6.轧制过程控制--第六篇--厚度自动控制系统

北京科技大学机械工程学院板带钢轧制过程控制第六篇厚度自动控制系统张晓峰、张清东22020年2月26日7时34分第六篇厚度自动控制系统6.1厚度控制的基本目标理念厚度控制的基本目标理念热轧：首先全长厚度均匀，即偏差波动很少；其次全长偏差在目标内，即目标厚度命中率高。绝对精度相对较低：50um，20um（目标厚度可变调）即在需要时候，可以穿带头部厚度为新的控制目标。尽管有来料厚度影响，但仍以末架为重点；冷轧：必须全长上都命中目标厚度。绝对精度相对较高：0.5~0.7%或1.5~2.0%（目标厚度不可调）来料的影响的90%以上消除1＃架，即HM1波动值很少，绝对厚度较稳定达到目标值；末架保证命中目标厚度；热轧h50um/100um(20um)末架是重点目标可调、全长均匀冷轧1.5~2%*h1和末架是重点严格命中目标，目标不可调《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东32020年2月26日7时34分厚度控制的数模结构设计的基本思想1)轧制过程被分成以下几个阶段过程/工况分别加以控制①稳态轧制（速度稳定）②穿带/升速轧制③甩尾/降速轧制④动态变规格轧制（FGC）（目前冷轧专用）⑤同规格过焊缝轧制（目前冷轧专用）2)对一卷/块钢分不同层次控制达到目标厚度①静态高精度预设定使轧制初始值尽量接近目标值，正常轧制（vv0）后投入动态实时控制，消除静态设定不准引起的误差和动态干扰，当前卷轧制结束后进行模型自学习（短期和长期）。预设定追求高精度，所以往往模型规模大，计算量大，复杂；动态控制追求高响应，所以往往模型规格小，统计，计算量小，简单。②根据全部提供的实测值，尤其被控对象变量的实测值，设计每一架轧机的可配备的厚度控制环节，但配备多少检测元件则与要求精度水平和投资预算相关。正常轧制时的动态实时控制环节的设计根据执行机构——压下缸、主传动——的水平，以及检测装置——测厚仪、压力计、张力计、测速仪——的数量和水平而进行。③发挥计算机网络系统和分布式数据库的优势，实施了正确、有效、高精度、智能化的自学习，针对巨量数据使用数据挖掘、知识发现技术，针对异常工况和系统周期性变化的不同采用短期自学习和长期自学习。自学习也追求高精度，所以往往模型复杂，且智能化。《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东42020年2月26日7时34分连轧厚度变化规律（1）对连轧机各机架出口厚度的影响A）入口来料厚度对各机架出口厚度的影响入口来料厚度的变化按相同的比率影响各架出口轧件厚度，也就是如果入口侧厚度呈阶梯形变化，则第1机架出口轧件厚度将发生变化，其比率也将持续到后面机架。各机架出口厚度变化影响系数热轧板坯厚度的变化对各机架出口板厚的影响[(Dh/h)i/(DH/H)i]0.501机架2机架3机架4机架5机架1.0机架《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东52020年2月26日7时34分）辊缝变化出口厚度的影响辊缝变化对精轧板带厚度的影响以第1机架最为明显，而第2、第5机架的影响较小，第3、第4机架几乎不受影响。产品厚度变化影响系数各机架辊缝变化对产品板厚的影响0.201机架2机架3机架4机架5机架0.42ShD5ShD3ShD4ShD1ShD[(Dh/h)5/(DS/h)i]各机架辊缝变化《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东62020年2月26日7时34分）轧辊速度变化对各机架出口厚度的影响轧辊转速对板带产品厚度的影响，以第1、第5机架最为明显，第2机架造成的影响很小，第3、第4机架几乎不产生影响。产品厚度变化影响系数各机架辊速变化对产品厚度的影响2vvD5vvD3vvD4vvD1vvD0.501.0-0.5-1.0[(Dh/h)5/(Dv/v)i]各机架辊速变化《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东72020年2月26日7时34分）摩擦系数变化对出口厚度的影响第1、第5机架摩擦系数的变化对板带产品厚度的影响很大，第2、第3和第4机架摩擦系数的变化所造成的影响很小。出口厚度变化影响系数各机摩擦系数变化对产品厚度的影响[(Dh/h)5/(Dm/m)i]2mmD5mmD3mmD4mmD1mmD0.50-0.5各机摩擦系数变化《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东82020年2月26日7时34分）变形抗力变化对出口厚度的影响第1机架轧件变形抗力的变化对产品厚度的影响最大，第5机架变形抗力的变化对产品厚度的影响次之，第2、第3和第4机架轧件变形抗力的变化对产品厚度的影响不大。产品厚度变化影响系数各机架变形抗力变化对产品厚度的影响[(Dh/h)5/(Dk/k)i]0.200.42kkD5kkD3kkD4kkD1kkD各机架变形抗力变化《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东92020年2月26日7时34分（2）对连轧机机架间张力的影响A）辊缝变化对张力的影响如图所示，增大第1机架的辊缝会使所有机架间的张量减小。第1机架辊缝变化对各机架间张力的影响（无张力控制的情况）各机架间张力变化影响系数[(Dt/t)i/(DS/h)1]-0.4-0.201~2机架2~3机架3~4机架4~5机架各机架间的张力《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东102020年2月26日7时34分第2机架辊缝变化对各机架间张力的影响增大第2机架的辊缝将会增大第1与第2机架间的张力，其他机架的张力几乎不变。关于第3至第5机架辊缝的变化对张力的影响具有与第2机架辊缝变化对张力的影响相同的趋势，辊缝变化将导致张力变化。机架间张力变化影响系数[(Dt/t)i/(DS/h)1]各机架间的张力－1.05.001~2机架2~3机架3~4机架4~5机架《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东112020年2月26日7时34分用辊缝控制机架间张力时，考虑其特性常采用紧靠机架间张力变化的后一机架的辊缝来进行控制。连轧机机架间张力控制系统（采用辊缝进行张力控制）APCAPCAPCAPCAPCT.CT.CT.CT.COTOTOTOTAPC自动位置控制T.C机架间张力控制装置OT张力测定器MMMMMM轧机驱动马达《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东122020年2月26日7时34分）轧辊速度变化对张力的影响增加第1架的轧辊速度将造成所有机架间的张力减小。第1机架轧辊速度变化对各机架间张力的影响（无张力控制的情况）各机架间张力变化影响系数[(Dt/t)i/(Dv/v)1]各机架间的张力－10－5.001~2机架2~3机架3~4机架4~5机架《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东132020年2月26日7时34分而增加第2架的轧辊速度，会使第1和第2机架间的张力增大，使第2和第3机架间的张力减小。对于第3至第5机架的轧辊速度具有与第2机架轧辊速度相同的趋势，增加某一机架轧辊的速度均会使该机架的后张力增加、前张力减小。第2机架轧辊速度变化对各机架间张力的影响（无张力控制的情况）各机架间张力变化影响系数各机架间的张力[(Dt/t)i/(Dv/v)2]－101001~2机架2~3机架3~4机架4~5机架《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东142020年2月26日7时34分改变轧辊速度时虽然造成该机架前后张力发生变化，但是，为了独立控制特定机架间的张力，有必要给予特别注意。下图是控制第1和第2机架间张力的一个例子。由此可知，独立控制第1和第2机架间张力时，必须同时考虑(△V/V)2、(△V/V)3、(△V/V)4和(△V/V)5。改变第1和第2机架间张力时轧辊速度的变化率（用轧辊速度控制张力的情况）各机架间速度变化率各机架轧辊速度[(Dv/v)i/(Dt/t)1]0.050.102机架3机架4机架5机架《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东152020年2月26日7时34分连轧机机架间张力控制系统（用轧辊速度控制张力）采用轧辊速度控制机架间张力时，必须使进行张力控制的后一机架轧辊速度进行连动。APCAPCAPCAPCAPCOTOTOTOTAPC自动位置控制T.C机架间张力控制装置OT张力测定器MMMMMM轧机驱动马达T.CT.CT.CT.CASRASR马达速度控制装置ASRASRASR《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东162020年2月26日7时34分各机架辊缝变化对产品厚度的影响由下图可知，进行定张力控制时（第1种情况），后部机架辊缝变化对产品厚度有影响，而不进行张力控制时（第2种情况），给产品厚度造成影响的是第1机架辊缝，其他机架辊缝的变化对产品厚度几乎不产生影响。各机架产品厚度变化影响系数辊速张力控制无张力控制各机架辊缝变化0.201机架2机架3机架4机架5机架0.42ShD5ShD3ShD4ShD1ShD[(Dh/h)5/(DS/h)i]《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东172020年2月26日7时34分图4-1电动－液压混合AGC系统6.4热轧厚度自动控制系统《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东182020年2月26日7时34分冷轧厚度自动控制系统+-FB-AGC高速+++FF-AGCP+--P+ATR-G高速+-P+VrefMF5FF-AGCFB-AGC+++-+++dv/dtFB-AGC++轧制效率补偿-++ATR-G高速轧制效率补偿+-ATR-G高速轧制效率补偿++--P+-ATR-G高速轧制效率补偿++-FF-AGC+MF1PATR-G高速轧制效率补偿+--+-P+Vref+VrefVrefVrefh0*h1*Vref++++-《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东192020年2月26日7时34分冷轧厚度反馈控制系统（FB-AGC）h1Δhh0l压下缸带钢+-测厚仪厚度反馈控制器压下位置控制器ΔS-+ΔIΔS’《板带钢轧制过程控制》（第五篇过程控制的基础理论）张晓峰、张清东202020年2月26日7时34分压下缸带钢测厚仪前馈式厚度控制器厚差计算HactHref移位寄存器ΔHΔSΔS’冷轧厚度前馈控制系统（FF-AGC）《板带钢轧制过程控制》（第六篇厚度自动控制系统）张晓峰、张清东212020年2月26日7时34分Δhh0压下缸带钢+控制算法入口带钢厚度Hv0v0*H/v1-v1反馈式秒流量AGC的控制系