专题报告2 刘宏民-燕山大学-板形仪20120408

2012年4月8日燕山大学

冷轧带钢板形检测和闭环控制燕山大学22024/8/16一、研发背景1.市场背景中国是钢铁大国，板带钢是最主要的钢材产品冷轧带钢——高端带材产品机械性能好尺寸精度高板形精度高表面质量高应用：汽车建筑家电包装优点：燕山大学32024/8/16一、研发背景

2.技术背景：高级冷轧带钢的重要质量指标

：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

：板形在线检测的“眼睛”

轧制过程的高端测控系统

：被瑞典、英国、德国垄断

国内空白，全部进口高精度板形

板形控制

板形控制关键

板形仪

制造现状

世界级重大难题燕山大学42024/8/16一、研发背景满足带钢板形指标要求满足带钢表面质量要求满足后续深加工的要求板形闭环控制是显著提高冷轧带钢产品板形质量、表面质量及后续深加工质量的关键技术板形在线检测是实现冷轧带钢板形闭环控制的前提和基础燕山大学52024/8/16一、研发背景

2.技术背景：中低产品

：高级产品

：1000万元/套，维护、备件费用高

国外只供货，不提供技术，卡脖子

无板形仪，仅设定控制

有板形仪，闭环控制

进口板形仪

3.立项目的（1）自主创新，工业应用，顶替进口，打破垄断封锁，为国争气（2）提高板形控制技术水平，提高板形质量，生产高级冷轧带钢燕山大学62024/8/16二、总体方案--技术路线

1.板形检测系统板形检测辊集流装置DSP信号处理装置工控机板形检测软件燕山大学72024/8/16二、总体方案—技术路线

2.板形控制系统（1）预设定控制——倾辊、弯辊、窜辊、冷却和辊型（2）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82024/8/16三、关键技术

1.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，避免划伤带钢瑞典ABB公司英国DAVY公司德国SUNDWIG公司分段压磁式以ABB公司检测辊为例，辊环热装于辊体芯轴上，分段式辊体结构，辊环间因温差产生不同热膨胀量，易划伤带钢表面，预压力变化较大。空气轴承式以英国Davy公司空气轴承式检测辊为例，对工作环境要求苛刻，需要纯净空气，维护和装配困难，影响有效轧制时间，增加维修费用。整辊压电式以德国Sundwig测力元件(压电传感器)沿辊体表面均匀交错布置，横向间歇式测量板形信号，不能同步反映带钢瞬时板形，传感器极为昂贵。燕山大学92024/8/16三、关键技术主辊体传感器弹性块本项目方案1：整辊镶块压磁式板形辊已应用于鞍钢1250轧机燕山大学102024/8/16三、关键技术本项目方案2：整辊无缝无线式板形辊，2011年完成样辊在河钢衡板1050冷轧机上完成工业试验主辊体传感器组合件燕山大学112024/8/16三、关键技术

2.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，提高精度寿命湿式集流环内部结构示意图图方案1：喷淋湿式集流环，2008年应用于鞍钢1250冷轧机燕山大学122024/8/16三、关键技术方案2：信号无线传输装置，2011年应用于河钢1050冷轧机检测通道线缆电源耦合器无线传输DSP信号处理电路板集流装置芯轴固定辊体旋转燕山大学132024/8/163.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DSP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DSP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142024/8/16三、关键技术基本功能：●数字信号滤波

●通道异常处理

●自动报警

●板形显示高级功能：●误差补偿●模式识别●目标板形●闭环控制

4.研发板形控制智能化软件系统，实现高精度控制燕山大学152024/8/16三、关键技术（1）板形误差综合补偿模型综合补偿温度误差边部覆盖挠曲变形安装误差钢卷卷形在线包角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。燕山大学162024/8/16三、关键技术（2）板形模式识别模型板形基本模式作用：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172024/8/16三、关键技术创新（3）板形目标曲线模型作用：为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。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，通用性强。燕山大学182024/8/16板形偏差控制矩阵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（4）板形前馈和反馈控制计算——矩阵模型三、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192024/8/16三、关键技术创新（5）板形闭环控制系统，实现自动控制板形调整执行机构板形闭环控制系统燕山大学202024/8/16三、关键技术创新（6）板形检测和板形控制系统软件界面板形检测和闭环控制系统界面燕山大学212024/8/16四、工程应用典型案例1250mm轧机主要技术参数厚度:0.2~1.0mm宽度:800~1200mm卷材内径:φ610mm卷材外径:φ1100~2000mm最大卷重:25t最大轧制压力:18000kN最大轧制速度:1200m/min卷取张力:7～140kN工作辊:φ420/370×1250mm中间辊:φ470/430×1310mm工作辊弯辊：-220~435kN中间辊弯辊：800kN中间辊横移：275mm燕山大学222024/8/16四、工程应用典型案例燕山大学232024/8/16四、工程应用典型案例板形测量值实时采集数据实际应用效果：带宽993mm，出口厚度0.5mm，压下率21.3%，钢种ST12，第5道次板形控制实际数据。板形辊各个测量段测量值稳定，无突变、无异常，检测精度为-0.5I～0.5I。板形辊测量值换算成总张力与张力测量辊测量值偏差小于3%，说明板形辊测量精度可靠。燕山大学242024/8/16四、工程应用典型案例冷轧带钢在线板形实测值板形闭环控制投入后，沿带钢长度方向的板形统计值：最大值：11.47I最小值：1.140I平均值：2.672I燕山大学252024/8/16四、工程应用典型案例带宽1045mm，出口厚度为0.18mm，压下率为18.6%，钢种为ST12，成品第五道次板形控制实际数据。板形测量系统和控制系统运行稳定，带钢平直度质量平均为6.7I，国际先进指标为10I。控制系统适用于超薄冷轧产品的板形质量控制要求。TM燕山大学262024/8/16四、工程应用典型案例西门子对宝钢1420冷轧机板形保证值三菱对宝钢1220冷轧机板形保证值带钢厚度带钢宽度平直度（I）(mm)(mm)V>300m/mV=常数V在加减速V在150~300m/m≤0.23≤880≤

10≤

20≤

250.23~0.5880-1050≤

8≤

16≤

20≥0.51050-1230≤

6≤

12≤

15带钢厚度(mm)平直度(I)V>300m/minV=常数V在加减速V在150~300m/min≤0.4≤10≤20≤250.4~0.6≤9≤18≤23≥0.6≤8≤16≤20上述平直度值均不适用于轧制出口速度在150m/min以下的情况鞍钢1250冷轧机板形保证值带钢厚度(mm)平直度(I)V>150m/minV=常数V在加减速V在70~150m/min≤0.3≤8≤18≤220.3~0.5≤7≤14≤20≥0.5≤6≤10≤15不适用于轧制出口速度在70m/min以下的情况西门子系统自主板形系统燕山大学272024/8/16五、国内外技术指标对比鞍钢1250轧机板形仪及闭环控制系统国内外技术水平对比注*：国际先进水平——瑞典ABB公司分段压磁式板形仪

——英国DAVY公司分段空气轴承式板形仪

——德国SUNDWIG公司整辊压电式板形仪指标名称国际先进*国内本项目板形检测分辨力0.5I0.2I板形控制精度8I6I总张力检测精度3.5%3%单通道最小可测压力1/2

N1/5

N最高工作温度200℃230℃燕山大