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(H0h0)-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