轧钢自动化_酸轧联合机组方案38页-bd

* 酸轧联合机组 机架控制 演讲人：** * 主要内容 n 液压辊缝控制，简称为HGC( Hydraulic Gap Control),或 者RGC（Roll Gap Control)。 n 机架间张力控制，简称ITC( Interstand Tension Control) 。 n 自动厚度控制，简称AGC( Automatic Gauge Control)。 * 系统结构（外环－内环） * 内外环结构 * 液压辊缝控制（RGC） n 主要内容 n 概述：检测及执行单元等； n 控制模式 ：辊缝控制，轧制力控制； n 控制技术 ：伺服阀特性补偿，泄漏检测等； n 辊缝标定 ； n 机架安全 ； * 液压辊缝控制（RGC） 概述 液压辊缝控制功能（HGC）主 要实现机架的辊缝或轧制力控制，以 及倾斜控制或轧制力差控制。 每个机架安装有两个液压推上（ 压下）缸，一个在操作侧，一个在传 动侧；液压缸位置通过安装在每个液 压缸内的sony磁尺进行检测。轧制力 则通过轧制力仪或者推上缸主油路的 压力传感器进行检测。 缸固定，活塞运动。每个活塞的 运动由液压回路的油流量确定，伺服 阀控制油流量，伺服阀线圈电流设定 来自控制器的模拟输出。 轧制线 * 液压辊缝控制（RGC） n 概述 比例伺服阀：200L/min，快速打开； 伺服阀：90L/min，精细调节； * 液压辊缝控制（RGC） n 辊缝控制： n 对于两侧辊缝，实际辊缝 ＝ 零辊缝位置 － 实际位置。其中，“零 辊缝位置”来自标辊程序，作为辊缝计算的基准点； n 零辊缝位置：类似使用“增量编码器＋接近开关”测量位置时的接近 开关，简单地说，即把两侧的轧制力均加载至300ton（人为定义 ）时，测得的液压缸的位置。例如，加载完毕，假设两侧的磁尺 位置读数为50mm，那么此50mm即为零辊缝位置，定义此处的辊 缝为0；当液压缸下降，磁尺位置读数为40mm时，此时两侧辊缝 ＝50mm－40mm，即10mm；辊缝标定 n 平均辊缝即两侧辊缝的算术平均值，辊缝倾斜即传动侧辊缝减去 操作侧辊缝所得差值 （人为定义）； * 液压辊缝控制（RGC） n 轧制力控制： n 实际轧制力由轧制力仪测量或者根据安装在液压油路中的压力传 感器检测信号进行计算。 n 使用压力传感器计算，单侧液压缸推上力＝该侧液压缸活塞侧油 压*活塞侧横截面积 － 该侧液压缸杆侧油压*杆侧横截面积； n 单侧轧制力＝ 该侧液压缸推上力－（下支撑辊重量＋下中间辊重 量+下工作辊重量）/2 －弯辊力；液压辊缝控制－概述 n 总轧制力即两侧轧制力之和，轧制力差即传动侧轧制力减去操作 侧轧制力所得差值（人为定义） 。 * 液压辊缝控制 n 控制模式 n 单独辊缝控制－位置模式，以各侧的辊缝作为控制对象（分 别闭环控制） ，用于辊缝标定及单缸调试； n 单独轧制力控制－轧制力模式，以各侧轧制力作为控制对象 （分别闭环控制），用于辊缝标定； n 平均辊缝控制－位置模式，以平均辊缝作为控制对象，用于 位置模式轧制； n 总轧制力控制－轧制力模式，以总轧制力作为控制对象，用 于轧制力模式轧制；通常应用于末机架的光整模式； * 液压辊缝控制 n 控制模式 n 倾斜控制－控制倾斜，用于位置模式轧制； n 轧制力差控制－控制轧制力差，用于轧制力模式轧制； n 模式切换 n 保证切换的互斥性； n 通过赋值当前值＋斜坡函数实现辊缝控制和轧制力控制之间的无 冲击切换！！ * 液压辊缝控制（RGC） n 伺服阀特性补偿 n 伺服阀的流量与其入口、出口间压力差的平方根成正比，使得伺 服阀在控制系统表现为一个非线性环节，并导致整个伺服系统响 应变慢。为了补偿这一非线性环节，可以通过对伺服阀输出乘以 一个可变增益来实现： n 其中，Ps为系统压力，△P为伺服阀入出口压力差。 n 由于进出油两种情况下入出口压力差不同，所以补偿增益也需要 分两种情况考虑 * 液压辊缝控制（RGC） Ps Pm  P = Ps-Pm Pm  P = Pm 到油箱 Ps Pm  P = Ps-Pm Pb 到油箱 Ps Pm  P = Ps-Pb Pb 到油箱 3-way 4-way 油流动方向 移动位置 n伺服阀特性补偿 * 液压辊缝控制（RGC） n 伺服阀泄露检测 n 伺服阀在长期运行后其性能将逐渐下降，泄漏（或称零漂）增加 。通过一个偏差积分单元监测伺服阀的泄漏情况，当泄漏检测值 到达一定的限幅值后，伺服阀报警，提示更换伺服阀； 参考值恒定 检查 Ref Err Out Sat * 液压辊缝控制（RGC） n 伺服输出 PID 调节器 伺服阀参考值位置参考值 位置反馈 伺服阀流量 线性化补偿 Ps Pm 伺服阀泄露 补偿 增益选择 * 液压辊缝控制（RGC） n 控制输出 n 当采用平均辊缝控制时： n 传动侧输出＝平均辊缝控制环输出＋倾斜控制环输出； n 操作侧输出＝平均辊缝控制环输出－倾斜控制环输出； n 当采用总轧制力控制时： n 传动侧输出＝总轧制力控制环输出＋轧制力差控制环输出； n 操作侧输出＝总轧制力控制环输出－轧制力差控制环输出； * 液压辊缝控制（RGC） * 液压辊缝控制（RGC） n 辊缝标定 n 辊缝标定的目的就在于找到各侧的零辊缝位置辊缝计算，为 辊缝计算提供参考点；酸轧机组中的机架标定分为有无带钢 标定和有带钢标定两种； 无带钢标定 有带钢标定 * 液压辊缝控制（RGC） n 机架安全 n 辊缝锁定 n 急停按钮； n “机架锁定”按钮； n 辊缝倾斜（轧制力差）超限； n 检测元件（SONY磁尺，压力传感器）故障 n 伺服阀（泄漏检测，阀芯反馈等）故障； n 辊缝快开 n 上游发生断带； n 拍下辊缝快开按钮； n 轧制力超限； n 液压站故障； n 机架卸荷 n 有快开请求，同时，伺服系统（检测元件，执行元件，液压站）故障； * 机架间张力控制（ITC) n系统结构 速度张力模式 /辊缝张力模式 * 机架间张力控制（ITC) n 速度张力模式 n 穿带期间采用速度张力模式；另外对于4-5机架间张力，当末机架工 作于光整模式时，采用速度张力模式； n 速度张力模式又分为张力连续和张力极限两种方式。 n 张力连续指张力控制器连续调节使张力保持为恒值； n 张力极限指张力控制器仅在张力超限时进行调节，当张力调回目标 区间时，控制器被保持。 n 辊缝张力模式 n 轧制期间（36m/min）采用辊缝张力模式速度张力模式； n 辊缝张力模式采用张力极限方式； * 机架间张力控制（ITC) * 机架间张力控制（ITC) n 控制说明； n 以1-2机架间张力控制为例：当穿带进入ST2后，1-2之间设定为穿 带张力，采用张力连续方式，使带钢保持REF恒定，防止带钢跑偏 。穿带进入ST3后，1-2间张力为设定张力，采用张力极限方式进 行控制，当实际张力位于（TMIN,TMAX）内时，控制器不调节， 当张力波动至（TMIN,TMAX）以外时，控制器投入，调节张力进 入（TL2,TH2）区间时，控制器被保持。 n 开始轧制，辊缝张力模式下，采用张力极限方式，当实际张力位于 （TL1,TH1）内时，控制器不调节，当张力波动至（TL1,TH1）以 外时，控制器投入，调节张力进入（TL2,TH2）区间时，控制器被 保持。 * 自动厚度控制（AGC) n 系统结构 模式１：第五机架-光辊 * 自动厚度控制（AGC) n 系统结构 模式2：第五机架-毛辊（光整模式） * 自动厚度控制（AGC)－入口AGC n C1机架前馈（FF1) n 前馈控制用于补偿入口来料厚度的动态偏差。入口测厚仪采样测量一段 未轧带钢的偏差（该测量段长度可调），然后跟踪该测量段至其通过C1 辊缝时，通过比例调节器输出调整C1机架辊缝，同时对C1机架前张力辊 速度进行修正，以补偿辊缝调节引起的张力波动，并保持进入C1机架的 金属秒流量恒定。 * 自动厚度控制（AGC)－入口AGC n C1机架反馈（FB1) n 反馈控制用于获得带钢所需的绝对出口厚度。 n C1机架余下的带钢厚度偏差由出口测厚仪THG1进行测量，取采样段内 测量值的平均值作为实际厚度偏差（采样段长度可调，如可取出口测厚 仪与C1辊缝的距离）。厚度偏差经过一个积分控制器后作用于C1机架辊 缝，直到出口偏差为零。同样地，在调节C1辊缝的同时对C1机架前张力 辊速度进行修正，以补偿辊缝调节引起的张力波动，并保持进入C1机架 的金属秒流量恒定。 n 该积分控制器通过改变积分增益进行优化，积分增益由控制系统的纯滞 后时间决定，该纯滞后时间为采样段带钢从辊缝至出口测厚仪的时间延 迟，因此在算法中引入了速度，辊缝和测厚仪间的距离越短，系统滞后 时间越短，反馈厚度控制质量就越好。 * 自动厚度控制（AGC)－入口AGC * 自动厚度控制（AGC)－入口AGC n C1机架秒流量（MFC1) n 由于前馈控制是开环控制，要求系统模型参数准确性，很难完全消除厚 差。而反馈控制虽然是闭环控制，却存在由于系统带有纯滞后环节而响 应缓慢的问题。而秒流量控制则解决了上述两种控制方式的不足，兼具 了准确性和快速性。 n 秒流量控制能够计算出带钢在辊缝中变形的带钢单元出口厚度值。根据 秒流量方程: h1＝v0/ v1×（H0+h0）－H1 式中：v：带钢实际速度（由激光测速仪测得） H：带钢厚度设定值 h：带钢厚度偏差 n 所以不再需要等待带钢出口由轧机出口测厚仪测得的厚度值，这种控制 方式能够对入、出口厚度偏差作出快速反应，避免了辊缝与出口测厚仪 的时间延迟。 * 自动厚度控制（AGC)－入口AGC * 自动厚度控制（AGC)－入口AGC n C2机架前馈（FF2) n C1机架后余留的厚度偏差被测厚仪THG1记录下来，存入存储器缓冲区 中，并跟踪至C2机架的辊缝，然后转换成适当的速度修正应用到C1机架 和入口张力辊中，以保持进入C2机架的秒流量恒定。为了尽量减少C1- C2机架间张力的波动，C2机架辊缝控制需根据速度修正成比例地同时进 行调整。 n 同C1机架前馈一样，控制信号也需经过跟踪（FIFO) 输出给C1机架和入 口张力辊速度控制进行修正。 * 自动厚度控制（AGC)－出口AGC n 出口反馈（FB5S/FB4R) n FB5S:该模式用于最后一个机架采用的光辊轧制。利用C5出口测厚仪产 生的厚度偏差信号作为反馈控制的修正信号作用于C5机架的速度修正， 由于C4-C5间张力设定总是保持恒定（张力控制中，允许张力实际值在 设定值上下的一个范围内，此时张力调节闭环无输出），所以需要C5机 架的辊缝控制的同步调整以补偿速度调节引起的过大的张力波动。。 n FB4R:以下两种情况时采用模式2：第一，当来料板形不好，而所轧产品 厚度及硬度用4台轧机轧制就能到达所需出口厚度，最后机架就相当于平 整或光整机架；第二，C5采用毛辊轧制。 末机架的轧制力保持常数，C5出口测厚仪产生的厚度偏差信号作为 反馈控制的修正信号作用于C4机架的速度；为了保持与C5机架以及卷取 机的速度关系，由厚度控制给出的速度偏差也必须应用到C5机架以及卷 取机的速度控制上。 为使C3-C4间张力设定总是保持恒定，需要C4机架辊缝控制的同步 调整以补偿速度调节引起的过大的张力波动。 * 自动厚度控制（AGC)－出口AGC n 监控AGC（Monitor) n 出口反馈的输出量改变了C4机架和C5机架的工作状态。由于希望C4机 架和C5机架尽量保持相对稳定的工作状态，因此对出口反馈的调节量作 了限幅，监控AGC将出口反馈的 “超限”部分补偿转给入口AGC进行调节 。 n 在监控AGC中，对出口AGC输出值超出限幅部分进行积分。与C1机架反 馈类似，该积分器通过C1机架到C5机架出口测厚仪传输时间进行了优化 。监控AGC的输出分解为以下两部分： －C1机架速度 －C1出口测厚仪的厚度偏差 n 最终的结果是改变进入机架的金属秒流量； * 自动厚度控制（AGC)－偏心补偿 n 偏心补偿 n 为了弥补轧辊热膨胀、磨损、弹性变形造成的轧辊偏心对辊缝的周期性 影响，使轧辊在受力和受热轧制时，仍能保持平直的辊缝，采用了轧辊 偏心补偿。 n 偏心信号有三种方式：一是入口张力，将张力通过转换系数（DF_DT） 转换成轧制力参与计算得到偏心信号；二是出口厚度；三是直接选择轧 制力作为偏心输入信号来参与计算。 n 将偏心信号按照傅里叶级数展开： ， 其中 ：恒定￿制 力 ：支撑￿￿￿ 角速度 * 自动厚度控制（AGC)－偏心补偿 n 偏心补偿 n 因此补偿信号主要有6个谐振器组成，其中3个用于上支撑辊，3个用于 下支撑辊； n 对于每组3个谐振器，分别用于一次谐波（基波）、二次谐波、三次谐波 的获取，根据过去周期（0，2π）内的轧制力信号，得到各谐波分量， 然后将各谐波分量相加，得到最终的偏心补偿信号 ， * 自动厚度控制（AGC)－加减速补偿 n 加减速补偿（轧制效率补偿） n 轧制过程中，在假设外界条件恒定的情况下，随着轧制速度的增加，摩 擦系数减小，因而达到目标厚度所需轧制力减小，同样来料厚度时，出 口厚度将减小，即出现带钢减薄的现象，同样地，在加速过程中，摩擦 系数增大，将出现带钢超厚的现象。 n 加减速补偿即是用于消除加减速过程中造成的厚度超差。即在加速过程 中，打开辊缝以消除带钢减薄，加速过程中，关闭辊缝以消除带钢超厚 。 ， 由于效率特征曲线非常依赖轧件 的变形特性，因此需要针对不同的钢 种具有不同的修正增益 ，如图所示。 * 结语 ， n 液压辊缝控制（RGC)部分综合了以往几个工程的做法,应 该说相对比较成熟，并形成了自主的控制包； n 张力控制和厚度控制部分，虽然在以往工程中有类似的思 路和做法，但在酸轧机组中从工艺到控制上还是有很多不 同之处，目前只是说消化了他人的思路；需要在后续的调 试和生产反馈中不断深入理解和完善； n 第一个工程，首次软件开发和调试，相对于控制算法，逻 辑功能更重要，它决定了机组能否正常运转； * 谢谢大家！！