600mm

分辨率：1μm，2μm，5μm，10μm

线性度：小于±0.01%

重复性：小于±0.001%

温度系数：小于15ppm/°C

滞后：小于4μm，典型2μm

工作环境温度：-40~75ºC

工作环境相对湿度：90%无凝结防护等级：IP67

供电：DC24，100mA3.3电动位置自动控制传感器安装16020

150

138

40传感器磁环传感器导线小顶罩大顶罩压下箱体上盖顶帽传感器10

150磁环滑动机构3.3电动位置自动控制电动位置检测3.3电动位置自动控制理想定位过程运动系统，包括电动机及其负载的质量、摩擦和阻尼；运动系统的动态特性随时间、环境、整定值、位置的变化；减速点时间上的精确性过高，难以实现；首先以最大允许加速度加速到最大速度；维持最大速度直到一定的位置偏差；以最大减速度减速到0，且位置差为0。理想定位过程存在问题提前进入减速段；速度设定值与位置偏差对应；设置死区修正3.3电动位置自动控制

电动压下APC控制基本要求：电动机转矩不得超过电动机和机械系统的最大允许转矩——安全启动能在最短时间里完成定位动作——速度快定位余差小——精度高在控制过程中不应产生超调现象，并且系统应稳定——无反复调节为了满足上述要求，必须按最佳控制曲线来进行控制。3.3电动位置自动控制速度整定曲线速度给定信号与位置偏差（设定值与实际值之差）之间的关系曲线，常用折线代替。x轴-位置偏差，ZE-死区，Vcrawl-爬行速度3.3电动位置自动控制压下电机定位曲线：

斜线、折线、二次曲线等定位曲线要求：

定位精度高、定位速度快，无回调影响定位精度因素：

死区长度越小精度越高爬行速度小，不易超调影响定位速度因素：

调速区加速度越大，定位速度越快3.3电动位置自动控制由电机驱动的被控对象，存在有齿隙，如减速齿轮传动中、位置检测环节（如自整角机发信机）中的被控对象是通过齿轮箱与电动机相连。为了消除间隙对位置设定精度的影响，位置自动控制系统在对某些控制回路（如带钢热连轧机的出钢机的控制、压下位置设定、立辊开口度设定、侧导板开口度设定等）设定时必须保证设备按单方向进行。方法是：不论位置设定值是在当时实际位置的前方还是后方，计算机总是使电动机最后停止前的转向为某一规定方向。例如规定某方向为正向，那么如果位置设定值在当时实际位置的后方，然后再正转，调到所要求的位置上。这样就保证了设备在任何情况下，都能在固定的运动方向上停车，从而消除了间隙对位置设定精度的影响。提高精度的可靠性3.4液压位置自动控制数字，增量型，分辨率为1

mSONY磁尺3.4液压位置自动控制系统组成1、被控对象：液压缸（轧机）2、执行机构：伺服阀3、检测装置：位置、油压、压力检测4、控制系统：计算机控制系统3.4液压位置自动控制系统特点电动：频响1-2Hz,加速度:2mm/s2,上升时间:400ms,定位0.1mm；液压：频响10-20Hz,加速度:500mm/s2,上升时间:30ms,定位0.005mm。3.4液压位置自动控制3.4液压位置自动控制液压缸尺寸确定根据最大轧制力：F=74000KN，油缸最大压力：P=22MPa计算伺服缸活塞面积：A=F/P=（74/2）/22=1.6818（平方米）计算油缸直径：D=1.463m取油缸直径：D=1450mm直径（截面积）和压力的矛盾和协调；位移传感器中心安装和对角安装；液压缸的行程保护；注意问题3.4液压位置自动控制伺服阀结构P口：油源压力；T口：油箱压力（0压力），Y口泄漏油口；A口：液压缸无杆腔；B口：封闭；三位四（三）通电液伺服阀；节流口面积与控制电流成正比；3.4液压位置自动控制液压缸结构液压推上液压压下轧机改造一般采用液压压下，压下螺丝截短，牌坊铣薄；液压推上可以方便调整轧制线，油柱调整范围不能太大；液压推上不易损坏，但也不易维护。优缺点液压缸移动速度一般情况：5mm/s；特殊情况：25mm/s，带载压下，LP板轧制，平面形状控制3.4液压位置自动控制伺服阀的流量要受控制电流和阀两侧压力差的共同影响，具有变增益特性；流量非线性补偿分上下运动两种情形，设Ps为油源压力，Pc为液压缸内油压，则：

液压缸上行：液压缸下行：变增益系数作如下整定：,为液压缸油源压力这样，伺服阀流量与伺服阀电流成线性关系，可以通过程序对其进行精确的控制。

液压缸的变增益控制3.4液压位置自动控制液压缸APC控制(PI)连续形式PID控制器：离散形式PID控制器：其中e(t)、e(k)为误差（设定值与实际值之差）3.4液压位置自动控制液压缸设定值与反馈值3.5辊缝计算3.5辊缝计算压下电机：被控量：压下电机转速（ProfibusDP通讯或硬线），离合器开闭，抱闸反馈：压下螺丝位置控制算法：速度整定曲线液压缸：被控量：伺服阀（-10mA—10mA对应-100%—100%）反馈：油柱高度控制算法：PID3.5辊缝计算快速摆辊缝控制摆辊缝前，液压缸油柱基准值设为一固定值，如10mm；根据当前辊缝设定值和液压缸基准值计算电动压下基准值；开始摆辊缝，液压缸和电动压下系统分别按照基准值摆辊缝；电动到位后，停止电动压下，由当前道次辊缝设定值和电动实际值计算液压缸基准值；液压缸按照新计算的基准值摆辊缝；液压缸到位后，摆辊缝完毕；精轧机末3道次辊缝差<δ（如12mm），直接使用液压缸摆辊缝。原则：大行程使用压下电机，小行程使用液压缸，保证摆辊缝速度和精度4.1厚度控制简介厚度控制重要性厚度是轧制成品基本的和重要的技术指标；随着钢板用户连续化自动化作业水平的快速发展，和不断追求节能降耗控制成本提高企业竞争力的需要，厚度指标越来越受到重视；厚度自动控制（AutomaticGaugeCongtrol，简称AGC)。厚度控制发展厚度自动控制系统的基本组成：厚度、辊缝、速度等检测环节、传动和压下执行机构、调节控制系统、控制模型、轧机及其辅助设备等。

轧制理论、自动控制理论、计算机技术、液压技术、传感检测技术、轧机设计制造技术等相关学科理论和技术的发展，有利地推动了厚度自动控制理论和技术的发展及厚度控制精度的提高。4.1厚度控制简介厚度控制的发展，具有里程碑意义的关键技术厚度控制发展1953年R.B.Sims发明利用轧机弹性变形、轧制力以及压下螺丝位置计算出所轧带材的厚度方法；1955年冷轧机上开始使用AGC；1958年在热连轧机上开始使用AGC；1967年以前采用的是模拟式AGC；1969年在BSCDalzell厂液压AGC被投入商业应用；1976年在日本板材轧机上首次成功应用绝对值AGC。厚度计模型的提出、液压压下系统的应用、计算机控制、厚度、压力、线速度等重要传感器的研制成功、现代控制理论和智能控制理论的应用等。液压压下系统和计算机控制技术成为厚度自动控制历史上最重要的具有划时代意义的技术。4.1厚度控制简介厚度控制的发展，具有里程碑意义的关键技术厚度控制发展1953年R.B.Sims发明利用轧机弹性变形、轧制力以及压下螺丝位置计算出所轧带材的厚度方法；1955年冷轧机上开始使用AGC；1958年在热连轧机上开始使用AGC；1967年以前采用的是模拟式AGC；1969年在BSCDalzell厂液压AGC被投入商业应用；1976年在日本板材轧机上首次成功应用绝对值AGC。厚度计模型的提出、液压压下系统的应用、计算机控制、厚度、压力、线速度等重要传感器的研制成功、现代控制理论和智能控制理论的应用等。液压压下系统和计算机控制技术成为厚度自动控制历史上最重要的具有划时代意义的技术。4.2轧机弹跳方程轧机弹跳的概念

轧制过程中，轧辊对轧件施加的轧制力使轧件发生塑性变形，使轧件从入口厚度H压薄到出口厚度h；与此同时，轧件也给轧辊以大小相等、方向相反的反作用力，这个反作用力经由轧辊、轴承传到压下螺丝、液压缸和牌坊上，受力部件均会发生一定的弹性变形，这些部件弹性变形的累计结果都反映在轧辊的辊缝上，使轧制前的轧机空载辊缝由S增大为轧制时的有载辊缝h。轧机的这种在轧制力作用下辊缝增大的现象，称为轧机弹跳（也称辊跳）。轧件厚度比空载辊缝大；轧制过程中轧制力变化引起厚度波动。4.2轧机弹跳方程弹跳方程

如果忽略轧件离开轧辊后微小的弹性恢复，轧件出口厚度就等于轧机有载辊缝。轧机有载辊缝，在空载辊缝的基础上，随着轧制力的增大而增大。有载辊缝、空载辊缝和轧制力三者之间的关系可以表示为：

h-S=f(P)

式中：

h—有载辊缝(等于轧件出口厚度)，mm；

S—空载辊缝，mm；

P—轧制力，kN；

(h-S)—轧机弹性变形量，mm；

f(P)—轧机弹性变形量对轧制力的函数关系；弹跳方程的重要性

轧机弹跳方程是进行轧机空载初始辊缝设定和厚度自动控制的根本依据，其精度对于轧制成品的同板差和异板差都有决定性的影响。4.2轧机弹跳方程辊缝计算方法4.2轧机弹跳方程轧机弹跳曲线P—h坐标系上任意一条确定的轧机弹性曲线，其对应的实验模型是，保持空载辊缝不变，即轧机的压下螺丝和液压缸均保持初始位置不变，在两个工作辊中间放置一个压力发生源（比如负载缸），不断改变作用于两工作辊间的压力，同时记录对应的有载辊缝值。理想测量情况4.2轧机弹跳方程轧辊压靠时轧机受力分析，所包含变形：轧机牌坊立柱弹跳支承辊轴头弯曲支撑辊与工作辊辊身弯曲（边部与中部压扁量不同造成，很小）工作辊之间压扁、工作辊与支承辊之间压扁4.2轧机弹跳方程轧机刚度测试：工作辊接触，改变液压油柱，记录压力与辊缝的变化刚度测试曲线测量步骤：控制压下电机，工作辊靠近停止压下电机逐步调整液压缸油柱轧制力100t，200t，…5000t记录不同轧制力下辊缝值利用公式拟合曲线得到轧机刚度参数刚度曲线中含有哪些弹性变形？4.2轧机弹跳方程轧钢时轧机受力分析，所包含变形：轧机牌坊立柱弹跳支承辊轴头弯曲支承辊与工作辊辊身弯曲（悬臂梁，工作辊与支撑辊压扁量不同）支承辊与工作辊间压扁，轧件与工作辊的压扁4.2轧机弹跳方程轧机弹跳曲线弹性变形：轧机牌坊、轧辊在轧制过程中发生的弹性变形塑性变形：钢坯在轧制过程中发生的塑性变形将辊系弹性变形与钢坯塑性变形表示在一个坐标系中，横轴为厚度变化，纵轴为轧制压力S0—初始辊缝——轧机弹性变形H—入口厚度h—出口厚度4.2轧机弹跳方程轧机刚度概念

钢板的实际轧出厚度h与预调辊缝值S0和轧机弹跳值ΔS之间的关系可用弹跳方程描述：h=S0+ΔS=S0+P/Km，由它所绘成的曲线称为轧机弹性曲线。其斜率Km称为轧机刚度，它表征使轧机产生单位弹跳量所需的轧制力（kN/mm）。轧机刚度曲线在低压力段由于设备间隙等原因呈非线性，随着压力的增大变为线性分布。轧机清零使两工作辊靠近产生一定压力，进入线性段后，设定此时辊缝为零。考虑零点辊缝，实际厚度计算：h=S0+ΔS=S0+(P-P0)/Km4.2轧机弹跳方程塑性曲线说明

轧件塑性曲线与横坐标轴的交点，对应于轧件轧前入口厚度H，当轧前入口厚度H变化时，相应于轧件塑性曲线平移到一个新的位置，而影响轧制力的其它因素发生变化时，包括轧件宽度B、摩擦系数μ、轧辊半径R、轧制温度T、前张力Th、后张力TH以及变形抗力σ等，对应于轧件塑性曲线的切线斜率发生了变化。摩擦系数μ越大、轧制温度t越低、前张力Th或后张力TH越小、变形抗力σ越大，对应的轧件塑性曲线的切线斜率（塑性系数）就越大，使轧件产生单位压下量所需的轧制力就越大。4.2轧机弹跳方程弹塑性曲线说明将轧机弹性曲线和轧件塑性曲线绘制于同一P—h坐标系上，就构成了弹塑性曲线，简称P—h图；钢板轧制过程既是轧件发生塑性变形的过程，又是轧机发生弹性变形的过程，二者同时发生；一方面，由于轧制力引起的轧机弹跳，使轧机从其空载辊缝S弹性变形为有载辊缝（等于轧出的轧件厚度）h，轧机的弹跳量等于（h-S）；另一方面，轧件在轧制力作用下，从其入口厚度H塑性变形到出口厚度h，产生了（H-h）的压下量；轧机弹性曲线和轧件塑性曲线的交点，对应于轧件轧制时的状态：轧制力和轧件出口厚度，轧机和轧件在此点达到平衡；交点处轧制力使轧机从空载辊缝经过弹性变形至此有载辊缝，使轧件从轧前入口厚度经过塑性变形至此出口厚度（出口厚度=有载辊缝）。4.2轧机弹跳方程钢板厚度变化原因与特点变形抗力对出口厚度的影响温度↑→变形抗力↓→轧制力↓→弹跳↓→钢板厚度变薄↓4.2轧机弹跳方程钢板厚度变化原因与特点来料厚度均对出口厚度影响入口厚度↓→压下率↓→轧制力↓→弹跳↓→钢板厚度变薄↓4.2轧机弹跳方程钢板厚度变化原因与特点张力对出口厚度的影响张力↑→变形抗力↓→轧制力↓→弹跳↓→钢板厚度变薄↓4.2轧机弹跳方程轧件厚度波动原因任何影响轧机弹性曲线和轧件塑性曲线的因素，都将影响两曲线交点的位置，从而影响轧件出口厚度；影响空载辊缝的因素：压下螺丝位置和液压缸位置，轧辊偏心，轧辊磨损与热膨胀，油膜轴承厚度，轧机震动等；影响轧机刚度因素：轧件宽度，轧制力，轧辊直径变化；轧件入口厚度变化；影响轧件塑性刚度因素：轧制温度，前后张力，摩擦系数，轧制速度，影响变形抗力的其它因素（如组织变化）；4.2轧机弹跳方程

根据轧机弹跳方程可知，轧制压力、初始辊缝及油膜厚度等因素的变化将影响实际轧出厚度：

轧件因素

轧机刚度油膜厚度、轧辊偏心等厚度影响主要因素：温度、轧制速度、来料纵向厚度波动4.3轧机刚度高精度计算轧机总刚度M：轧机牌坊弹性变形、辊系的弯曲变形。轧机刚度测试过程：全辊身压靠，记录不同的轧制力与辊缝之间的关系，得到刚度曲线，用曲线拟合。轧机刚度计算某3000mm轧机刚度测试过程辊缝与轧制力之间的关系操作侧传动侧4.3轧机刚度高精度计算y=a0+a1*x+a2*x*xdy/dx=a1+2a2*xM=1/(a1+2a2*x)y=a0+a1*x^0.5+a2*x+a3*x^1.5+a4*x^2二次曲线拟合多次曲线拟合4.4厚度计算出口厚度影响因素初始辊缝轧机牌坊变形轧辊挠曲轧辊压扁油膜厚度轧辊磨损轧辊热膨胀以上厚度影响项只有辊缝可以利用传感器直接测量，其它影响项无法直接测量，需要根据轧制力、宽度、速度等参数进行计算。4.4厚度计算刚度测试数据中辊缝变化包括：轧机牌坊变形支承辊辊径弯曲工作辊之间及工作辊与支承辊之间的弹性压扁数据处理方法一：单独计算支承辊辊径弯曲、支承辊与工作辊压扁及工作辊间压扁，并在测量数据中刨除，得到的数据为轧机牌坊变形与轧制力之间的对应关系；实际轧钢时计算牌坊变形+工作辊弯曲+辊间压扁+工作辊与轧件压扁数据处理方法二：将支承辊辊径弯曲、压扁及轧机牌坊变形与轧制力密切相关因素作为一个整体进行曲线回归，得到这些变形与轧制力关系；实际轧钢时计算以上变形+附加弯曲(P,width)-工作辊压扁+辊件压扁4.4厚度计算多次曲线拟合轧机刚度测试轧机工作辊直接接触，不断增加液压缸油柱，记录辊缝与轧制力关系4.4厚度计算方法一厚度计算轧件厚度=实际辊缝+牌坊立柱变形(P)+支承辊弯曲(P,width)*2+工作辊与支承辊之间压扁*2+工作辊与轧件压扁*2+轧辊磨损*2-轧辊热凸度*2-油膜轴承厚度*2+ZPC（零点修正，测厚仪测量值与计算值偏差）在全辊身压靠曲线中剔除轧辊弯曲与压扁，只留下牌坊变形4.4厚度计算方法二厚度计算轧件厚度=辊缝+Y(全辊身压靠时支承辊辊径弯曲/辊间压扁/牌坊变形)+轧辊附加弯曲补偿(P,width)-工作辊间压扁+工作辊与轧件压扁*2+轧辊磨损*2-轧辊热凸度*2-油膜轴承厚度*2+ZPC4.4厚度计算厚度计算公式示例：牌坊变形轧辊挠曲辊缝轧制时牌坊变形清零时牌坊变形轧制时轧辊挠曲清零时轧辊挠曲热膨胀磨损零点修正4.4厚度计算轧辊压扁（Hitchcock公式）轧辊磨损（离散化）工作辊与轧件磨损工作辊与支承辊磨损4.4厚度计算轧辊热凸度计算将轧辊沿轴向等距离划分为n片，沿径向分为m层等截面积的圆环,采用二维有限差分方法计算轧辊温度场。辊间接触换热轧辊、钢板接触换热轧辊与冷却液换热轧辊与空气换热传热微分方程4.4厚度计算有限元模型求解压扁与弯曲，验证公式结果轧制力6000t支承辊弯曲4.4厚度计算有限元模型求解压扁与弯曲，验证公式结果轧制力6400t4.4厚度计算有限元模型求解压扁与弯曲，验证公式结果4.4厚度计算厚度计算不准确：轧制力变化时，计算厚度与测量值有偏差,分析原因？影响厚度主要因素是牌坊刚度和轧辊挠曲轧制宽板与轧制窄板比较偏差情况判断两种情况偏差相近，主要影响因素为牌坊刚度偏差相差很多，主要影响因素为轧辊挠曲计算误差重新进行刚度测试，测量牌坊刚度查询日志中挠曲计算值，与有限元计算结果对比修正4.5中厚板AGC系统组成4.5中厚板AGC系统组成检测元件：

压下螺丝位移检测，MTS液压缸位移检测，MTS，或SONY磁尺轧制压力检测，ABB、KELK液压缸油压检测，HYDAC液压缸伺服阀阀芯位置反馈，4mA~20mA-100%~+100%控制元件：

压下电机，ProfibusDP网通讯伺服阀，-10mA~+10mA-100%~+100%4.5中厚板AGC系统组成AGC控制系统基本形式1、反馈式厚度控制系统（反馈式AGC）

测厚仪安装在轧机出口侧，测量出实际轧出厚度，与设定厚度值相比较，当有厚度偏差时，计算辊缝调节量，由执行机构进行调节，消除偏差。滞后的调节手段2、前馈式厚度控制系统（前馈式AGC）

测量轧机入口处轧件厚度，并与入口厚度H0比较，有厚度偏差时，计算为消除此偏差所需的辊缝调节量，当执行结构完成调节时，控制点正好到达辊缝处，消除厚差。超前控制，与反馈配合使用。3、厚度计式AGC（GM-AGC）

根据检测轧制力、辊缝，由弹跳方程计算实际轧出厚度，比较与厚度设定值偏差，计算所需辊缝调节量，进行控制调节。克服滞后，对厚度模型要求较高。GM-AGC目前广泛的应用在中厚板轧机生产过程中。4.5中厚板AGC系统组成反馈模型：4.5中厚板AGC系统组成反馈模型：

4.5中厚板AGC系统组成前馈模型：4.5中厚板AGC系统组成前馈模型：

4.5中厚板AGC系统组成GM-AGC模型：目标厚度：h0实际厚度：hact辊缝调节量：推导过程：4.6相对AGC与绝对AGCAGC控制模型相对值AGC：不论钢板头部是否符合目标值，都以头部的实际厚度作为锁定值，钢板上的各点的厚度调整以锁定厚度为基准。执行过程：咬钢后延迟一段时间，让过头部厚度不稳定区；连续采集一段时间辊缝与轧制力数据，并计算平均值，作为钢板的头部锁定值；按照AGC公式，依据锁定值对钢板的后续部分进行厚度控制。特点：保证头部锁定值精度；能够保证同板差；头部咬入冲击，厚度变化大，即使辊缝设定正确也难以保证异板差。4.6相对AGC与绝对AGC绝对值AGC：依赖于厚度计模型，每道次均以设定的目标厚度为基准进行厚度控制；需要过程计算机提供目标厚度和预设定辊缝；能够保证同板差和异板差。要求：开发出高精度厚度计模型；高精度数据的在线测量（轧制力、辊缝）；控制系统的快速响应。关键：高精度厚度计模型只要轧机弹性变形、轧辊弯曲变形计算精确，轧辊磨损和热膨胀可依靠测厚仪或卡量修正。4.6相对AGC与绝对AGC关于绝对值绝对值AGC的关键是：高精度的轧机弹跳模型，切实考虑了各种补偿的高精度的轧机弹跳方程，包括全辊身长空压靠模型、轧件宽度的影响模型、轧辊的热凸度和磨损模型、油膜轴承油膜厚度模型等。要求利用轧制力、辊缝数据通过模型计算的厚度与实际厚度误差很小；过程计算机（二级）与基础自动化采用的厚度计算模型相同，当绝对AGC投入时，过程计算机（二级）系统首先进行预计算，设定每道次初始辊缝，轧件咬钢后的厚度调节由完全由基础自动化来实现。每一道次轧制完成后，二级系统根据实际检测的轧制力、辊缝等数据对后续道次进行修正计算，对后续道次的初始辊缝进行更新设定。理想情况：按照二级设定辊缝进行轧制，实际厚度正好等于设定厚度如果二级系统设定辊缝误差大，由于系统响应，钢板头部厚度常会出现超差现象。4.6相对AGC与绝对AGC厚度控制实施方法：方法一，利用相对值AGC

厚度计模型嵌入过程计算机中，过程计算机提供预设定辊缝，要求轧机在使用预设定辊缝值轧制时，相对值AGC的锁定厚度等于目标厚度。由于头部冲击造成厚度不稳定，控制难度大；方法二，利用绝对AGC

基础自动化中和过程计算机使用一致的厚度计模型，过程计算机提供目标厚度和预设定辊缝，咬钢后由基础自动化比较目标厚度和实际厚度，进行厚度调节，保证实际厚度与目标厚度一致；

咬钢过程中头部厚度不稳定，方法一难于实现精确的厚度控制；4.6相对AGC与绝对AGC相对AGC：4.6相对AGC与绝对AGCP0——预报轧制力S0——预报轧制力——补偿项h0——目标厚度绝对AGC：4.6相对AGC与绝对AGC绝对AGC：4.6相对AGC与绝对AGC4.6相对AGC与绝对AGC绝对AGC实现：基础自动化L1与过程自动化L2共同配合L1与L2的厚度计算模型一致。L1实时计算牌坊立柱弹跳、轧辊压扁、轧辊弯曲、油膜厚度（根据周期采集的轧制力、辊缝、轧制速度、轧件宽度）加上L2发送的轧辊磨损、轧辊热膨胀和零点修正量（厚度修正量）实时计算轧件厚度；L2厚度计算模型包含以上所有厚度影响项，先按照道次厚度分配确定道次平均轧制力，进而确定辊缝。钢坯轧制前，L2按照PDI数据进行预计算，分配各道次辊缝、设定厚度、轧制速度并同时把厚度修正量一起并发送给L1；L1按照L2发送的辊缝进行电-液摆辊缝控制，咬钢后，L1根据计算厚度与设定厚度差值进行液压油柱调整，实现厚度AGC控制；一道次轧制完成，L1发送平均轧制力和辊缝等数据至L2，L2进行轧辊磨损和热膨胀计算和道次修正计算，改变后续道次辊缝设定，并发送给L1；所有道次轧制完成后，测厚仪数据发送给L2，由L2进行自学习计算，对轧辊磨损、热膨胀等因素偏差进行学习，学习的厚度修正量用于下块钢。4.7AGC补偿方法AGC系统补偿压下螺丝窜动油膜厚度补偿轧件头尾补偿轧辊偏心补偿4.7AGC补偿方法——压下螺丝窜动压下螺丝窜动原因：主平衡力不够，压下螺丝有间隙，咬钢后间隙变化影响钢板厚度压下螺丝本身的弹性变形轧制过程压下MTS读数变化压下位置通过压下MTS可以直接测量出来，咬钢后使用液压缸对压下位置的改变进行补偿。解决方法：4.7AGC补偿方法——油膜厚度补偿油膜厚度补偿转速↑(或轧制力↓)→油膜越厚↑→轧件越薄↓转速↓(或轧制力↑)→油膜越薄↓→轧件越厚↑4.7AGC补偿方法——油膜厚度补偿油膜厚度补偿轧制过程中，当加轧机速或减速时，支撑辊轴承的油膜将发生变化当轧制力变化时，油膜了也发生变化；转速不变时，轧制力越大油膜越薄；轧制力不变时，转速越大油膜越厚；为补偿因油膜厚度变化对钢板出口厚度产生的干扰，AGC系统利用不同轧制力下转动速度和厚度构成的曲线来计算油膜厚度的变化V：轧机速度，mm/sP：单侧压力，kNa,b,c：模型参数4.7AGC补偿方法——油膜厚度补偿油膜厚度测量过程轧机速度设为1m/s，液压位置不动，进行电动压下，直至两辊压靠；两辊压靠后，液压缸切换至压力闭环，设定单侧基准压力为5000kN；逐步改变轧机速度至5m/s，同时记录轧制力和辊缝；轧机速度到达5m/s后，恢复至1m/s，重复步骤2，逐步改变压力闭环的基准压力至20000kN；以上步骤完成后，将采集数据进行处理，拟合可求得参数a，b，c。某3000mm轧机油膜厚度变化4.7AGC补偿方法——油膜厚度补偿在轧机主传动为10r/min的速度下进行空压靠,分别在2000、4000、6000、8000、10000kN的压力(单侧平均压力)下对辊缝读数进行采样并记录。之后,分别在20、30、40、50、60、70、80r/min的速度下,重复上述过程,并记录所采集的数据。4.7AGC补偿方法——油膜厚度补偿油膜厚度无法通过传感器测量轧制力越大，油膜越薄转速越高，油膜越厚4.7AGC补偿方法——油膜厚度补偿令，，y为油膜厚度4.7AGC补偿方法——头尾补偿钢板头尾补偿―常规补偿方法考虑钢板头尾由于散热面积大，温度相对较低，使得变形抗力增大，轧制后头尾部厚厚偏厚补偿方法：规程设定的头尾补偿量与补偿长度按照三角形变化逐步叠加到辊缝设定值中，见下图头部补偿：，当时；，当时。尾部补偿：，当时；，当时。式中Staper——每一采样周期的头部/尾部补偿量；

Lout——每一采样周期的钢板长度瞬时值。4.7AGC补偿方法——头尾补偿尾部补偿问题：手动轧钢时，抛钢速度难于温度控制，常常较快，尾部厚度变化剧烈，液压系统压下速度跟不上的厚度的变化。方法：根据中厚板轧机的可逆轧制规律，可在倒数第二道次对钢板的头部增加补偿量，这样在最后一道次头尾互换时，尾部的厚度偏差已经事先被减小了，较小的厚度偏差可以得到更好的补偿。

4.7AGC补偿方法——偏心补偿偏心补偿轧辊偏心会干扰AGC系统对板厚的调节；压力AGC本身无法消除偏心影响，相反会造成误预报，误调节，使厚度精度更加恶化；支撑辊的直径较大，偏心影响严重，偏心补偿主要针对于支承辊；从控制角度分为被动偏心补偿和主动偏心补偿方法。

4.7AGC补偿方法——偏心补偿被动偏心补偿方法―浮动死区法目的是消除由轧辊偏心所引起的轧制力的周期性波动；死区的幅度被设定的比偏心周期分量振幅的正负峰值间幅值稍大一些。死区上下限随着输入信号的变化而上下浮动，但死区宽度始终不变。当输入信号最大瞬时值超过上一次的死区最大值时，则死区的最大值上移到新的最大值；当输入信号最小瞬时值低于上一次的死区最小值时，则死区的最小值下移到新的最小值；实际的轧制力为浮动死区的平均值。在没有安装偏心测量仪的中厚板轧机上通常采用的就是轧制力浮动死区法。4.7AGC补偿方法——偏心补偿主动偏心补偿方法支承辊轴头安装绝对值编码器（偏心编码器）；在液压缸位置或压力闭环状态，获得与轧辊旋转角度相对应的辊缝变化量，进而求出与轧辊旋转角度相对应的偏心量；按轧辊位置将上下支承辊的偏心量组合，得到上、下支承辊总的偏心量；将偏心值送给AGC系统，控制油柱进行补偿。

偏心量的求解方法有很多，常见的是采用傅里叶分析法。4.7AGC补偿方法——偏心补偿4.8AGC控制效果AGC投入后轧制力与辊缝变化示意AGC投入后钢板纵向厚度变化

4.8AGC控制效果4.8AGC控制效果5.1张力基本概念张力的产生

张力是由于在轧件长度方向上存在着速度差，使得轧件上不同部位处的金属有相对位移而产生张应力，平均单位张力σ

乘以所作用的面积就是作用在轧件上的张力

T。5.1张力基本概念张力的特性1、基本关键词：弹性体，应力，应变，胡克定律；2、张力与长度的对等性，张力与两点间（两机架间）的金属量的对等性；3、张力与速度差之间存在着积分关系：速度差为零，两点间金属量保持不变；速度差不为零，两点间金属量不断在变化，张力在变化中（不恒定）；5.1张力基本概念连轧与张力1、轧件同时在几架轧机上轧制并保持单位时间内通过各轧机体积相等（秒流量相等）的轧制称为连轧；2、保证连轧过程正常进行的条件应是各机架在单位时间内的秒流量完全相等。若秒流量不等便会引起机架之间的轧件有张力作用或者失张，从而导致拉钢或堆钢。秒流量完全相等是实现无张力轧制的理想状态。3、在实际轧制过程中影响机架间张力的工艺参数很多，不可能完全做到绝对无张力轧制。5.1张力基本概念张力的作用防止轧件跑偏。张力条件下，如果存在跑偏，张力自动加大，使轧件回到中间。张力反应迅速，无时滞，有利于稳定轧制。使所轧带钢板形平直。轧制时给轧件施加一定的单位张力，使带钢沿宽度方向的纵向变形趋于一致，减少板带残余应力，利于平直。降低金属的变形抗力和变形功。无张力条件下，金属在变形区是受三向压应力的作用，当前后张力足够大时，可以使水平出口方向的应力变为拉应力，减小垂直方向的压应力，轧制总压力降低。相对而言，后张力对降低单位压力和轧制压力的效果更明显。调节主电动机负荷分配。适当调节带钢厚度。张力变化引起轧制压力改变，轧机弹跳随着改变，在连轧过程中，可以作为厚度的微调手段。5.1张力基本概念张力与其它工艺参数之间的关系稳定的张力控制是连轧过程得以实现的条件；轧件和轧机的各种因素波动均对张力构成干扰；张力的波动对轧制过程中的厚度、板形均构成影响；张力在连轧过程中的作用是“牵一发而动全身”，敏感而迅速；5.1张力基本概念连轧发展与张力控制19世纪在欧洲开始试验热连轧技术，由于设备和控制技术的限制，未能成功；1925年美国试验成功了热连轧技术，随后推广到欧洲、苏联和日本；解放后，鞍钢1700mm热连轧生产线，采用苏联技术。之后国内先后建设了本钢1700mm、上钢一厂1200mm、武钢1700mm等热连轧生产线；考虑到带钢温度对塑性变形的影响，热连轧机带钢张力应控制在不影响轧件拉窄拉薄的范围内，属于小张力连轧，热连轧的张力控制范围非常狭窄，直接控制困难。冷轧机张力一般为热连轧的20—120倍。考虑热连的温降和操作要求，热连轧不能象冷轧那样在爬行状态下穿带，需要在较高速度下穿带，穿带时轧机动态速降引起的附加套量必须采用特殊措施进行清除，方能实现连轧的正常进行。热连轧与冷连轧张力控制5.1张力基本概念热连轧与冷连轧张力控制冷轧机张力可调范围大，一般由张力计测量出张力值与设定张力值差，调整轧辊速度使张力接近目标张力；冷连轧机常选定中间机架为基准机架保持速度不变，调整前后机架速度稳定张力。热连轧机张力可调范围小，如果热连轧带钢也象冷连轧那样将其直接绷紧在机座之间，则当怠速产生波动时就几乎没有张力的调节余地了，所以在热连轧精轧机组相邻机座间设置一个能将带钢托起并绷紧的机械装置—活套支撑器，作用：支套、恒张。热连轧精轧机组常通过活套机构（活套恒力矩马达）实现张力的稳定控制；热连轧