厚度自动控制AGC好.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4,厚度自动控制,AGC,4.1,板带钢厚度波动的原因及其厚度的,变化规律,一、板带钢厚度波动的原因,1.,工艺因素,：,t,、,、,v,、,H,、,s,、,f,2.,设备因素：,轧辊偏心、轧辊的椭圆度、,轧辊磨损、轧机刚度、轧辊原始辊缝等。,二、轧制过程中厚度变化的基本规律,1.,复习：,（,1,）弹跳方程：,轧机弹性曲线,（,2,）轧制压力,P,：,轧件,塑性曲线,（,3,）弹塑性曲线,P-h,图,P-h,图的描述：,0,点,工 作点，,表征该道,次在,P,1,作,用下，由,H,h,1,2.,轧制过程中厚度变化的基本规律,（,1,）实际轧出厚度随辊缝而变化的规律,在其他条件,相同的情况下，,随着压下螺丝设,定位置的改变，,So,将发生变化,h,，即,So,h,（,2,）实际轧出厚度随轧机刚度而变化的,规律,轧机的刚度,Km,随,v,、,P,、,B,、轧辊,的材质和凸度、工,作辊与支持辊接触,部分的状况而变化,h,，即,Km,h,（,3,）实际轧出厚度随来料厚度,H,而变化的规律,当来料厚度,H,发生变化时，便会,使,B,曲线的相对位,置和斜率都发生变,化,h,，即有：,H,h,（,4,）,实际轧出厚度随润滑条件、轧制速度而变化的规律,当减小摩擦,系数时，轧制压,力会降低，可以,使得带钢轧得更,薄，即：,f,h,。,轧制速度对实际轧出厚度的影响，,主要是通过对摩擦系数的影响来起,作用的，当轧制速度增高时，摩擦,系数减小，则实际轧出厚度也减,小，反之则增厚。,（,5,）实际轧出厚度随变形抗力而变化的规律,当来料机械性,能不均或轧制温度,发生波动时，金属,的变形抗力随之波,动，使,B,曲线斜率,发生波动,h,，即：,s,h,（,6,）实际轧出厚度随张力而变化的规律,轧制张力对,实际轧出厚度的,影响是通过改变,B,曲线的斜率来,实现的，张力增,大时，会使,B,曲,线的斜率减小,h,。,三、,P-h,图的用途,分析轧机刚度对轧件厚度的影响,分析各种轧制工艺条件对轧件厚度的,影响,可作为对轧机辊缝预设定的工具,是板带材厚度控制的基础和依据,厚控的基本思想,通过采用合适的厚控方法，使线,A,与线,B,的交点始终落在一条垂直线上，这条垂线称为等厚轧制线。因此，板带厚度控制实质就是不管轧制条件如何变化，总要,使线,A,与线,B,交到等厚轧制线上，这样就可得到恒定厚度（高精度）的板带材。,P,-,h,图的分析方法的实质是利用求取轧机弹性变形曲线和轧件塑性变形曲线交点的几何方法，或对轧机弹跳方程和轧件塑性方程联立求解，以确定各种参数变化时的工作点定性的变化规律及有关变量之间近似的定量关系。,厚度自动控制的目的就是借助于辊缝、张力、速度等可调参数，把轧制过程参数（如原料厚度、硬度、摩擦系数、变形抗力等）波动的影响消除，使其达到预定的目标厚度。而辊缝、张力等参数的调节又是以轧机的弹性曲线和轧件的塑性曲线及弹,-,塑曲线（,P-H,图）为依据的。所以利用,P,-,h,图，可以定性地、定量地、直观地分析各种厚控方法。,4.2,厚度自动控制的基本形式及控制原理,控制原理,通过测厚仪或传感器（如辊,缝仪和压头等）对带钢实际厚度进行连续,地测量，并根据实测值与给定值相比较后,的偏差信号，借助于控制回路和装置或计,算机的功能程序，改变压下位置、轧制压,力、张力、轧制速度或金属秒流量等，把,厚度控制在允许偏差范围之内。,组成：检测系统、控制系统、执行系统,（执行机构）,AGC,调节方式,厚控方法,（,1,）调压下；改变辊缝是,AGC,控制的主要方式，一般用来消除因轧制压力的波动而造成的厚度偏差。,（,2,）调节张力。通过改变带钢的张力改变轧件变形抗力即塑性曲线斜率以实现厚度自动控制的目的。,（,3,）调速度。轧制速度的变化将影响到张力、摩擦系数等的变化，即影响轧制压力变化。可通过调速改变轧制压力以实现厚度自动控制的目的。,实现厚度自动控制的系统,AGC,。,根据轧制过程中对厚度的控制方式不,同，,AGC,的基本形式有：反馈式、厚度,计式、前馈式、监控式、张力式、金属,秒流量式、相对值式、绝对值式、动态,设定式和各种补偿系统等十种。,一、反馈式厚度自动控制的基本原理,控制原理,数学模型,反馈方程,缺陷,时间滞后的形式：,1,）传递滞后,2,）过渡过程滞后（压下系统的反应程度、计算机控制时间）,二、厚度计式厚度自动控制的基本原理,（,P-AGC GM-AGC,）,控制原理,数学模型,（,1,）基本假设 （,2,）数学模型,S,P,/,K,m,三、前馈式厚度自动控制的基本原理,控制原理,数学模型,S=M/Km,H,前馈方程,缺陷：不与,h,作,比较，实,际的,h,未知,四、监控式厚度自动控制的基本原理,使用意义：对于采用,P-AGC,、张力式、液压式的轧机或机组，由于轧机方面的原因可能导致误操作而进行弥补，以保证厚度精度。,控制原理：用设置在出口侧的高精度,X-,射线测厚仪或同位素测厚仪所测得的厚度实测值与设定值进行比较,h,X,，按照金属秒流量相等的原则推算出各个机架的轧出厚度偏差，作适当的压下或张力调节，对各机架的,AGC,系统进行监控修正，来提高成品带钢的厚度。,因此，通过出口侧高精度测厚仪,检测轧机出口侧带材的厚度偏差，控,制轧辊辊缝或轧制压力，使厚度偏差,趋于零。厚度监控可以消除因热膨胀、,轧制速度等对出口厚度的影响，消除,入口厚度变化和入口带材硬度变化的,影响。,3.,数学模型,连轧精轧机组各机架的出口厚度偏差为：,每个机架,X-,射线测厚仪的监控值为：,MN,n,MN,n,-1,K,X,h,X,五、张力式厚度自动控制的基本原理,控制原理,张力微调的实现,（,1,）调节速度,（,2,）调节活套机构,的给定转矩,3.,控制模型：,六、金属秒流量厚度自动控制的基本原理,质量流,AGC,、物流,AGC,、,MF-AGC,控制原理：光电砝码,L,、,l,；或激光测速器,v,H,、,v,h,；,测厚仪,H,、,h,按,秒流量相等原则按反馈方程来调节压下系统控厚。,2.,数学模型,h,H,L,/,l,或,h,H,H,/,h,3.,秒流量,AGC,系统的构成,一套完整的秒流量,AGC,系统应由,厚度前馈,(,预控,),环、按金属秒流量相等,原则计算出的轧出厚度的厚度反馈环,和厚度监控环组成。,七、液压式厚度自动控制基本原理,控制原理,1,）位置传感器,下支,撑辊的实际位置,2,）压力,传感器及弹跳,方程,位置设定值,1,与,2,比较,借助轧机,的液压系统，通过液,压伺服阀调节液压缸,油量和压力来控制轧,辊的位置进行的厚控。,从控制原理来将，液压,AGC,是按,照轧机刚性可变控制的原理来实现厚,度的控制。所谓轧机刚度可变控制，,实质就是改变轧辊位置补偿系数,C,而,改变等效的轧机刚度系数,K,E,来实现厚,度的自动控制。,2.,数学模型,轧辊位置补偿之后的带钢轧出厚度偏差：,改变轧辊位置补偿系数,C,K,E,轧辊的位置,厚控,3.,轧机刚度可变控制系统,4.,应用：随着轧制速度和自动化程度的提高，为了更有效地控制带钢纵向厚度公差，提高成品带钢质量，液压压下已成为压下系统的发展方向。其主要优点：,（,1,）惯性小、反应快、截止频率高，系统对外来干扰跟随性好，调节精度高。,（,2,）由于系统响应快，因此对轧辊偏心引起的辊缝发生高频周期变化的干扰能进行有效清除。,（,3,）可实现轧机刚度系数调节，可依据不同的轧制条件选择不同的刚度系数获得更高的成品厚度精度。,八、绝对值,AGC,控制系统的基本原理,ABS-AGC,1.,问题的提出：常规,AGC,系统都是以相对实际厚度的某一锁定厚度，即目标厚度为基准进行厚控的，属于相对值厚控范畴，使所控制的厚度精度受制约，为进一步提高厚度精度，而提出了绝对值,AGC,的理念。,AGC,的工作方式,目标值的确定方法,（,1,）绝对,AGC,：机架锁定板厚设定值是轧机受载某一时间后的负载辊缝计算值。采用此方式时，,AGC,功能也在相应确定的时间后参与辊缝调节。如：,2050,为,20ms,。,（,2,）相对,AGC,：机架锁定板厚设定值为轧机受载后一定时间内负载辊缝计算值的平均值，这时,AGC,功能在机架受载后参与辊缝调节。如：,2050,取,3s,后四次的平均值，而,1700,取头部厚度。,2.,控制的基本出发点：所轧板材的厚度,精度只取决于厚度计模型，通过增加,厚度计模型的精度，避免了由轧制力,模型误差所造成的轧制厚度误差的问,题。在此系统中，过程计算机同时向,AGC,提供目标厚度及预设定辊缝，并,且应用厚度计原理，使,AGC,调整辊缝,得到目标厚度。,3.,绝对值,AGC,装置的要点,(1),要开发出高精度厚度计模型；,(2),用高精度仪器进行在线测量和模型变,量的数据处理；,(3),与此同时，为了使所轧板材端部和水,印部位的厚度变化减到最小，必须实,现控制系统的快速响应,(,如采用液压,驱动来调节辊缝,),。,4.,模型思路,板厚,=,辊缝,+,轧机变形模型,+,轧辊热膨,胀模型,+,轧辊磨损模型,辊缝，采用,BISRA,厚度计公式,轧机变形模型分两部分，即与宽度有,关和无关两项计算式,轧辊热膨胀模型和轧辊磨损模型通过,在线高精度检测技术获取,九、动态设定型控制系统的基本原理,D-AGC,控制原理：是通过实时测量压力增量值来计算下一步的辊缝设定增量值，然后通过,APC,实现,AGC,控制功能的系统。实质上为增量型,GM,方式,AGC,。,控制模型,3.,控制系统,4.,应用：响应速度要比,BISRA-AGC,快,2,3,倍；可变刚度范围较宽；与其他厚控方法共用时其稳定性好，无相关干扰，因此得到很好的应用。,十、厚度自动控制系统中的补偿控制原理,厚度补偿控制系统（或称为附加控制,回路）是厚度自动控制系统中不可缺少,的组成部分，对各机组的厚度精度具有,直接控制效果，一般它包括有：支持辊,偏心的补偿、油膜厚度的补偿、板带钢,宽度的补偿、速度的补偿、带钢尾部补,偿的控制。,1.,支撑辊偏心的,AGC,补偿系统,（,1,）形成原因及其后果：因轧辊安装不,当,板厚呈周期性的变化,（,2,）消除方法和措施：在机械上消除轧辊偏心的影响不大可能，必须在电气控制系统上采取措施。而采用液压压下实现厚度自动控制，为消除轧辊偏心的影响提供了可能性，具体有：,A),改善支撑辊的重磨和提高其装配精度；,B,）恒压控制自动补偿偏心；,C,）恒位置控制自动补偿偏心；,D,）设置偏心滤波装置。,2.,油膜厚度的,AGC,补偿系统,（,1,）形成原因：当轧机加、减速时，油膜轴承的进油量发生变化，而影响辊缝大小。,（,2,）模型：实际轧出厚度,h,取决于压下位置,S,、轧机的弹性变形,S,、油膜厚度,O,f,以及,X-,射线厚度监控量,X,M,，即,h,=,S,+,S,-,O,f,+,X,M,，其中油膜厚度,O,f,是轧制速度,v,和轧制压力,P,的函数，即,O,f=,f,(,v,，,P,),。,（,3,）控制原理,采用测速发电机测出主电机的速度，经电压变换器送入函数发生器，函数发生器根据不同的轧制速度，输出相应的辊缝补偿值给液压辊缝调节系统进行辊缝调整，以调节带钢厚度偏差。,3.,板带钢宽度的补偿系统,（,1,）原因：轧制时，工作辊与轧件、支撑辊接触，当轧件宽度发生变化时，使接触应力的分布发生变化,对轧机刚度系数发生影响,h,波动,（,2,）模型：,（,3,）控制原理：在控制回路中按机组的生产条件，设置,宽度补偿用放大器，以位置给定器,RH,的给定进行相应的宽度补偿。,活套补偿系统（压下补偿系统、速度补偿系统）,（,1,）原因：当,AGC,系统移动压下而改,变辊缝进行调厚（即调压下厚控）时，必然使压下率变化，从而影响前,滑和后滑，改变带钢出口和入口速度。,这种现象将干扰活套的工作，而活套,的动态调节又将反过来影响调厚效果,h,波动,（,2,）模型：,其中：,（,3,）控制原理：当调压下厚控时，检测出前滑率、后滑率的变化，事先给主速度一个补偿信号，来控制轧制速度，以便保持机架间带钢活套量恒定。,5.,尾部补偿系统,（,1,）原因：带钢尾部温度较低，加上带,钢尾部由于后张力迅速消失，必然导致,尾部瞬间增厚，这种现象称为尾部厚跃。,在现代化,AGC,系统中，普遍采用了尾,部补偿功能。,（,2,）,补偿方式及其模型,“压尾”法，即在带钢尾部离开第,i,-1,机,架时，增大第,i,机架的压下量，其数,学模型是：,“拉尾”法，即当带钢尾部离开第,i,-1,机,架时，降低第,i,机架的速度，使第,i,与,第,i,+l,机架之间的张力加大，以补偿,尾部张力消失的影响。,4.3,带钢热连轧厚度自动控制系统,以,2050,带钢热连轧的厚度自动控制,系统为例。,一、概述,1.,厚度设定值的确定：该机组各机架负,载辊缝计算值,h,是以弹跳方程为基础，,并综合考虑了各方面的因素所得，其表,达式为：,式中：,S,0,初始设定辊缝；,S,0,辊缝零调时的轧机弹跳量，,P,0,辊缝零调时的轧制压力，约,9.8MN,；,K,m0,对应,9.8MN,轧制压力的轧机刚性系数；,P,/,K,m,轧机的弹跳量，,P,为轧制压力；,P,B,K,B,/,K,m,弯辊力引起的轧机弹跳量；,P,B,弯辊力；,K,B,与轧件宽度相关的系数；,S,LA,油膜补偿量，,S,LA,K,v,K,p,；,其中,K,v,与支撑辊转速相关的系数，,K,v,f,(,),；,K,p,与轧制压力相关的系数，,K,p,f,(,P,),；,S,CVC,使用,CVC,功能时对辊缝的补偿量；,S,W,轧辊热膨胀量，主要跟轧制时间相关。,2.,液压,AGC,的修正功能：,液压轧机是一个非常复杂的多变量,系统，影响产品精度的因素相当多，而,且各变量之间存在着耦合关系，即使在,恒辊缝轧制的情况下，由于轧制速度、,弯辊力、带材入口厚度、冷却、调偏量,的变化，也会使出口厚度目标值发生偏,差。传统的做法是使用厚度监控来校正,这些偏差。,但由于厚度监控周期不可能很,快，因此，会不可避免地降低了控制,精度，尤其对于高速、薄带轧机。轧,机数学模型决定了轧机辊缝、轧制力、,弯辊力、轧制速度、轧制力矩、冷却,等参数之间的关系，在实际控制过程,中，适时、适量的调整及补偿，可以,减少上述偏差的出现，进而提高控制,精度。,2050,机组,液压,AGC,，在分析了产,生带钢纵向厚度波动的诸多因素之后,设置的修正功能包含了三部分组成：,根据弹跳方程,h,S,0,P,/,K,m,得出的弹,跳修正量；,借助于负载辊缝采样统计得到的偏心,滤波修正量；,借助于,F7,机架后面的测厚仪实现的监,控修正量。,二、,AGC,功能及其控制,AGC,功能,共,10,项,零调时机架的弹跳量，,S,0,=P,0,/K,m0,；,机架的弹跳量，,S=P,K,m0,；,油膜补偿量，,S,LA,=K,F,K,v,；,弯辊力补偿量，,K,B,P,B,/K,m,；,轧辊热膨胀引起的辊缝变化，,S,W,=f(D),轧辊偏心量形成的偏差，,锁定时的厚度；,AGC,的积分器；,数字系统的特殊匹配；,监控,AGC,修正量。,2.,控制系统,4.4,带钢冷连轧和单机轧制厚度自动控 制系统,一、冷连轧机的厚度自动控制,冷连轧机厚度自动控制系统的基,本设想是：,粗调,AGC-,精调,AGC,附,加控制回路，即：,粗调,AGC,系统：第一机架采用调压下,进行厚差的粗调，保证来料厚度偏差,基本消除，并协调其它机架。,精调,AGC,系统：在末架采用张力进行,精调，以保证良好板形的同时，对产,品厚度进行精确控制。如厚度偏差超,出了精调系统的可调范围，则要改变,第一架的设定值，同时重新分配各架,压下量，以达到厚度精度，建立保持,秒流量恒定的初始条件。,AGC,补偿系统,附加控制回路：为,提高厚控系统精度，需增加各种补偿,系统。,以,2030mm,五机架冷连轧机,AGC,系,统为例。,1.,主要设备组成,2.AGC,系统的基本设想,粗调,AGC,：借助于第一机架的,AGC,控,制系统，将带钢的绝大部分的厚度偏,差在第一机架中予以消除，调整量较,大。,精调,AGC,：通过第,4,、,5,架的,AGC,控制,系统来厚控，通常调整量较小。,附加控制回路：第一架的油膜厚度补,偿系统、甩尾辊缝修正等。,AGC,系统的功能,有,11,个功能模,块构成,：,第,1,机架前馈控制,第,1,机架负载辊缝调节,第,1,机架反馈控制,第,2,机架前馈控制,第,4,机架前馈控制,第,4,机架反馈控制,第,5,机架前馈控制,第,5,机架反馈控制,第,4,与第,5,机架间张力极限控制,C,方式出口厚度反馈控制,甩尾时辊缝修正,4.,各功能的数学模型,系统概况图,5.AGC,方式的选择及其功能,（,1,）,AGC,方式的选择条件,AGC,方式,C,的选择：当带钢本身硬度和变形,量都不大，且变形量都集中在前,4,个机架，第,5,机架用来改善板形而作为平整机架时采用。,AGC,方式,B,的选择：在带钢比较硬时，调,P,或,v,效果不好，而通过调张力厚控时应用。,AGC,方式,A,的选择：当带钢硬度不大，而变,形量很大时采用，此时由,5,个机架来完成全,部的变形。,（,2,）,AGC,三种方式的功能组合,二、单机架冷轧机的,-AGC,概念,-AGC,在单机架冷轧时，将带材的,厚度偏差控制在微米级范围之内的一种,微米精度的厚度自动控制系统。采用这,种厚控系统，可以使其厚度偏差控制在,(1,2,）的范围内。,2.,基本原理,采用初始控制回路、前馈控制回路,和反馈控制回路联合应用来实现高精度,带材的厚度自动控制，其控制系统有三,个环节构成,初始控制回路、前馈控制,回路和反馈控制回路,高精度,AGC,系统的控制原理图,（,1,）初始控制回路,应用前提：在可逆式轧机上轧制带材,时，带材头尾厚度超差，造成大量的,金属损失，为使带材头尾在控制下轧,制而设置的回路。,控制原理：应用初始控制回路，使带,材一通过入口测厚仪，轧机就根据该,测厚仪测得的入口厚度与给定厚度相,比较的结果，针对所要求的出口厚,度，按延伸率的原则，通过计算机和液,压系统准确地进行辊缝的设定和控制，,使带材头尾在厚度公差允许的范围之内,。,注意事项：应用初始控制回路时，前,馈、反馈控制回路尚未开启，只有当带,材已到达出口测厚仪、测长仪和卷取张,力建立之后，前馈和反馈控制回路方可,自动投入。,一般初始控制回路可以使带材头尾,的厚度精度达到,(3,5,）。,（,2,）前馈控制回路,应用目的：用来消除来料厚度偏差。,控制原理：带材入口侧测厚，将测出,的厚度与目标入口带材厚度进行比较,而产生一个与它成比例的偏差信号，,然后将偏差信号经计算机送给液压伺,服阀，使液压压下作出相应调整，借,此来消除来料厚差。,