精轧区压下功能说明

首钢 1580 热轧精轧压下功能说明

首钢 1580 热轧带钢 精轧区压下功能说明

北京北科麦思科自动化工程技术有限公司

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首钢 1580 热轧精轧压下功能说明

目录 1 2 精轧区压下概述....................................................................................................................... 4 精轧区压下总体功能描述 ....................................................................................................... 5 2.1 F1E 立辊轧机 ........................................................................................................... 6 2.1.1 F1E 立辊轧机的功能 ....................................................................................... 6 2.1.2 F1E 立辊轧机的技术参数 ............................................................................... 6 2.1.3 F1E 立辊轧机的位置控制 ............................................................................... 7 2.1.4 F1E 立辊轧机的标定 ....................................................................................... 9 2.1.5 F1E 立辊轧机的操作 ....................................................................................... 9 2.1.6 F1E 立辊轧机的状态显示 ............................................................................... 9 2.2 精轧机架间侧导板 ................................................................................................. 10 2.2.1 侧导板功能 ..................................................................................................... 10 2.2.2 侧导板技术参数 ............................................................................................. 10 2.2.3 侧导板的位置控制 ......................................................................................... 10 2.2.4 侧导板的标定 ................................................................................................. 11 2.2.5 侧导板的操作 ................................................................................................. 12 2.2.6 侧导板的状态显示 ......................................................................................... 12 2.3 F1-F7 精轧机 .......................................................................................................... 12 2.3.1 F1-F7 精轧机的功能 ...................................................................................... 13 2.3.2 F1-F7 精轧机的技术参数 .............................................................................. 13 2.3.3 F1-F7 精轧机的位置控制 .............................................................................. 15 2.3.3.1 液压位置调节器控制算法 ............................................................. 17 2.3.4 F1-F7 精轧机的压力控制 .............................................................................. 17 2.3.4.1 恒压力控制算法 ............................................................................. 18 2.3.5 F1-F7 精轧机自动零调 .................................................................................. 19 2.3.6 液压压下动态同步控制 ................................................................................. 20 2.3.6.1 各种操作方式下的同步要求 ......................................................... 20 2.3.6.2 动态同步控制算法 ......................................................................... 20 2.3.7 F1-F7 精轧机的操作 ...................................................................................... 21 2.3.8 F1-F7 精轧机的状态显示 .............................................................................. 22 2.4 精轧自动厚度控制 ................................................................................................. 22 2.4.1 AGC 的任务 ................................................................................................... 23 2.4.2 AGC 系统的功能 ........................................................................................... 23 2.4.3 AGC 算法 ....................................................................................................... 23 2.4.4 AGC 控制策略 ............................................................................................... 26 2.4.5 AGC 的补偿功能 ........................................................................................... 26 2.4.5.1 活套补偿 ......................................................................................... 26 2.4.5.2 油膜补偿 ......................................................................................... 28 2.4.5.3 尾部补偿 ......................................................................................... 28 2.5 精轧区压下检测仪表 ............................................................................................. 29 2.5.1 测压仪 ............................................................................................................. 30 2.5.2 测厚仪 ............................................................................................................. 30 2.5.3 位移传感器 ..................................................................................................... 30
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2.5.4 油压传感器 ..................................................................................................... 30 2.6 精轧区压下通讯 ..................................................................................................... 30 2.6.1 精轧压下与换辊系统通讯 ............................................................................. 30 2.6.2 精轧压下与介质系统通讯 ............................................................................. 31 2.6.3 精轧压下与卷取控制系统通讯 ..................................................................... 31

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1 精轧区压下概述
精轧区压下控制器主要控制的设备包括 F1E 立辊轧机侧压液压系统、 F1-F7 轧机 HGC 液压系统、F1-F7 机架间侧导板等。 精轧区压下控制器主要完成 F1E 立辊轧机的开口度控制、F1-F7 轧机的辊 缝控制、F1-F7 机架间侧导板的开口度控制及带钢厚度控制(AGC) 。带钢的最 终压下量都在精轧完成,并完成厚度质量控制,最终将钢坯以最快的速度轧制成 厚度合格的成品以供卷取机组卷制成卷。 精轧区的压下控制器由 1 台 PLC(GE PAC 系列)和多台高性能处理器 (HPC)完成, 1 台 PLC 主控制柜与主操作台通过 DP 网进行通讯,中间通过 光电转换器以保证通讯速率。 PLC 主控制柜以及高性能处理器(HPC)与精轧区其他控制器之间通过内 存映象网进行通讯,与 HMI 系统通过内存映像网进行通讯,PLC 主控制柜通过 内存映象网与上位机进行通讯。

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2 精轧区压下总体功能描述
精轧区压下的控制种类:主要分为压力控制和位置控制。 压力控制包括:精轧机的压力控制; 位置控制包括:F1E 立辊轧机、HGC 压下缸及机架间侧导板的位置控制。 精轧区各设备控制的模式又分为 4 种,分别是自动模式、手动模式、检修模 式和急停快停模式。 自动控制模式:各设备的定位为全自动控制,人工只需观察监视; 手动模式:设备的定位为手动设定和手动操作,一般情况下,手动模式不是 轧钢模式。 检修模式:液压设备的先导阀全部关闭,液压阀给定全部为 0,液压缸处于 卸荷位置或安全位置。 急停快停模式: HGC 液压缸全部卸荷,F1E 液压缸卸荷,导板打开至安全 位置。

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2.1 F1E 立辊轧机
F1E 立辊轧机由主传动装置、立辊机架装配、左右侧辊缝调整装置、轧辊轴 承、吊具、配管及平台等部件组成。立辊轧机的控制功能包括 F1E 立辊轧机速 度控制、F1E 立辊轧机侧压的位置控制等。压下控制器完成侧压的位置控制,轧 机速度控制由精轧区的主速度及活套控制器完成。

2.1.1 F1E 立辊轧机的功能
F1E 立辊轧机的作用通过辊缝调整装置调整立辊开口度, 以满足轧制程序表 中所列压下规程的要求,帮助精轧机咬入。

2.1.2 F1E 立辊轧机的技术参数
中间坯规格: 厚度: 宽度: 温度: 最大轧制力 最大轧制力矩 最大轧制速度 轧辊开口度 轧辊直径 辊身长度 轧辊材质 主传动电机(立式) 28~55mm 700~1450mm ≧920 ℃ 1500KN 315KN· M 0~1.25~3.125m/s 680~1580mm Φ570~Φ630mm 250mm 60CrNiMo 2×370KW
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锻钢 200/500 r/min

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主传动减速机减速比 侧压压下速度(单侧) 侧压液压缸 液压缸系统工作压力 单侧压下量: 侧压平衡缸 平衡缸系统工作压力 速度 主传动轴: 接轴提升缸 工作压力 速度

i=5.28 50~ 100 mm/s φ350/φ300×1115 mm 20MPa Max 5 mm(坯厚 55 mm 时) ф100/ф56×25mm 20Mpa(差动) 80 mm/s 十字头万向接轴 ф140/ф80×600mm 16Mpa 50 mm/s

2.1.3 F1E 立辊轧机的位置控制
F1E 立辊轧机的辊缝调整装置用于调整立辊开口度, 以满足轧制程序表中所 列压下规程的要求。 辊缝的预设定是通过被分别设在立辊轧机的操作侧、 传动侧的压下液压缸来 完成的。两侧的液压缸中各装有位移传感器,用于位置检测,实测位置将用于 FE1 立辊的位置反馈, 用来控制辊缝调整液压缸伺服阀给定的大小, 以实现位置 的闭环控制,两侧压下采用液压同步。 F1E 立辊轧机辊缝调整的具体定位过程, 在轧制开始之前, 二级过程自动化 系统根据钢坯的钢种、温度、尺寸等具体计算出本块钢的立辊开口度并且下发给 基础自动化系统,PLC 以此为目标值,当精轧机组内无钢时,执行 APC 自动定 位程序完成定位,具体控制模式如下: ? 手动模式 在选择手动模式的情况下,立辊辊缝变化的条件如下: ? 选择手动模式 ? 精轧液压站就绪
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? F1E 平衡状态 ? 轧制力没有超限 ? 无急停 ? 无快停 ? 无卸荷 在满足以上条件,在操作台上如果选择单动(可选操作侧也可选传动侧)再 通过“打开”或“关闭”按钮可以手动打开或者关闭单侧立辊开口度。如果都不 选则为两侧联动。 ? 自动模式 在自动模式下,开口度变化的条件如下: ? 选择自动模式 ? 精轧液压站就绪 ? F1E 平衡状态 ? 轧制力没有超限 ? 无急停 ? 无快停 ? 无卸荷 ? 无手动干预 在满足以上条件下,立辊的辊缝会根据设定的开口度自动变化。 APC 停止执行的情况: ? 精轧液压站故障 ? 轧制力超限 ? APC 超时 ? 卸荷状态 ? 单侧辊缝偏差报警 ? 两侧辊缝偏差报警 ? 到软极限保护位 ? 急停 ? 快停

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?

检修模式 在选择检修模式后,辊缝调整液压缸会自动卸荷,并且先导阀关闭,液压阀

给定为 0。 ? 急停快停模式 在急停/快停拍下后,辊缝调整液压缸会自动卸荷

2.1.4 F1E 立辊轧机的标定
用于初次投入使用、换辊后或现场设备更换后,都要对 F1E 立辊开口度进 行标定,此操作必须在现场无钢时进行,其具体操作步骤如下: ? 画面选择标定允许和需要标定的设备; ? 在开口度标定值一栏输入现场实际的两侧开口度测量值; ? 选择确认按钮,标定开始; ? 标定完成后,两侧的开口度测量值和开口度标定值相等; ? 人工复位标定允许和标定机架请求信号。 两侧的开口度可以独立标定,其开口度测量值都以轧制中心线为基准。

2.1.5 F1E 立辊轧机的操作
? HMI 操作 ? 手动 APC 定位:在故障状态或调试过程中,在自动定位未完成的情况, 操作工可以手动在 HMI 上手动点选 APC 重启按钮,这时精轧区内所有 设备均按设定值再一次定位,以达到目标值。 ? 操作台操作 ? 开口度调整操作:在操作台上通过“导板操作侧” 、 “导板传动侧”和 “F1 导板打开/关闭”按钮控制立辊开口度的单侧调整或两侧联动,自 动模式下操作台开口度调整优先。 ? 急停快停操作:拍下快停/急停,立辊侧压液压缸卸荷打开。

2.1.6 F1E 立辊轧机的状态显示

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在 HMI 上,可以观察以下关于 F1E 立辊的信息: ? 立辊轧机电气传动的状态和故障 ? 立辊轧机的运行速度和电机的电流值 ? 立辊的实际开口度 ? 立辊的轧制力大小 ? 立辊侧压液压杠杆侧和腔侧的压力值大小 ? 立辊电机轴承温度检测 ? 立辊电机漏水检测

2.2 精轧机架间侧导板
2.2.1 侧导板功能
精轧机间侧导板是用于引导带钢进入各轧机中,实现正常轧制,侧导板不 仅用于将板坯送入辊缝,而且还用来防止带钢缠辊。

2.2.2 侧导板技术参数
无。 (未收到此方面相关资料)

2.2.3 侧导板的位置控制
开口度的位置控制是通过被分别设在侧导板的操作侧、 传动侧的液压缸来完 成的。两侧的液压缸中各装有位移传感器,用于位置检测,实测位置将用于侧导 板的位置反馈,用来控制开口度调整液压缸伺服阀给定的大小,以实现位置的闭 环控制。 侧导板调整的具体定位过程,在轧制开始之前,二级过程自动化系统根据钢 坯的钢种、温度、尺寸等具体计算出本块钢的立辊开口度并且下发给基础自动化 系统,PLC 以此为目标值,当本机架内无钢时,执行 APC 自动定位程序完成定 位,具体控制模式如下: ? 手动模式

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在选择手动模式的情况下,立辊辊缝变化的条件如下: ? 选择手动模式 ? 精轧液压站就绪 ? 无急停 ? 无快停 在满足以上条件,在操作台上如果选择单动(可选操作侧也可选传动侧)再 通过“打开”或“关闭”按钮可以手动打开或者关闭单侧侧导板开口度。如果都 不选则为两侧联动。 ? 自动模式 在自动模式下,开口度变化的条件如下: ? 选择自动模式 ? 精轧液压站就绪 ? 无急停 ? 无快停 ? 无手动干预 在满足以上条件下,侧导板的开口度会根据设定的开口度自动变化。 APC 停止执行的情况: ? 精轧液压站故障 ? APC 超时 ? 到软极限保护位 ? 急停 ? 快停 ? 检修模式 在选择检修模式后,开口度调整液压缸会自动打开至最大位置,并且先导阀 关闭,液压阀给定为 0。 ? 急停快停模式 在急停/快停拍下后,开口度调整液压缸会自动打开至最大位置。

2.2.4 侧导板的标定

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用于初次投入使用、换辊后或现场设备更换后,都要对侧导板开口度进行标 定,此操作必须在现场无钢时进行,其具体操作步骤如下: ? 画面选择标定允许和需要标定的设备; ? 在开口度标定值一栏输入现场实际的两侧开口度测量值; ? 选择确认按钮,标定开始; ? 标定完成后,两侧的开口度测量值和开口度标定值相等; ? 人工复位标定允许和标定机架请求信号。 两侧的开口度可以独立标定,其开口度测量值都以轧制中心线为基准。

2.2.5 侧导板的操作
? HMI 操作 ? 手动 APC 定位:在故障状态或调试过程中,在自动定位未完成的情况, 操作工可以手动在 HMI 上手动点选 APC 重启按钮,这时精轧区内所有 设备均按设定值再一次定位,以达到目标值。 ? 操作台操作 ? 开口度调整操作:在操作台上通过“导板操作侧” 、 “导板传动侧”和 “F1 导板打开/关闭”按钮控制立辊开口度的单侧调整或两侧联动,自 动模式下操作台开口度调整优先。 ? 急停快停操作:拍下快停/急停,开口度调整液压缸会自动打开至最大位 置。

2.2.6 侧导板的状态显示
在 HMI 上,可以观察以下关于侧导板的信息: ? 侧导板开口度的最终设定值 ? 侧导板的实际开口度

2.3 F1-F7 精轧机
F1-F7 精轧机与 F1E 立辊轧机一起组成精轧机组, 经过 F1 到 F7 顺序轧制,
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将中间坯轧制成成品带钢。 F1-F7 四辊精轧机采用四辊闭式机架,主电机通过主联轴节、齿轮减速机、 接轴、齿轮机座传动上、下工作辊,轧机由机架装配,工作辊轴承、工作辊弯辊 及横移装置、支承辊轴承、液压 AGC 压下装置、接轴夹紧装置、上下阶梯垫、传 动装置、平台、配管及检测装置组成。液压 AGC 压下装置及上下阶梯垫用于调整 轧机开口度及轧辊径变化以满足轧制程序表中所列压下规程的要求。 液压 AGC 压 下装置上部 AGC 缸装有辊缝仪检测轧机辊缝位置,更换工作辊、支承辊时液压 AGC 缸活塞杆退回,其辊缝仪发信号。接轴定位通过接近开关检测其夹紧与打开 位置。工作辊、支承辊轴端卡板由液压缸驱动,通过接近开关检测其卡紧与打开 位置。平衡装置由两个吊钩、横梁及一个柱塞缸组成,通过行程检测装置来检测 上阶梯垫更换位置以及换辊位置。机架的侧隙缸布置在机架出口侧牌坊里,通过 液压系统保证其活塞杆伸出和退回位置。

2.3.1 F1-F7 精轧机的功能
F1-F7 精轧机是带钢热连轧生产线的核心设备,其主要功能是对带钢厚度、 板形的控制,过程计算机依据来料的规格、温度和成品的规格等条件,计算出每 台精轧机的速度、压下量、弯辊力及窜量等,保证了 F7 出口成品带钢的厚度、 板形等质量指标。

2.3.2 F1-F7 精轧机的技术参数
型式: 最大轧制力: 测压仪: 最大轧制力: 测压仪: 轧机刚度: 牌坊断面: 最大开口度: 工作辊直径: F1━F4: F5━F7: 四辊不可逆式(全液压压下 ) F1━F4: 40000 kN 2×23000 kN 34000 kN 2×20000 kN 7000kN/mm 7000 cm2 70 mm (最大辊径时) Ф800/Ф710 mm
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F5━F7: 工作辊辊身长度: F1━F3: F4━F7: 工作辊材质 F1━F4: F5━F7: 工作辊磨辊: 支承辊直径: 支承辊辊身长度: 支承辊材质: 支承辊油膜轴承: 压下液压缸(HGC) : 可带箱磨辊

Ф700/Ф625 mm 1780 mm 1880 mm 高铬铁(辊身硬度 HS72±3) 无限冷硬铸铁辊(辊身硬度 HS75±3)

Ф1550/Ф1400 mm 1580 mm Cr5 轧辊(辊身硬度 HS65±3) 54″━75 KL(无键双止推) 直径: F1━F4:Ф1050/Ф970 mm F5━F7:Ф1000/Ф900 mm 行程: 100(120)mm 工作压力(max) : F1━F4: 27 MPa F5━F7 : 24 MPa

压下速度(对称点) : 响应频率: 正弯辊力: 弯辊缸直径: 弯辊缸行程:

3 mm/s >12HZ F1~F7: 1200kN (单侧)

Ф160/Ф120 mm 上辊: 下辊: 155 mm 85 mm

工作压力: 20 MPa 窜辊缸: 直径: 行程: 速度: Ф220/Ф120 mm 320 mm 20 mm/s

工作压力: 20 MPa 支承辊平衡缸: 直径: 行程: Ф360(Ф380 )mm (柱塞) 420 mm

工作压力: 16 MPa

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工作辊换辊轨道为: 上、下支承辊轴承座压紧缸 直径: 行程:

固定式 Ф100/Ф70 mm 15 mm

工作压力:10 MPa 接轴卡紧缸: 直径: 行程: Ф140/Ф90 mm 140 mm

工作压力:16 MPa 轴端卡板缸: 直径: 行程: Ф80/55 mm 70 mm

工作压力:20 MPa 下支承辊抬升缸: 直径: 行程: Ф125 /Ф80 mm 215 mm

工作压力:20 MPa 主传动电机: F1━F5: F6: F7: i1 i2 i3 i4 i5 i6 i7 F7 出口速度: 上阶梯垫调整范围: 下阶梯垫(材料 3CF1-F7 精 3) 阶梯垫横移液压 AC8000 kW 160/450r/min AC7500 kW 200/600r/min AC7500 kW 200/600r/min 4.8 3.7 2.7 1.75 1 21.99 m/s 150mm=6×25mm 调整范围:165 mm=11×15mm φ125/φ90×1600mm 工作压力:16Mpa 机架间距: 5500mm

2.3.3 F1-F7 精轧机的位置控制
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精轧机由装在机架两侧的 HGC 液压缸调整轧辊的开口度,两侧液压 HGC 允许单独调整,液压 HGC 带钢压下调整。压下装置装有测压仪,其作用是检测 实时轧制力大小。两侧 HGC 液压缸的有杆腔和无杆腔分别装有油压传感器,可 以检测液压缸两腔的压强,可通过计算得到轧制力。两侧的 HGC 液压缸上分别 装有位移传感器(入口侧和出口侧) ,用于检测压下的实际位置。 该系统液压压下位置控制的主要功能是: 根据给定的液压缸位置参考值和来 自位移传感器的液压缸位置实时测量信号, 采用反馈控制 (PID) 和前馈控制 (速 度前馈、加速度前馈)相结合的控制算法,产生驱动伺服阀的控制信号,使液压 压下油缸快速、准确动作,实现压下油缸位置的闭环调节 F1-F7 精轧机的位置控制分为 4 种控制模式:自动模式、手动模式、检修模 式和急停快停模式。 ? 手动模式 在手动模式下操作工可以在操作台对精轧机压下进行下列操作: ? 精轧机辊缝打开/关闭(HGC 缸伸出/缩回) 操作工可以手动调节 HGC 液压缸联动压下或抬起,操作台上按下“辊缝打开 /关闭”按钮,按钮为持续工作方式,即按下按钮,液压缸以固有速度抬起或压 下,恢复按钮,液压缸停在当前位置。动作过程中传动侧与操作侧两侧液压缸一 起压下或抬起,液压缸移动的速度可以通过操作台上的“慢速压下”和“快速压 下”来控制,其动作速度: 0.5mm/s (慢速)

0.75mm/s (快速) ? 压下水平调节 手动模式下,操作工可以通过“压下调平上升/下降”按钮手动调节轧机的 水平。 轧机调平按钮的上升、 下降操作是针对操作侧而言, 传动侧压下反向动作。 按钮为持续工作方式,即按下按钮,液压缸以固有速度抬起或压下,恢复按钮, 液压缸停在当前位置。压下调平动作速度为 0.1mm/s。 ? 自动模式 在轧制过程中,过程机下放精轧机辊缝,当本机架无钢时启动 APC,完成 设定辊缝的定位。在发生以下条件中的一个 APC 定位立即停止:

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? 选择检修 ? HMI 选择手动模式 ? 在轧机咬钢后 ? 两侧辊缝偏差报警 ? 压下电机重故障 ? 压下极限位 ? 油膜轴承压力不正常 ? 轧制力超限 ? 急停 ? 快停

?

检修模式 在 HMI 上选择检修模式后,AGC 液压缸会自动卸荷。

?

急停快停模式 在发生紧急情况或设备失控时,需立即拍下急停或者快停: 拍下快停:压下电机会以最快的速度停止,HGC 液压缸快速卸荷, 拍下急停:压下电机会以最快的速度停止后分闸,HGC 液压缸快速卸荷。

2.3.3.1 液压位置调节器控制算法 液压位置调节器的控制算法下图所示,它是液压控制器软件的核心。 Lrd +
Target Generator Target Generator servo Valve

Lmcd Lrw
Target Generator + ew Position Regulator

+ △Ssynd +
servo Valve

Lmcw

+ △Ssynw

2.3.4 F1-F7 精轧机的压力控制

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恒压力控制系统的主要功能是: 根据给定的轧机压下力参考值和来自测压头 的实际压下力测量值, 通过压力调节器将压力差转换为伺服阀控制信号驱动液压 缸运动,构成恒压力控制系统。恒压力控制主要用于轧机零调时的压力控制和正 常轧制过程中轧辊偏心影响的克服。

2.3.4.1 恒压力控制算法

恒压力控制算法下图所示: + Fr _ 低通滤波器 ef 压力调节器
VS

伺服阀

Ff 式中,Fr——压力给定值 Ff——压力反馈值 根据不同的情况,压力调节器的算法也不同: ? 轧辊未零调或机架中无轧件
Ff

<Fmin , Fmin=50T

Vs = Vsmax (Vsmax:对应伺服阀的“+”最大输入值) ? 轧机处于零调状态,Ff≥Fmin

VS

? e f / C * kS ,Vs m a ? ? Min x

式中:C——轧机刚度系数, (T/mm) kS ——将压下油缸的位移偏差转换成伺服阀阀芯位置给定
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(亦即理想状态下的伺服阀流量给定或液压缸速度给定)时的比例系数。 ? 轧机处于轧制状态,Ff≥Fmin

?e f / C ? e f / Q ? kS ,VS m a ? VS ? M i n x
VS ? s g h (e f ) * V S

?

?

式中:Q——该轧机处轧件塑性系数(T/mm)

2.3.5 F1-F7 精轧机自动零调
精轧机自动零调功能是指由操作工在画面上发出自动零调请求,轧机自动转 为零调转速,控制系统切换为恒压力控制方式,当和压力反馈达到零调压力,差 压力反馈小于设定值,并且两侧液压缸的行程在偏差范围之内,认为此时为工艺 辊缝零位,自动将辊缝清零,同时控制系统切换为位置控制方式。 在每次检修或者换辊完毕后,都要重新零调,以确保辊缝的正确,零调有 2 种控制模式:自动零调和手动零调。 手动零调: ? HMI 上选中手动零调; ? HMI 上选中需要零调机架; ? 启动轧机在零调速度 85mpm 运行; ? 手动从操作台将轧制力压至零调压力 1000 吨(可从 HMI 中监看) ; ? 选中相应机架清零命令; ? 辊缝位置清零后,可人工将辊缝位置抬到等待位置; ? 恢复手动零调方式和零调机架请求信号。 自动零调: ? HMI 上选中自动零调; ? HMI 上选中需要零调机架; ? 按零调起动开关启动相应机架自动零调程序。 (注:只有速度到达零调 速度后,零调才真正启动。 )零调过程以压力做调平。当合压力和两侧 的差压力都满足工艺要求时,持续 3 秒钟,认为零调完成。零调完成

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后,辊缝位置由 APC 自动抬到等待位置。 ? 如在零调运行过程中要终止零调,按下零调停止按钮; ? 自动零调完成后,恢复自动零调方式和零调机架请求信号。

2.3.6 液压压下动态同步控制
操作侧和传动侧压下的同步问题是液压压下的特殊问题。 动态同步控制算法 将解决什么时候需要同步,以及如何同步。

2.3.6.1 各种操作方式下的同步要求

? 手动零调——压力均衡方式轧辊调平 在手动零调完成之前,左右压下液压缸的联动和调平均不执行动态同步控 制。手动零调完成之后辊缝清零,辊缝零位确定,左右液压缸联动执行动态同步 控制,但调平不执行。 ? 手动零调——压铜棒方式轧辊调平 此方式下,不论零调是否完成,左右液压缸联动均需执行动态同步控制。 ? 自动零调方式 在自动零调完成之前,上下工作辊压靠过程中,左右液压压下缸不需要保持 动态同步,因为此过程中实际要控制的是终点压力值和左右压力差。自动零调的 辊缝清零完成后,辊缝零位确定,此时不论是左右液压缸自动联动,还是手动联 动,都需要执行动态同步控制,但调平不执行。 ? 轧制方式 在轧制方式下,不论是自动运转还是手动操作,只要是左右液压压下联动, 则进行动态同步控制,而在手动调平操作时,不进行动态同步控制。

2.3.6.2

动态同步控制算法

首先,以左右辊缝差值△SL 作为轧辊水平度的表征。一般,我们有: △SL =S*md-S*mw
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式中,S*md——最近一次轧辊调平操作完成时传动侧辊缝测量值; S*mw——最近一次轧辊调平操作完成时操作侧辊缝测量值。 在液压控制器内部,实际的液压缸位置给定值为: Lrd(k)= Lcd0-Srd(k)+△SL/2 Lrw(k)= Lcw0-Srw(k)-△SL/2 该算法可由下图表示: Lcd0 Srd Sr +
Lrcd

△SL/2 + Lrd

Srw + Lcw0

Lrcw

+ △SL/2 HYDRAULIC CONTROLLER Lrw

HAGC CONTROLLER

为了在左右液压压下运动过程中保持动态同步, 即在运动过程中保持给定的 “水平度”不变,采用下述动态同步算法: 在液压控制器每次扫描由位移传感器给出的液压缸位置信号时, 都计算两侧 的液压辊缝测量值的差值△Sdif(k)及同步偏差△Ssyn(k): △Sdif(k)=Smhd(k)-Smhw(k) △Ssyn(k)=△SL(k)-△Sdif 根据同步偏差△Ssyn(k),分别计算左右液压压下的动态同步修正量: △Ssynd(k)= Ksd *△Ssyn(k) △Ssynw(k)=-Ksw *△Ssyn(k) 其中,Ksd、Ksw 为水平度动态调节的增益系数。 △Ssynd(k)和△Ssynw(k)以相反极性作用在左、右液压压下位置调节器输出端。

2.3.7 F1-F7 精轧机的操作
? HMI 操作 ? 零调操作;
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? APC 定位,使轧机辊缝自动定位到设定的辊缝位置上; ? 位移传感器选择及标定; ? 压力检测器选择及标定; ? AGC 投入选择: HMI 上可以选择 AGC 功能是否投入和需要投入的机架。 ? APC 重启:在故障状态或调试过程中,在自动定位未完成的情况,操作 工可以手动在 HMI 上手动点选 APC 重启按钮,让其再一次定位,以达 到目标值。 ? 操作台操作 ? 压下联动操作; ? 压下调平操作; ? 急停快停操作:拍下快停,主传动会以最快的速度停车,HGC 液压缸卸 荷打开;拍下急停,主传动会以最快的速度停车后分闸,HGC 液压缸卸 荷打开。

2.3.8 F1-F7 精轧机的状态显示
在 HMI 上,可以显示 F1-F7 精轧机的以下信息: ? 自动、HMI 模式 ? F1-F7 精轧机的设定速度和实际反馈速度 ? F1-F7 精轧机主电机电流大小 ? F1-F7 精轧机轧制力的大小 ? F1-F7 精轧机的设定辊缝和实际辊缝 ? F1-F7 精轧机 HGC 缸肝侧和腔侧压力值 ? F1-F7 精轧机 HGC 缸伺服阀的给定和阀芯反馈 ? F1-F7 精轧机轴承温度检测 ? F1-F7 精轧机主轴定位状态 ? HGC 伺服阀故障报警 ? SONY 磁尺报警

2.4 精轧自动厚度控制
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保证带钢厚度精度及其命中率应从以下两方面着手: 一是确保带钢头部厚度命中率,这是保证顺利投入绝对 AGC 的重要保证; 二是根据工艺特点从头到尾保证带钢全长厚度精度。采用了由反馈(绝对) AGC,硬度前馈 AGC,监控 AGC 及快速监控 AGC 组成的综合 AGC 系统

2.4.1 AGC 的任务
由于带钢全长轧制中会遇到各种干扰,为了消除这些干扰的影响,减少带钢 厚度公差,需设置精轧机组自动厚度控制系统,简称 AGC 系统。AGC 系统是提 高带钢全长厚度精度的主要手段。

2.4.2 AGC 系统的功能
RF-AGC,又称 GM-AGC,即利用弹跳方程间接测量钢板厚度作为实测厚度进 行反馈控制,这是 AGC 系统中基本的控制功能。根据 RF-AGC 中采用头部锁定值 还是过程计算机设定值作为厚度基准可分为相对 AGC ( LK-AGC )或绝对 AGC (AB-AGC) 。我们将以绝对 AGC 为主。 硬度前馈 AGC,即将 F1 机架的实测轧制力所获得的硬度变化信息用于后面 各机架进行前馈控制。 MN-AGC,即监控 AGC。由于弹跳方程的精度不高,因此需利用未机架后测厚 仪信号对厚度的系统偏差进行纠正。

2.4.3 AGC 算法
? RF-AGC,又称 GM-AGC
C ?Q C ?h ?S =

?P ?h = C
?P 为本架预设定压力与实际压力之差。 ? 硬度前馈 AGC
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i 机架出口厚度变化量可用下式计算:

?h i=A Hi ?Hi+A Ki ?K i+ASi ?Si
A Xi ? (Xi ) C ?Q

X为

??P ?H? ,或 C
i

式中, ?Hi 为 i 机架入口厚度变动(从静态角度可认为 ?H i=?h i-1 )

?K i 为 i 机架厚度变动
?S i 为 i 机架辊缝调节量
o 主要扰动为温度变动,我们曾对不同成品规格当 FT0 有 20 C 变动时各机架

轧制温度以及其变形阻力(硬度)的变动作了计算,由计算结果可知,不能用

??K K? 相等的法则来表示各机架 ?K 间的关系,而应采用
i

?K i=? i ?K i
其中 ? 为 0.95~1.05 因此可利用 F1 的实测轧制力 P1* 来求出 ?K1

? (P ? 为设定值) 设 ?P1=P1*-P 1 1

?K 1=?P1 B

k1

其中 B k1=

-CQ C ?Q

然后即可求出 ?Ki=?i?Ki 各机架前馈控制量(使 ?h i ? 0 ) ,为

?Si=

??P ?K ?
C

i

?K i

如上一机架有残余出口偏差 ?h i-1 ,则亦可用

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?Si=

??P ?K ?
C

i

?H i ?

??P ?K ?
C

i

?K i

?h i 的动作时间可以每一机架咬钢后 t 1-?? 时刻投入, t 1 为 F1 机架所实测
到的突发量发生时间(相对于 F1 咬钢时间) ,由于精轧组秒流量相当,因此 i 机 架仍可用 t 1 来判断突发量的到达。 ?? 为提前量决定于压下系统的响应速度,对 液压压下可取 400ms-450ms。

? 监控 AGC

?S ? Ki ? ?h6 +K2·?h6
i ?1

n

带钢厚差特征可归纳为: ? 变化多端的头端部厚差, 一般往往有 30 米左右的头端部其厚差由于工艺 (温 降)原因使其变化多端,有 M 形,亦可能出现 W 形或 V 形,所以确保带钢 头部厚度厚度精度,这是保证顺利投入反馈(绝对)AGC 的重要保证,也是 保证带钢全长厚度精度的前提。 ? 尾部尖峰,这是由于尾端部(约 20 米)温度偏低,加上尾部抛钢造成失张 而形成。 ? 中间水印,当抢产量,步进炉烧钢时间不足亦会造成明显水印。 ? 头尾趋势性温差造成的头尾厚差,这是由于粗轧出口速度远大于精轧入口 速度而使尾部在空气中逗留时间大于头部而造成,采用加速轧制将会改善 这一状况。 ? 温度随机波动造成的厚差 ? 轧辊偏心造成的厚差,由于轧辊偏心与温度偏差的控制方向正好相反,因 此当 AGC 算法按照克服温度波动进行控制时,如果不将轧辊偏心滤去将产 生正反馈效果,使其影响扩大。 前三项属于突变性厚差, (特别是头尾厚差)反馈控制由于存在一定的滞后 而效果较差,采用硬度前馈 AGC 后将可有效克服这些突变性厚差(前馈控制不仅 不滞后还可适当提前进行控制) 。

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2.4.4 AGC 控制策略
带钢厚度的影响因素有很多,如要分为下面几种: ? 带头温度(硬度)变化有正有负,不宜采用反馈 AGC,为此反馈 AGC 投 入工作的起始点要选择在带头结束点到达后。 ? 除带头外,厚差总的趋势是正方向(包括水印,头尾趋势,尾部)应 同时采用反馈及硬度前馈 AGC。 ? 周期性扰动频率过高容易振荡,因此无论反馈 AGC 还是硬度前馈 AGC 都应设置低通滤波器。 ? 对带尾可以只用硬度前馈 AGC,亦可以反馈及硬度前馈 AGC 联合用,但 反馈 AGC 应稍早撤除。 根据上述结论,建议采用以下控制策略: ? F1 不投入 AGC,只用于信号检测, ? 通过 P1 确定带头(不规则温度变化)结束点以开始投入绝对反馈 AGC; ? 每一机架带头结束点到达后即采用硬度前馈 AGC,以对厚度及时控制; ? 带头结束点到达后在硬度前馈 AGC 基础上联合投入绝对反馈 AGC; ? 硬度前馈 AGC 采用 30-50ms 采样周期辨识 P1 求得 ?K , 并由此确定 ?K i
* *

及由 ?K i 算出 ?S i 存入前馈控制表,在 i 机架咬钢后顺序投入控制。 ? 考虑到主传动速度响应慢于液压压下,因此对硬度前馈 AGC 控制的 ?S 所计算得到的活套补偿( ?h )可提前 100-150ms 送给主传动。

2.4.5 AGC 的补偿功能
补偿是解决多种控制变量耦合的工程方法。实质上,热连轧精装机组是一个 多变量、强耦合的复杂控制系统,由于多种功能集中于 7 个机架,各项功能的控 制都将影响到轧辊与轧件形成的变形区的参数,因而互相耦合、互相干扰。因此 AGC 工作时,需要有相应的补偿功能。

2.4.5.1 活套补偿
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AGC 工作时,由于对各机架出口厚度的调节,必将使压下率发生波动,从而 改变前滑,改变带钢出口速度。这将破坏活套的工作,而活套的动态调节又将反 过来影响 AGC。为此,本 AGC 系统设有活套补偿功能,即当调整压下时,事先给 主速度一个补偿信号,以减轻 AGC 对活套系统的扰动。 为了保持机架间流量相同: f:前滑

(1 ? f n )Vn ? (1 ? bn?1 )Vn?1

b:后滑 V:轧机速度

?f nVn ? (1 ? f n )?Vn ? ?bn?1Vn?1 ? (1 ? bn?1 )?Vn?1
?Vn ?f n ?b V 1 ? bn?1 Vn?1 ?Vn?1 ?? ? n?1 n?1 ? Vn 1 ? f n 1 ? f n Vn 1 ? f n Vn Vn?1
?? ?f n ?b 1 ? f n 1 ? bn?1 1 ? f n ?Vn ?1 ? n?1 ? 1 ? f n 1 ? f n 1 ? bn?1 1 ? f n 1 ? bn?1 Vn?1 ?f n ?bn?1 ?Vn?1 ? ? 1 ? f n 1 ? bn?1 Vn?1

??

(1 ? f n )hn ? (1 ? bn ) H n

? ?f n hn ? (1 ? f n )?hn ? ?bn H n ? (1 ? bn) ?H n
?bn ?H n 1 ? f n hn ?hn 1 ? f n hn ?f n ?? ? ? 1 ? bn H n 1 ? bn H n hn 1? b Hn 1? fn
?? ?H n ?hn ?f n ? ? Hn hn 1 ? f n

= ?n ? ?n

? ?f n ?H n ?hn ? ? ? ? ? , ? ? ? n n ? ? 1 ? f H h n n n ? ?
fn ? 1 H n ? hn 1 n ? ? C Hn C

(C = 4)

H n ? hn h ? 1? n Hn Vn = H n
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?f n ?

1 hn ?H n ?hn ( ? ) C Hn Hn hn

?? n ?

?f n 1? ? n ? ?n 1? fn C ? ? n

?Vn ?Vn?1 ? ?? n ? ? n?1 ? ? n?1 ? Vn Vn?1

2.4.5.2 油膜补偿

在 GM-AGC 的方式下,为了避免在加减速过程中油膜厚度的波动影响带钢的 出口厚度,因此在 GM 厚度计算过程中,要考虑油膜厚度补偿。 计算原理:
?FACC 表示的是在加减速过程中油膜重量的增量,通过如下关于线速度函

数表示:
?FACC =f (v)

f(v)是 PLC 中线性函数 (FGEN) 的值, 当轧机在加减速过程中处于负辊缝时, 重量波动数据要求此函数。 油膜量由上述压力波动和当前压力级下的轧机常数(MACC)通过如下公式进 行计算,并且在 GM 计算过程中修正当前的 SD 位置值。
?SACC ? ?FACC / MACC

补偿后的辊缝位置由当前辊缝位置(结果值)S 和Δ SACC 通过如下公式进行 计算: Sc=S-SACC 2.4.5.3 尾部补偿

当板坯的尾部经过轧机时,下一机架的精轧张力切换到 0,使出口厚度突然 变厚,因此需根据预测的强制缩减值进行补偿。由于控制延迟及将被控制的板坯 长度减少,所以尾部补偿对于板坯速度较快的下游机架影响不大。 计算原理: 板坯尾部厚度增加以如下曲线:

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?h

Tail End

Tail end length

下图是每一个机架增加厚度的总和。 ?h
6 5 4 3 2 1 1:F1~F2 尾部厚度增加值 2:F2~F3 尾部厚度增加值 3:F3~F4 尾部厚度增加值 4:F4~F5 尾部厚度增加值 5:F5~F6 尾部厚度增加值 6:F6~F7 尾部厚度增加值 Tail end length

由于每一个机架的增加厚度不一样,因此,即使有必要补偿增加厚度,但通 过机架的出口厚度转换,每一个机架的补偿量是适当的。由于下游机架的板坯比 较薄并且为了防止堆钢,补偿量必须减少,所以应加大上游负荷。 各个轧辊的补偿量由 SCC 给定,由 M,Q 来计算减少量。
?S TEC ? ? M ?Q ?hTEC M

式中:

?hTEC :尾部补偿
M :轧机刚度

Q :轧件塑性系数

2.5 精轧区压下检测仪表
精轧区压下相关的检测仪表主要有:测压仪,测厚仪,位移传感器,油压传 感器,
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2.5.1 测压仪
测压仪与 PLC 通过硬线连接,信号类型分为模拟量(4~20mA)和数字量, 主要信号有两侧轧制力、系统故障等。

2.5.2 测厚仪
测厚仪是精轧区主要的检测仪表之一,用来测量成品带钢的中心线厚差。测 量信号用于 AGC 系统。

2.5.3 位移传感器
位移传感器分为两种,HGC 缸上选择 SONY 位移传感器,F1E 立辊及侧导 板选用的是 MTS,精轧区常用的 MTS 的参数为 25 位 gary 码、精度为 2 微米。

2.5.4 油压传感器
油压传感器一般用于检测液压系统的压力大小,信号类型为 4~20mA,压力 大小及压力报警在 HMI 上显示,压力大小并用于压力闭环控制。

2.6 精轧区压下通讯
精轧区压下的通讯包括:精轧压下与精轧速度控制系统、精轧压下与精轧板 形控制系统、精轧压下与精轧飞剪控制系统、精轧压下与换辊控制系统、精轧压 下与介质控制系统、精轧压下与高压水控制系统、精轧压下和卷取控制系统以及 精轧压下与二级控制系统的通讯。

2.6.1 精轧压下与换辊系统通讯
精轧压下与换辊系统的通讯内容为: ? 换辊请求 ? 压下处于换辊状态
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? 换辊完成 ? 弯辊允许

2.6.2 精轧压下与介质系统通讯
精轧与介质系统的通讯内容为: ? 精轧液压站正常 ? AGC 站正常 ? 精轧接轴稀油润滑正常 ? 精轧稀油润滑正常 ? 精轧油膜轴承润滑正常 ? 工艺润滑站正常 ? 工艺润滑站 GYV02a 状态 ? 工艺润滑站 GYV02b 状态 ? 精轧液压站出口压力 ? AGC 液压站出口压力

2.6.3 精轧压下与卷取控制系统通讯
精轧压下与卷取控制系统通讯内容为: ? 1 号卷取机咬钢信号 ? 2 号卷取机咬钢信号 ? 3 号卷取机咬钢信号

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