1、板帶軋機系統自動控制1 1燕山大學燕山大學機械工程學院機械工程學院板帶軋機系統自動控制2 2 3.1 軋件厚度波動的原因 3.2 機座的彈性變形和彈跳方程 3.3 軋件塑性變形與塑性方程 3.4 軋機彈塑性曲線（P-h圖）的應用 3.5 縱向厚差方程 3.6 軋機等效縱向剛度 3.7 板厚檢測 3.8 板厚控制系統的基本類型及其數學模型 3.9 板帶熱連軋厚度自動控制簡介 3.10 板帶冷連軋厚度自動控制簡介板帶軋機系統自動控制3 33.6 軋機等效縱向剛度軋機等效縱向剛度hHhPPhS0S0P00P - P0M軋機縱向剛度模數M： 軋機的自然（或固有）縱向剛度模數板帶軋機系統自動控制4 4

2、在具有液壓壓下系統液壓壓下系統的軋機上，由于液壓壓下具有調整速度快、反應靈敏等優點，使因軋制壓力波動所造成的輥縫彈跳（縱向厚差）能夠及時通過調整空載輥縫調整空載輥縫的大小而得到補償。HhPhABBAHS0hhPBBAAHhS0h3.6 軋機等效縱向剛度軋機等效縱向剛度板帶軋機系統自動控制5 5 不考慮軸承油膜厚度變化的影響（令 = 0），縱向厚差方程即變為h = S0 + P/M 在空載輥縫增量方程式中，令xe = xt = xm = 0，即只考慮壓下位移增量xP的影響，則有S0 = xP 如果壓下位移增量xP按下式給定xP = P/M 可得調整壓下后的縱向厚差為h = P/M(1)3.6 軋

3、機等效縱向剛度軋機等效縱向剛度板帶軋機系統自動控制6 6定義等效縱向剛度模數等效縱向剛度模數M為M = P/h = M/(1) 軋機等效縱向剛度模數表示了軋機進行厚度控制的能力。 改變補償系數的大小，就可改變等效縱向剛度模數M，實現不同的控制方式。-0.5-10.510MMM32M3.6 軋機等效縱向剛度軋機等效縱向剛度板帶軋機系統自動控制7 73.6 軋機等效縱向剛度軋機等效縱向剛度不同補償系數實現的等效縱向剛度模數控制方式： 恒輥縫控制（等厚軋制）恒輥縫控制（等厚軋制） 硬特性控制硬特性控制 自然剛度控制自然剛度控制 軟特性控制軟特性控制 恒壓力控制（等壓軋制）恒壓力控制（等壓軋制）1hh

4、2h3h4h5123450PPShH0板帶軋機系統自動控制8 8不同補償系數實現的等效縱向剛度模數控制方式： 恒輥縫控制（等厚軋制）恒輥縫控制（等厚軋制） 當=1時，M=，h=0。 軋機的等效縱向剛度模數為無窮大，軋出的帶材厚度h保持不變，故又稱為等厚軋制。在這種情況下，空載輥縫調整量S0 = P/M，完全補償了機座彈性變形波動量P/M，使縱向厚差為零。0PS0hHhPM=1= 3.6 軋機等效縱向剛度軋機等效縱向剛度板帶軋機系統自動控制9 9不同補償系數實現的等效縱向剛度模數控制方式： 自然剛度控制自然剛度控制 當=0時，M =M，h = P/M。 在軋制過程中不進行壓下調整，空載輥縫S0恒

5、定，軋機的等效縱向剛度模數等于其自然剛度模數，機座彈性變形波動量完全不能補償，稱為自然剛度控制。0=0PPS0hHhM=12P12hMh3.6 軋機等效縱向剛度軋機等效縱向剛度板帶軋機系統自動控制1010不同補償系數實現的等效縱向剛度模數控制方式： 恒壓力控制（等壓軋制）恒壓力控制（等壓軋制） 當 = 時，M = 0，P = 0。 軋機的等效縱向剛度模數為零，縱向厚差最大，在軋制過程中的壓下調整使軋制壓力恒定，故又稱為等壓軋制。0= - PPS0hHhM= 012hh3.6 軋機等效縱向剛度軋機等效縱向剛度板帶軋機系統自動控制1111不同補償系數實現的等效縱向剛度模數控制方式： 硬特性控制硬特

6、性控制 當0 M，h = P/MP/M。 軋機的等效縱向剛度模數大于其自然剛度模數但小于無窮大，輥縫調整量S0 = P/M，只能部分補償機座彈性變形波動量，使縱向厚差減小，但不能完全消除，稱為硬特性控制。012hh0M3.6 軋機等效縱向剛度軋機等效縱向剛度板帶軋機系統自動控制1212不同補償系數實現的等效縱向剛度模數控制方式： 軟特性控制軟特性控制 當 0時，M P/M。 軋機的等效縱向剛度模數小于其自然剛度模數，輥縫調整量S0 = P/M與機座彈性變形波動量的方向相同，不但不能減小反而會加大軋后的縱向厚差，稱為軟特性控制。0PPS0hHh1MM 0h2h3.6 軋機等效縱向剛度軋機等效縱向

7、剛度板帶軋機系統自動控制1313 實踐證明，要使補償系數=1是很困難的，為了控制系統的穩定，目前可達到的是=0.9左右，即軋機等效縱向剛度模數最大等于其自然剛度模數的10倍。 采用硬特性控制時，縱向厚差減小，但使板形變壞。恒輥縫控制（最硬）縱向厚差最小（為零），但板形最壞。采用軟特性控制時，縱向厚差加大，但板形變好。恒壓力控制（最軟）縱向厚差最大，但板形最好。 恒壓力控制一般在平整軋件時使用，以改善板形。3.6 軋機等效縱向剛度軋機等效縱向剛度板帶軋機系統自動控制14143.7 板厚檢測板厚檢測 3.7.1 板厚檢測裝置的分類厚度測量儀表接觸式非接觸式電感式差動變壓器式輻射式微波式渦流式激光式

8、X射線射線射線板帶軋機系統自動控制15153.7 板厚檢測板厚檢測 3.7.2 接觸式測厚儀12345UsrR0R0UscUsrUscW0UsrUscW1W2e2e1銜鐵（磁芯）= e差動電感式線性位移傳感器的結構原理差動變壓器式線性位移傳感器的結構原理板帶軋機系統自動控制16163.7 板厚檢測板厚檢測 3.7.2 接觸式測厚儀板帶微電流放大器壓縮空氣步進電機壓縮空氣A/D計算機D/AAGC與上位機接口下探頭下探頭接觸式測厚儀工作原理板帶軋機系統自動控制17173.7 板厚檢測板厚檢測 3.7.3 非接觸式測厚儀 輻射式（帶鋼）測厚儀主要是應用了核透射原理。I = I0ex式中 I 穿過被測

9、物體后的輻射強度； I0 穿過被測物體前的輻射強度； 被測物體對射線的吸收系數； x 被測物體的厚度。板帶軋機系統自動控制18183.7 板厚檢測板厚檢測 3.7.3 非接觸式測厚儀I = I0ex其中與具體的被測物體材料特性（密度）相關：m = /式中 m 被測物體的質量吸收系數； 被測物體的密度。 I = I0emx 在放射源和板帶都確定的情況下，m為常數。對于X射線、射線和射線，都有相應的公式可以確定。板帶軋機系統自動控制19193.7 板厚檢測板厚檢測 3.7.3 非接觸式測厚儀x = ln(I0/I)/(m)板帶軋機系統自動控制2020AGC（Automatic Gauge Cont

10、rol）系統 它通過測厚儀測厚儀、位移傳感器位移傳感器和壓力傳感器壓力傳感器等對軋件實際軋軋件實際軋出厚度出厚度連續的進行測量，然后將實測厚度值與目標厚度值相比較，得出偏差信號，經放大后輸出一個控制量去調整壓下、張調整壓下、張力或軋制速度力或軋制速度，把厚度控制在允許的偏差范圍內。 一個完整的AGC系統由若干個厚度自動控制系統組成，其中最主要的是壓下位置閉環系統、軋制壓力變化補償系統、測厚儀監控系統、前饋控制系統及張力控制系統等。3.8 板厚控制系統的基本類型及其數學模型板厚控制系統的基本類型及其數學模型板帶軋機系統自動控制21213.8 板厚控制系統的基本類型及其數學模型板厚控制系統的基本類

11、型及其數學模型 3.8.1 壓下位置閉環-+21位移傳感器電液伺服閥放大器xxxxuiQppcppg整個厚度自動控制系統的基礎基礎板帶軋機系統自動控制22223.8 板厚控制系統的基本類型及其數學模型板厚控制系統的基本類型及其數學模型 3.8.2 軋制壓力變化補償-+-測壓儀位移傳感器電液伺服閥放大器12iQupcxpxpgxxpPPSPM1xp = (P/M)板帶軋機系統自動控制23233.8 板厚控制系統的基本類型及其數學模型板厚控制系統的基本類型及其數學模型 3.8.2 軋制壓力變化補償 對連軋機，一般前一、二架取=0.70.8，等效剛度模數大，以消除來料厚差的影響；中間機架取=0，為自

12、然剛度；末架取= -2 -3，等效剛度模數小，為軟特性控制，以獲得較好的板形。 軋制壓力的設定值設定值Ps是采用軋件頭部頭部咬入時所測得的軋制壓力數值，把它存入鎖住存儲器中作為基準值（或稱鎖定值）。然后，軋制壓力變化補償的功能就是以軋件頭部為基準，保證沿整個帶卷長度上厚度是均勻的。板帶軋機系統自動控制24243.8 板厚控制系統的基本類型及其數學模型板厚控制系統的基本類型及其數學模型 3.8.2 軋制壓力變化補償 軋制壓力變化補償系統又稱為P-AGC系統。由于這種控制方式相當于將機座作為測量厚度（厚差）的“厚度計”，所以又稱這種控制系統為厚度計式厚度自動控制系統（厚度計式厚度自動控制系統（GM

13、-AGC系統）系統）。這種測量厚度的方法稱為間接測厚間接測厚或厚度計法厚度計法（GM法）法）。板帶軋機系統自動控制25253.8 板厚控制系統的基本類型及其數學模型板厚控制系統的基本類型及其數學模型 3.8.3 測厚儀監控1. 基本原理-+-測厚儀位移傳感器電液伺服閥放大器12iQupcxpxpgxxphchMM+Wgh板帶軋機系統自動控制26263.8 板厚控制系統的基本類型及其數學模型板厚控制系統的基本類型及其數學模型 3.8.3 測厚儀監控1. 基本原理MWMFxxxxhmteP1WMMxhPh/xp = M/(M+W)HhPhAAS0h = h -hhxP+HhPhABBAS0h =

14、h -hhHxP+板帶軋機系統自動控制27273.8 板厚控制系統的基本類型及其數學模型板厚控制系統的基本類型及其數學模型 3.8.3 測厚儀監控1. 基本原理 = h/S0 = M/(M+W)HPPhS00hS0hPhS0 1壓下效率系數 當空載輥縫S0改變時，它所引起的軋件實際軋出厚度的改變量h要小于S0。 當軋件變形抗力S較大而軋件厚度h很薄時，由于軋機塑性剛度系數W很大，將會導致壓下效率很低，即壓下位移雖然改變不少，但實際軋出厚度并沒有多大變化。據此也可以歸納出一個初步的認識，即連軋機末架的壓下效果沒有前幾架好。板帶軋機系統自動控制28283.8 板厚控制系統的基本類型及其數學模型板厚控制系統的基本類型及其數學模型 3.8.3 測厚儀監控2. 時間滯后 測厚儀一般安裝在離輥縫較遠的地方，通常從軋輥中心線到測厚儀的距離為L=1501750mm。因此，厚度測量點與軋制控制點不在一處，存在滯后時間 = L/式中 滯后時間； 軋制速度。-+-測厚儀位移傳感器電液伺服閥放大器12iQupcxpxpgxxphchMM+Wgh板帶軋機系統自動控制29293.8 板厚控制系統的基本類型及其數學模型板厚控制系統的基本類型及其數學模型 3.8.3 測厚儀監控3. 目標厚度值給定 目前，普遍采用的目標值