单机架可逆式冷轧机AGC系统.PDF

2000年9月钢 铁 研 究第5期总第116期 September 2000Research on Iron 保证张力轧制;提高卷 重;改造工艺冷润系统等 [1、2、3] 。其中,采用AGC 厚度自动控制技术是一种投资少、 见效快、 切实可 行的现代化改造手段。本文主要介绍某钢厂800 单机架可逆式四辊冷轧机的厚度控制系统及实际 应用情况。 2 单机架可逆式轧机AGC技术介绍 2.1 厚度自动控制AGC策略 在进行厚度自动控制时,要用到轧制时的弹 塑性曲线来表示轧件和轧机的相互作用,如图1 所示。 图1 轧制时的弹塑性曲线 根据轧制时的弹塑性曲线可得出弹跳方程 hS0 P-P0ΠK1 式中 S0 预压靠时的原始辊缝 P 轧制时轧制压力 P0 预压靠时轧制压力 23 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. K 轧机刚度系数 为了消除各种原因造成的厚差,运用轧制时 的弹塑性曲线,可采用各种不同的厚度调节方案 和措施,具体有如下几种方法。 1调压下。调压下是厚度控制最主要的方 式,常用来消除由于轧件和工艺方面的原因影响 轧制压力而造成的厚度差,调压下方法包括反馈 式、 厚度计式、 前馈式、 秒流量法液压式等厚度自 动控制系统,广泛应用于热连轧、 冷连轧的头几机 架、 单机架冷轧机上。 2调张力。调张力即利用前后张力的变化 来改变轧件塑性变形线的斜率以控制厚度。这种 方法在冷轧薄板时用得较多。但目前在冷轧厚度 控制时不单独应用此法,往往采用调压下与调张 力互相配合的联合方法。 3调轧制速度。轧制速度的变化影响到张 力、 温度和摩擦系数等因素的变化,故可通过调速 来调张力和温度,从而改变厚度。 2.2 单机架冷轧机厚度自动控制技术 对于单机架冷轧机的AGC控制,由于其结构 简单,因而厚控方式也多种多样。除了常见的反 馈AGC、 厚度计式AGC、 前馈AGC、 压力AGC外, 近几年来又出现了秒流量AGC [4] 、 直接测量辊缝 的压力AGC [5] 、 恒压力轧制等方式。传统的方法 主要是采用监控反馈AGC和压力AGC联合控制 的方法,这种方法可以消除大部分的来料厚差。 3 800单机架可逆式冷轧机厚度控制系统 3.1 控制系统简介 某轧钢厂 750Π 250800单机架可逆式四辊 冷轧机,所轧材料为Q215、Q235等普碳钢以及 08A1等优质钢,可轧带钢宽度100～600 mm ,轧速 0～3 mΠs ,年产钢材1～2万t。在技术改造中为这 台轧机研制了计算机过程控制系统,包括直流传 动系统的数字化改造、 计算机规程设定系统、 主机 速度和准确停车控制系统、 厚度自动控制系统、 张 力自动控制系统,从而构成了一个完整的两级计 算机控制系统,实现了控制、 管理一体化,见图2。 3.2 控制设备简介 3.2.1 检测仪表的配置 1在800轧机的入口及出口处都安装了X 射线测厚仪; 模拟量 信号 2路 数字量 信号 脉冲量信号 速度、 辊缝 压头测厚仪光电码盘 PC总线 下位机 串行口RS422 主电室 Mertor- 2 传动系统 PLC24路 传动系统 PLC24路 数字传动装置 开关 量信 号输 出24 路 开关 量信 号输 入24 路 模拟 量信 号输 出24 路 PCLD 880 PCLD 880 PCLD 785 PCLD 782 PCL 5484 PCL 724 PCL 830 PCL 728 上位机 操作台 图2 单机架可逆式冷轧机计算机过程控制系统 2在800轧机的压下螺丝处安装了测压头; 3在800轧机的压下螺丝处安装了光电编 码器作为辊缝仪; 4在800轧机的前后导向辊上安装了光电 编码器作为测速仪。 3.2.2 计算机控制系统 控制系统由两台工业控制计算机组成,分别 称为上、 下位机,其间通过双工串行口RS422进行 通讯。所采用的工业控制机为IPC610工业级 PC机,能适应复杂恶劣的工业环境,满足温度、 湿 度、 粉尘、 冲击振动、 电磁干拢等要求。 在轧制过程,为了对轧机进行实时在线控制, 必须即时采集、 发送各种模拟量信号、 数字量信号 及脉冲量信号,包括轧制压力、 张力、 厚度、 辊缝、 速度。因此,采用了模拟量输入Π 输出卡、 数字量 及脉冲量输入Π 输出卡、 开关输入Π 输出卡。 3.3 厚度控制模型 根据 750Π 250800冷轧机的轧制工艺过 程,为了进行实时在线控制,提高轧制出口厚度的 精度,提高劳动生产率,设计了一个复合反馈控制 系统模型,主要是采用反馈监控 AGC和前馈 AGC联合控制的方法。这种方法可以消除大部 分的来料厚差,对于轧机类拢动中的低频拢动,如 支承辊轴承油膜、 轧辊热膨胀、 轧辊磨损也将通过 采取相应的补偿法来克服其影响。 该复合反馈控制系统模型的工作原理是把 33 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 输出量检测出来,经过物理量的转换,再反馈或 前馈到输入端去与给定量进行比较,并利用比较 后的偏差信号,经过控制器对控制对象进行控制, 抑制内部或外部拢动对输出量的影响,从而减少 输出量的误差。 在本控制系统模型中,控制对象是轧机的轧 制工艺过程,被控制量或输出量是带钢的轧出厚 度。输入量则根据对控制对象和输出量的影响又 可分为两种原则上不同的类型,一类是控制量或 给定量,另一类是拢动量。在本控制系统中,只考 虑对输出量有较大影响的输入量,故而给定量确 定为设定出口厚度,拢动量确定为以下四类因素 轧件成分和组织的不均匀;坯料尺寸的变化;轧辊 的热膨胀、 磨损的偏心;还有摩擦系数的波动等。 从结构上看,本控制系统模型是一个复合控 制系统模型,其中包括一个厚度监控环、 一个厚度 前馈预控环、 一个厚度反馈环。 由于在系统中采用了数字计算机作为控制 器,它的输入、 输出和反馈各量都必须是离散的数 字量,而执行机构输入的控制量也是离散的数字 量,其输出量是连续的模拟量,因此,这一系统是 由离散控制部分和连续控制部分组成,在两部分 的接口处有控制信号的转换装置 数模转换和 模数转换装置。由于在系统的采样过程中,信号是 以脉冲列或数码的型式来传递的,因而又称为采样 数字控制系统。本模型的基本环节组成见图3。 图3 800冷轧机厚度控制系统模型 1控制对象指所要进行控制的轧制工艺过 程。 2执行机构指由传动装置和调节机构所组 成的机构,它直接作用于控制对象,使被控制量达 到所要求的数值。 3检测装置指测厚仪、 测压仪、 测速仪、 辊 缝仪等一次仪表以及数据采集卡,用来检测厚度、 压力、 速度、 辊缝等模拟量,并将其转换成为数字 量。这些检测装置的精度和特性直接影响到控制 系统的控制品质,是构成控制系统的关键性元件。 4给定环节是设定被控制量的给定值的装 置,在要求控制精度高时,常用数字给定装置。 5比较环节比较环节将所检测的被控制量 和给定量进行比较,确定两者之间的偏差量。该 偏差量由于功率较小或由于物理性质不同,还不 能直接作用于执行机构,所以,在执行机构和比较 环节之间还有中间环节。 6中间环节中间环节一般是放大元件,将 偏差信号变换成适于控制执行机构工作的信号。 在计算机控制的系统中,中间环节一般由计算机 来完成,实际上是计算机的一个功能程序,因此可 以很方便的改变控制规律。 4 现场实际应用 现场实际应用的基本设想首先是认真观察第 一道次时的入口来料厚差,分析产生厚差的原因, 根据产生厚差的原因不同,考虑合适的厚度自动 控制系统来消除它;其次,合理分配各道次的厚差 43 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 调整范围。 经过现场实际应用,本AGC控制系统在实际 生产中取得了比较满意的控制效果。现场原材料 尺寸为单位mm 3.0～ 2.5 280 ～210 ,成品 尺寸为单位mm 1. 0～ 0. 9 280 ～210 ,材质 Q235BF或08A1。现场实时采集出口厚度数据, 并经统计得出如下结果。人工轧制和AGC控制 轧制的精度比较见表3。 表3 人工轧制和AGC控制轧制的精度比较 厚差10μ20μ30μ40μ50μ≥50μ 人工轧制493114412 AGC控轧62306001 注来料规格2. 5 mm210 mm,成品尺寸0. 9 mm210 mm;材质 Q235BF 由表3可知,该轧机刚度较好,故而在人工轧 制时厚差在 20μ范围之内的可达到80 ,效果 较不错。但是如果采用前馈加反馈AGC进行控 制时,厚差在 20μ范围之内的达92 ,效果良 好。如果能将该800轧机的压下电机由电动式改 成液压式,厚度控制的精度还可以有更大的提高。 5 结 论 1将前反馈加反馈的AGC控制系统在某轧 钢厂800轧机上应用于现场生产,使轧制厚度精 度明显提高。 2建议对800轧机的现有设备进行更换,并 对影响系统响应精度的一些参数进行优化,以进 一步提高厚度控制的精度。 3由于冷轧带钢在我国市场前景十分广阔, 对我国已有的和正在兴建的冷带轧机安装AGC 装置,投资少,见效快,切实可行,它对于我国冷轧 带钢生产的现代化具有重要的实际意义。 参 考 文 献 1 宋加.我国窄带钢市场及发展前景.轧钢,1999 ,259 2 张树堂.我国冷轧窄带钢生产的现代化改造.轧钢,1989 ,424 3 李天棋.现代单双机架四辊可逆式冷轧机生产技术发展.轧 钢,2000 ,438 4 邵远敬.秒流量液压AGC系统 用于单机架可逆冷轧机的 AGC系统.轧钢,1994 ,459 5 李清.铝冷轧机液压IGC厚控系统.冶金自动化,1992 ,627 收稿日期2000 - 05 - 12 上接第12页 脱磷反应受渣相传质控制;当LP很大时, 1 ρSKS 可 忽略,此时脱磷反应主要受钢水内传质控制。 冶炼前期加入含Na2CO3渣发生的分解反应, 有CO2气体逸出,加之脱碳反应生成的CO气体 对钢渣均有相当强烈的搅拌作用,有利于钢渣间 脱磷反应的进行。另外中后期随着熔池温度的升 高,渣侧传质系数随之增大,因而也有利于脱磷反 应。 4 结 论 1试验工艺在氧化中期每吨钢加入15 kg含 Na2CO3脱磷渣,同时吹氧搅拌条件下,与常规工 艺相比较,停止吹氧时钢水磷含量平均降低 0.004 以上,成品钢磷含量平均降低0. 005 以 上,取得了较为明显的脱磷效果。 2试验工艺金属炉料中磷含量控制范围放 宽在0.030 以下,而常规工艺金属炉料磷含量 必须控制在不大于0. 020 ,这不仅为不锈钢配 料提供方便,同时降低了炼钢成本。 致 谢 长城特殊钢公司梅洪生、 王强等给 予了大力支持,特此致谢。 参考文献 1 梁连科,车荫昌,杨怀等.冶金热力学及动力学.沈阳东北工 学院出版社,1990 2 陈家祥.钢铁冶金学.北京冶金工业出版社,1990 3 汪大州.钢铁生产中的脱磷.北京冶金工业出版社,1986 收稿日期2000 - 05 - 12 53 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.