厚度自动控制AGC课件.ppt
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- 厚度 自动控制 AGC 课件
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1、 主要内容1.冷轧产生厚差的原因冷轧产生厚差的原因2.弹塑性曲线弹塑性曲线 3.AGC4.HC轧机受力分析轧机受力分析5.传动力矩传动力矩6.轧制压力(变形抗力)轧制压力(变形抗力)1.冷轧产生厚差的原因冷轧产生厚差的原因 冷带厚度精度分为:带钢冷带厚度精度分为:带钢头部厚度命中率头部厚度命中率和带钢和带钢全长厚度偏差全长厚度偏差。带钢头部厚度命中率取决于厚度设定模型的精度;带钢全长厚度差由带钢头部厚度命中率取决于厚度设定模型的精度;带钢全长厚度差由AGC根据头部厚度(根据头部厚度(相对相对AGC采用头部锁定)或根据设定的厚度采用头部锁定)或根据设定的厚度(绝对绝对AGC)使全长各点厚度与锁定
2、值或设定值之差小于允许范围。)使全长各点厚度与锁定值或设定值之差小于允许范围。v 影响头部命中率的因素为:设定模型精度不高(主要是轧制力影响头部命中率的因素为:设定模型精度不高(主要是轧制力模型的精度);模型的精度);影响带钢全长厚度偏差的因素可分为:影响带钢全长厚度偏差的因素可分为:(1)由带钢本身工艺参数波动造成,包括来料厚度不均以及化学成由带钢本身工艺参数波动造成,包括来料厚度不均以及化学成分偏析等;分偏析等;(2)由轧机参数波动造成,包括支持辊偏心、轧辊热膨胀、轧辊磨由轧机参数波动造成,包括支持辊偏心、轧辊热膨胀、轧辊磨损以及油膜轴承油膜厚度的变化等。损以及油膜轴承油膜厚度的变化等。1
3、.冷轧产生厚差的原因冷轧产生厚差的原因2.弹塑性曲线弹塑性曲线2.弹塑性曲线弹塑性曲线 弹跳方程弹跳方程是分折厚度自动控制系统的一个有效工具,通过它不但是分折厚度自动控制系统的一个有效工具,通过它不但可以弄清各种因素对厚度的影响,而且还可定量地分析各种厚度控制可以弄清各种因素对厚度的影响,而且还可定量地分析各种厚度控制方案。一种直观简易的分析方法是将变形区中的轧制力作为纵坐标,方案。一种直观简易的分析方法是将变形区中的轧制力作为纵坐标,而把厚度作为横坐标,作成而把厚度作为横坐标,作成P-h图,在此图上,可以综合地研究变形图,在此图上,可以综合地研究变形区中轧件区中轧件(塑性方程式塑性方程式)和
4、轧辊和轧辊(弹性方程式弹性方程式)间相互作用又相互联系的力间相互作用又相互联系的力和变形关系,如图和变形关系,如图1所示。所示。图1 P-h图(弹塑性曲线)hPP0SHKMS(h)图2 P-h图 P-h图在定性上比较直观,是目前讨论厚差和厚度控制现象的一个图在定性上比较直观,是目前讨论厚差和厚度控制现象的一个有用工具。由于轧出厚度有用工具。由于轧出厚度h即为即为“有载有载”辊缝值,因此在横坐标辊缝值,因此在横坐标h上亦很上亦很清楚地表达了清楚地表达了“空载空载”辊缝值辊缝值So,轧出厚度,轧出厚度h和机座弹跳量。这样在和机座弹跳量。这样在Ph图上可以同时表达出轧机弹性变形和轧件塑性变形的情况。
5、图上可以同时表达出轧机弹性变形和轧件塑性变形的情况。h=Sp=S+P/K由图由图2可以看出:可以看出:其中:其中:S-空载辊缝;空载辊缝;P-轧制压力;轧制压力;K-轧机刚度。轧机刚度。实际生产中,辊缝零点(位)很难确定,一般采用轧辊压靠方法实际生产中,辊缝零点(位)很难确定,一般采用轧辊压靠方法确定轧辊的零位(图确定轧辊的零位(图3)(压靠过程中同时测定轧辊刚度)。)(压靠过程中同时测定轧辊刚度)。h=So+(P-P0)/Kp+O+G (2)式中式中 So-人工零位的辊缝仪指示值,人工零位的辊缝仪指示值,mm;K-机座刚度系数,机座刚度系数,kN/mm;(1)图3 轧辊压靠 P-轧制压力,轧
6、制压力,kN;P0-预压靠力,预压靠力,kN;O-油膜厚度,油膜厚度,mm;G-辊缝零位,辊缝零位,mm。轧辊压靠零位实际上是负辊缝轧辊压靠零位实际上是负辊缝(压扁辊缝)(压扁辊缝)2.弹塑性曲线弹塑性曲线2.弹塑性曲线弹塑性曲线 各道次厚度分配确定以后,就可以由轧制压力公式计算出各道次压各道次厚度分配确定以后,就可以由轧制压力公式计算出各道次压力,然后由式(力,然后由式(2 2)计算出各道次需要的轧辊辊缝值,并送到)计算出各道次需要的轧辊辊缝值,并送到APC(Automatic Position Control)APC(Automatic Position Control)系统进行辊缝设定。
7、系统进行辊缝设定。So=h (P-P0)/Kp+O+G (3)由弹塑性曲线,可以定性的分析各种因素对轧制厚度的影响和控制由弹塑性曲线,可以定性的分析各种因素对轧制厚度的影响和控制厚度的方法。厚度的方法。(1)轧机方面的原因轧机方面的原因(见图见图4)属于这类的有轧辊偏心属于这类的有轧辊偏心(使轧辊使轧辊发生周期变动发生周期变动)和轧辊热胀、轧辊和轧辊热胀、轧辊磨损。前者为一变化频率高的外部磨损。前者为一变化频率高的外部干扰量,后者则变化缓慢,但产生干扰量,后者则变化缓慢,但产生的现象都是在辊缝指示值的现象都是在辊缝指示值So不变不变的情况下,实际辊缝有所变动。因的情况下,实际辊缝有所变动。因此
8、,使出口厚度波动。此,使出口厚度波动。图4 偏心影响及偏心控制(2)轧件方面的原因轧件方面的原因 属于这类的有入口厚度波动边属于这类的有入口厚度波动边(图图5)和轧件硬和轧件硬 度波动度波动(图图6)。图图5 来料厚度偏差及控制来料厚度偏差及控制 图图6 来料硬度影响及控制来料硬度影响及控制 轧机刚度对厚差的影响轧机刚度对厚差的影响图7 轧机刚度对轧件厚度的影响 当来料出现厚度偏差时,轧机刚度大,则产生的出口厚差小。当来料出现厚度偏差时,轧机刚度大,则产生的出口厚差小。2.弹塑性曲线弹塑性曲线 轧机的自消差能力2.弹塑性曲线弹塑性曲线 如图如图8所示,当来料出现厚度偏差所示,当来料出现厚度偏差
9、 时,轧产生的出口厚差时,轧产生的出口厚差 。由。由图中的几何关系可知:图中的几何关系可知:hHMPhxhH 又:;KhPKhP 代入整理:代入整理:HKMMh 经过轧制以后,来料厚差减小了,经过轧制以后,来料厚差减小了,称为轧机的自纠偏能力。称为轧机的自纠偏能力。图8 来料厚差和成品厚差的关系2.弹塑性曲线弹塑性曲线 为了消除厚差,可采用各种不同的措施为了消除厚差,可采用各种不同的措施(厚度控制方案厚度控制方案):a)移动压下移动压下 这常用来消除轧件方面原因造成的厚差。如果轧件较硬这常用来消除轧件方面原因造成的厚差。如果轧件较硬(当轧合金当轧合金钢或轧件较薄时,轧件塑性变形线较陡钢或轧件较
10、薄时,轧件塑性变形线较陡),则移动压下来调厚的效率较,则移动压下来调厚的效率较低,能消除的低,能消除的 值较小,大部分都转成轧机弹性变形了。值较小,大部分都转成轧机弹性变形了。对于轧机方面的原因造成的厚差,如是热胀等缓慢变化量,则可用对于轧机方面的原因造成的厚差,如是热胀等缓慢变化量,则可用相应的压下移动来补偿此实际辊缝值的变化,使轧件厚度不变;对于相应的压下移动来补偿此实际辊缝值的变化,使轧件厚度不变;对于高频变化的偏心影响,如是液压压下则尚可高速地给予补偿,如是电高频变化的偏心影响,如是液压压下则尚可高速地给予补偿,如是电动压下,则不能用来回移动压下的方法消除。动压下,则不能用来回移动压下
11、的方法消除。h b)利用张力利用张力,改变轧件塑性线,改变轧件塑性线来进行厚度控制,但张力变动范来进行厚度控制,但张力变动范围有限,变动过大容易造成宽度围有限,变动过大容易造成宽度不合格,因此控制效果受到限不合格,因此控制效果受到限制。制。图9 张力调厚3.AGC(Automatic Gauge Control)3.1 辊缝传递函数辊缝传递函数 和和 关系关系(图图10)。由图知,当压下移动由图知,当压下移动 时,轧件厚度变化并不是时,轧件厚度变化并不是 ,而仅仅是,而仅仅是 ,它们间的关系可推导如下。它们间的关系可推导如下。图图10 和和 的关系的关系ShSShShv 因此,在因此,在Cp和
12、和Q一定的情况下,为了消除一定的情况下,为了消除 值,值,压下需移动压下需移动 值才行。值才行。称为称为辊缝传递函数辊缝传递函数,或者,或者压下效率系数压下效率系数。ShKMK K=Cp,轧机刚度系数,轧机刚度系数,t/mm;M=Q,轧件塑性系数,轧件塑性系数,t/mm。3.AGCtantanSabhcbKM11()()tantancdcdKMabaccbcdcdKMKMcdcbM()cdhcbKMcd KMSabKMKMKhSKM3.AGC 轧机刚度(系数)和轧件塑性系数的确定。轧机刚度(系数)和轧件塑性系数的确定。(1)轧机刚度)轧机刚度K a)轧板法轧板法 将轧机压靠到一定压力后,抬起轧
13、辊,固定辊缝,轧制一定厚度的轧将轧机压靠到一定压力后,抬起轧辊,固定辊缝,轧制一定厚度的轧件,测量轧后厚度、轧制压力等,由式(件,测量轧后厚度、轧制压力等,由式(2)可以求出轧机刚度:)可以求出轧机刚度:h=So+(P-P0)/Kp+(O+G)(2)轧制若干铝板,得到几个不同的刚度系数,然后求平均值。轧制若干铝板,得到几个不同的刚度系数,然后求平均值。b)压靠法压靠法 轧机慢速转动,将轧辊压靠,得到表轧机慢速转动,将轧辊压靠,得到表1所示的压力和辊缝值。由此可以求出所示的压力和辊缝值。由此可以求出各刚度系数:各刚度系数:最后取平均值,求出该轧机的刚度(系数)。最后取平均值,求出该轧机的刚度(系
14、数)。iiiSPK表1 压靠法测量轧机刚度(2)轧件塑性系数)轧件塑性系数M 采用计算法确定轧件塑性系数采用计算法确定轧件塑性系数M,根据定义:,根据定义:用轧制压力公式计算在一定的用轧制压力公式计算在一定的hi下的压力下的压力Pi,然后,将厚度增加一个增,然后,将厚度增加一个增量量 ,计算轧制压力增量,计算轧制压力增量 ,根据根据M的定义,可以得到轧件塑性系的定义,可以得到轧件塑性系数。数。iihPMPiih 3.2 前馈前馈AGC AGC系统一般是根据反馈原理工作的,即利用直接或间接测厚系统一般是根据反馈原理工作的,即利用直接或间接测厚(间接测厚即用实测轧制力和辊缝信号用弹跳方程来测厚间接
15、测厚即用实测轧制力和辊缝信号用弹跳方程来测厚),检测出实,检测出实际轧出厚度后,与给定值相比,求得实际厚度偏差,并用此偏差信号际轧出厚度后,与给定值相比,求得实际厚度偏差,并用此偏差信号去控制压下进行厚度控制。但反馈去控制压下进行厚度控制。但反馈AGC的主要缺点是,实际调厚的的主要缺点是,实际调厚的点不是所检测之处,存在滞后现象。为了克服这一点,在采用计算机点不是所检测之处,存在滞后现象。为了克服这一点,在采用计算机控制基础上,可采用控制基础上,可采用预控原理预控原理来调厚,即用人口测厚仪或用上一机架来调厚,即用人口测厚仪或用上一机架弹跳方程测出出口厚度,亦即延时后将为本架人口厚度,当它和给定
16、弹跳方程测出出口厚度,亦即延时后将为本架人口厚度,当它和给定值相比有偏差时,可预先估计出将产生的出口厚度偏差值,由此可确值相比有偏差时,可预先估计出将产生的出口厚度偏差值,由此可确定应有的辊缝调节量,然后根据检测点进入轧机的时间,并考虑移动定应有的辊缝调节量,然后根据检测点进入轧机的时间,并考虑移动 所需的时间,提前进行控制,使控制点即为此检测点。前馈所需的时间,提前进行控制,使控制点即为此检测点。前馈AGC的的原理见图原理见图11。根据图根据图12的几何关系,可以推导出来料厚度偏差的几何关系,可以推导出来料厚度偏差 与与 辊缝辊缝调节量之间的关系为:调节量之间的关系为:3.AGCHKMSHS
17、关系与 SH图12图11 前馈和反馈AGC前馈前馈AGC属于开环控制,无法检验控制效果。属于开环控制,无法检验控制效果。3.AGC 3.3 反馈反馈AGC 反馈反馈AGC系统利用轧机后的测厚仪,检测实际轧出厚度,与给定系统利用轧机后的测厚仪,检测实际轧出厚度,与给定目标厚度相比,得到实际厚度偏差,并用此偏差信号去控制压下进行目标厚度相比,得到实际厚度偏差,并用此偏差信号去控制压下进行厚度控制。反馈厚度控制。反馈AGC的原理见图的原理见图9。反馈反馈AGC的主要缺点是,实际调厚的点不是所检测之处,存在滞的主要缺点是,实际调厚的点不是所检测之处,存在滞后现象。后现象。反馈反馈AGC的控制量为:的控
18、制量为:hKMKS 3.4 GM-AGC 为了减小反馈为了减小反馈AGC的滞后,可以利用机架作为的滞后,可以利用机架作为“侧厚仪侧厚仪”测量轧测量轧出厚度,根据实测的轧制压力出厚度,根据实测的轧制压力 、辊缝、辊缝 等值,用弹跳方程求出轧等值,用弹跳方程求出轧后厚度:后厚度:*PS*GOKPPSh0*图13 GM-AGC 将将“实测实测”的厚的厚度与目标厚度相比,度与目标厚度相比,得到厚度偏差,然后得到厚度偏差,然后换算成辊缝调节量进换算成辊缝调节量进行压下调节,消除厚行压下调节,消除厚差。差。GM-AGC的优点的优点是减小了测厚仪反馈是减小了测厚仪反馈AGC的滞后,但错点的滞后,但错点是用弹
19、跳方程测厚,是用弹跳方程测厚,精度不高。精度不高。3.5 X-射线测厚仪监控射线测厚仪监控AGC 间接测厚的厚度控制系统虽然考虑了各种补偿因素间接测厚的厚度控制系统虽然考虑了各种补偿因素(如油膜厚度、如油膜厚度、辊缝零位常数等辊缝零位常数等),其精度总是低于,其精度总是低于X射线测厚仪直接测出的厚度值。射线测厚仪直接测出的厚度值。因此,在本卷钢厚度控制系统投入后,仍需以因此,在本卷钢厚度控制系统投入后,仍需以X射线测厚仪所测得的射线测厚仪所测得的成品厚度实测值为基准,对成品厚度实测值为基准,对AGC系统进行监视。当成品厚度和设定系统进行监视。当成品厚度和设定值有偏差时,将此偏差值积分后反馈到每
20、个机架的值有偏差时,将此偏差值积分后反馈到每个机架的ACC系统系统(积分控积分控制制)中。中。X射线测厚仪监控和辊缝零位常数射线测厚仪监控和辊缝零位常数G自学习的区别在于,自学习的区别在于,G是不是不断递推,由断递推,由n根钢测得后递推到根钢测得后递推到n+1根钢时应用,而监控仅用于本卷根钢时应用,而监控仅用于本卷钢,当尾部一离开第一机架即停止工作,并将累积的监控值清零。钢,当尾部一离开第一机架即停止工作,并将累积的监控值清零。X-射线测厚仪监控射线测厚仪监控AGC属于大滞后系统。属于大滞后系统。3.6 张力张力AGC 上述几种上述几种AGC均为压下均为压下AGC,但轧制薄而硬的带材时(,但轧
21、制薄而硬的带材时(M很大),很大),压下调节效率不高,这时需采用张力压下调节效率不高,这时需采用张力AGC进行进行 厚度控制。厚度控制。当轧件出口厚度增大时,增加当轧件出口厚度增大时,增加张力,降低轧制压力,减小轧辊张力,降低轧制压力,减小轧辊弹跳,使轧件出口厚度变小,回到弹跳,使轧件出口厚度变小,回到目标值。张力调节量和轧件厚差的目标值。张力调节量和轧件厚差的关系可通过弹跳方程和压力方程的关系可通过弹跳方程和压力方程的联解得到。联解得到。hKMKS3.AGCKPShTTPhhPP图14 软硬金属对轧辊调节量的影响 (a)厚软金属;(b)薄硬金属式中,式中,K-轧机刚度;轧机刚度;-厚度偏差;
22、厚度偏差;-张力调节量;张力调节量;-厚度对轧制压力的影响系数;厚度对轧制压力的影响系数;-张力对轧制压力的影响系数张力对轧制压力的影响系数 由上两式可以解出:由上两式可以解出:hTPhPKT当辊缝不动时:当辊缝不动时:STPKhTPhPKThThPTP 通过速度的调节来改变张力。通过速度的调节来改变张力。3.7 流量流量AGC 上述几种上述几种AGC,前馈是开环控制;反馈有滞后;,前馈是开环控制;反馈有滞后;GM-AGC厚度厚度”测量测量”精度不高;张力精度不高;张力AGC调节范围有限。因此,随着激光测速仪调节范围有限。因此,随着激光测速仪的出现,提出了流量的出现,提出了流量AGC。流量流量
23、AGC是在机架前设置测厚仪、激光测速仪,在机架后设置是在机架前设置测厚仪、激光测速仪,在机架后设置激光测速仪。其激光测速仪。其基本原理为:在任一瞬间,进入和离开轧机的带钢体基本原理为:在任一瞬间,进入和离开轧机的带钢体积保持不变,即:积保持不变,即:张力张力AGC调节范围有限,一般调节量不超过张力设定值的调节范围有限,一般调节量不超过张力设定值的15%。它适用于冷轧,尤其是冷轧后面的道次,由于轧件加工硬化,压下效它适用于冷轧,尤其是冷轧后面的道次,由于轧件加工硬化,压下效率很低,这时宜采用张力率很低,这时宜采用张力AGC进行厚控。进行厚控。111000vbhvbh在冷轧过程中,带钢宽度几乎不变
24、。即:在冷轧过程中,带钢宽度几乎不变。即:1100vhvh3.AGC3.AGC如果考虑厚度偏差,则有:如果考虑厚度偏差,则有:)()(111000hhvhhv因此,出口厚度偏差为:因此,出口厚度偏差为:100101)(hhhvvh得到出口厚度偏差后,对辊缝进行调节:得到出口厚度偏差后,对辊缝进行调节:hKMKS 由于激光测速仪能够精确测量带钢入、出口速度,因此流量由于激光测速仪能够精确测量带钢入、出口速度,因此流量AGCAGC即根据入即根据入口厚度、入口速度和出口速度准确地计算出出口厚差并进行控制,同时,厚度口厚度、入口速度和出口速度准确地计算出出口厚差并进行控制,同时,厚度测量点就是轧件出口
25、速度,没有延时。测量点就是轧件出口速度,没有延时。图15 流量AGC3.8 位置内环位置内环-厚度外环厚度外环/轧制力内环轧制力内环-厚度外环控制方式厚度外环控制方式 现代冷轧机普遍采用全液压压下,其自动厚度控制系统可以采用现代冷轧机普遍采用全液压压下,其自动厚度控制系统可以采用常规的常规的位置内环、厚度外环位置内环、厚度外环方式,亦可采用方式,亦可采用轧制力内环、厚度外环轧制力内环、厚度外环方方式,单独的恒轧制力环可以消除偏心影响,但式,单独的恒轧制力环可以消除偏心影响,但单纯恒轧制力环将放大单纯恒轧制力环将放大带钢带来的外扰带钢带来的外扰(来料厚差及硬度变动来料厚差及硬度变动),因此,一般
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