TA的每日心情 | 开心 2020-5-31 04:37 |
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发表于 2009-1-13 11:14:01
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精轧控制系统的设计实现
精轧控制系统的设计实现
600中带热连轧精轧区主要由精轧机组组成,包括二架立辊轧机和九架平辊轧机,即E2、F1~F9。精轧机组将中间坯(17mm-45mm)轧制到成品厚度1.5~10mm。中间坯不设飞剪切去不规则的头部,依次进入立-平-平-立─平-平-平-平轧机连续轧制。为保证正常轧制,通板不拉钢、堆钢,需进行正确的速度预设置。精轧机组速度给定控制系统接收上位机或HMI给出F1~F9的速度设定值,完成精轧机组速度基准设定,并根据轧制要求实现轧制控制。通过操作手柄可进行速度微调控制或点动控制。在轧制过程中能综合AGC速度补偿、活套高度控制速度补偿和逐一微调控制等信号,以末机架为基准机架,对上游机架进行速度补偿,最终向主传动系统输出正确的速度基准值。 精轧机架间设有6台电动活套装置,F1至F9后各有一个(即H1~H6),当轧件依次进入n+1架轧机时,n至n+1架轧机之间的活套依次升起,通过套高调节系统使轧机自动调速,并通过张力调节系统使带钢在微张力、恒张力状态下轧制,轧成所需要的带钢尺寸。精轧机架间设有喷水冷却装置,用于控制终轧温度,带钢终轧温度在850℃以上。通过设定合适出口速度和机架间喷水冷却制度以保证要求的终轧温度。系统中没有设定模拟轧钢功能以用于离线实时调试。(离线实时调试系统是一套模拟轧钢软件,为了实现模拟轧钢,由L2提供模拟轧钢用的PDI数据,L1进行模拟轧钢的时序控制。该功能用于实验室及无负荷试车调试。)精轧组还配有导卫调整控制等系统。轧机最大出口速度可达16.5m/s。
2 控制设计要求 精轧机组的操作要求手动和自动结合控制,手动优先,即在自动过程中如进行手动操作时,自动操作环节均自动断开,只保留手动操作环节。系统设置:E2、F1~F9速度闭环控制系统制系统。要求精轧机组在自动控制失灵时,在操作台上能手动完成所有轧钢操作。具体如下1) 精轧机组各架设Δn控制系统(咬钢动态速度补偿,包括jp1/jp2轧机),即轧机在设定n转速时增加Δn,当咬钢后立即去除Δn,恢复设定的n转速。补偿量Δn=n×(1~5%),补偿量可任意设定。(2) 精轧机组各架为无级调速(包括E2轧机),各机架可单独设定速度,即粗调,粗调精度为0.01m/s;各机架也可速度微调,即精调,精调精度为0.001ms。
(3) 精轧机组工作时正转,处理事故、检修及调整时可反转;事故反转速度为0.2m/s,此时不要求保持连轧关系。(4) 精轧机组各机架(包括E2)能联合起动和制动,并设手动联合紧急停车;若精轧机组中任何一架轧机发生跳闸时,所有轧机应同时自动紧急停车。
(5) 精轧机组各机架设爬行速度,爬行速度为0.2m/s。
(6) F1~F9压下装置电动压下,可单侧调整,也可联动,要求带钢压下。(7) F1~F9轧机的轧制速度可手动控制也可自动控制。其速度自动调节系统为上游逐移调节系统(即调整某机架时,把调整信号按同一比例依次传递给上游各机架,使得上游各机架同时被调整),以F9、F8、F7为基准机架。各机架速度逐移调整范围最大为±15%。要求:①可手动任一机架起始上游逐移;逐移量在其调整范围可任意设定。②可在低速状态下手动调节各架速度满足连轧关系后,采样数据,将末架升速至规定速度,其它各架可按已建立的比例关系同时升速,保持连轧关系不变;即:精轧机组统一升降速控制。(8) 精轧机组F1~F9各架轧机可不连续任甩最多3架轧机(以F6为基准机架时)。精轧机组F1~F5各架轧机可不连续任甩最多2架轧机(以F5为基准机时当F6故障时以F5轧机为基准机架)。(9) 设机旁操作箱(3CD~8CD),用于F1~F9换辊及侧导板操作。(10) 轧制中心线标高为调整阶梯垫片组,液压驱动,手动控制。
3 精轧控制功能及实现3.1 控制系统配置系统分三部分,最底层完成信号的变换、采集,这些信号进入第二层PLC,PLC完成精轧的顺控、主速度控制、活套控制、AGC控制、换棍控制、轧件温度控制、轧件跟踪和模拟控制,第三层服务器完成轧线模型计算和信息的综合处理。
3.2 轧线跟踪和模拟轧钢(1) 轧线跟踪和模拟轧钢在现代化热带轧制线上,自动化程度高,轧制节奏快,产品质量亦较高。而在计算机控制系统中具有一个关键性程序,它对全部功能控制程序的运行起到调度作用,这就是跟踪程序。跟踪程序是对轧线上热金属检测器和平辊机架的压力负荷继电器(HMD,LR)状态仿真,进而指示出钢坯在轧线上实际位置和运行状态,从而达到调度的目的。在计算机控制系统中,在轧线上无钢坯的情况下产生类似于轧钢的实际状态,使轧制线上所有设备正常地按轧制情况运转起来,起时序控制作用的软硬件被称之为模拟轧钢。对于一个新开发的计算机轧钢系统,为了使软件在实验室进行系统联调;或者进入现场实际调试;以及每次检修设备之后,或在停产一段时间轧首块钢之前,均要运行模拟轧钢程序,以此来检查各个有关水、风、电等辅助设备运行是否正常,检验计算机控制系统工作是否正常,这样可以少出设备事故,少出废品。(2) 模拟轧钢原理和具体实现方法在实际轧制中,HMD和LR的ON/OFF变状态主要视轧件的到达和离去的时序而定。但对于模拟轧钢时,无轧件在轧线上运动,亦要产生HMD和LR的ON/OFF变状态,这就是模拟轧钢时计算机依据时序通过硬件接口的作用。首先按实际轧制时的工艺情况和具体的轧制方案,依据模型计算出轧线上各HMD和LR的状态时序,由计算机输出接口将此状态以时序发出去控制实际的HMD和LR二次检测器,再由输入接口采入各检测器状态,则跟踪程序就可像真实轧制时一样正常运行,调度作用同时产生了。
3.3 精轧顺控精轧机机架间带钢喷水冷却控制系统是为精轧机终轧温度控制服务的,它能够保证带钢头部及全长的终轧温度在要求的范围内。热轧带钢的带尾到精轧机入口所需的运行时间比带头长,带尾温度比带头温度低,这样的温度梯度能通过轧制中速度升高和机架间冷却来消除掉,由加速度产生的变形热量和机架间冷却的温度控制可以补偿带尾失去的辐射热量。由于设计要求不允许进行升速轧制,故主要由机架间冷却来达到温度控制目标。控制系统包括冷却水水量调节(机架间冷却、工作辊)和冷水水开关控制(支撑辊、工作辊、交叉喷射、机架间冷却等)。
3.4 精轧速度控制(1) 连轧机主速度级联系统在带钢热连轧生产过程中,为了保证正常的生产,即保证通板不堆钢、拉钢,轧制处于恒定小张力状态,需设置连轧机主速度级联系统,并采用恒张力活套支持器动态调节。为使活套系统正常工作,要求精轧机组速度设定精度得到保证,也只在机架之间的设定速度得到很好的匹配时张力控制才能较好地实现。连轧机组各机架轧辊的转速要相对严格同步,因此要求各机架主传动的速度,不仅在静态下,而且在过度过程中均要精确分配,以协调各机架间的速度。(2) 基准速度给定在实际生产中,精轧宽展可以忽略,这样秒流量公式可以演变为:h1×v1=h2×v2=...=hn×vn其中: hi—第i机架的出口厚度;vi—第i机架带钢出口线速度;Bi—带钢的宽度;速度设定是由过程计算机,根据轧制工艺状况以及设备能力情况,按照合负荷分配得到各机架出口厚度,用秒流量方程反推出各机架速度设定值。由于存在前滑,带钢速度与轧辊线速度的关系为:Vi=VOi(1+fi)因此其中: fn—末机架的前滑值;fi—i机架的前滑值;Von—末机架的轧辊线速度;Voi—i机架的轧辊线速度。(3) 速度动态调节秒流量方程仅使用于稳定轧制状态。当对机架间活套进行调节时,各机架流量将不再相等。精轧机组速度给定控制系统接收过程机的F1~F9速度设定值,实现速度基准的设定计算、活套高度控制的自动速度补偿、AGC的自动速度校正控制、各种手动速度微调控制、点动操作控制、速度设定系统的顺控联锁及故障报警显示控制,最终向主传动系统输出正确速度基准值。未机架的速度是作为基准值而不调节的,调节时的逐移方向是由下游向上游机架进行,通常称之为逆调。稳定精轧出口速度对轧机与卷取机的匹配和终轧温度控制都是有利的。当轧机处于压靠时,速度控制到低速运行,由压靠程序完成。
3.5 活套高度及张力控制恒定活套量和小张力轧制是现代热连轧精轧机组的一个基本特点。在轧制过程中,由于主传动系统总是存在着动态咬钢速降,在稳定轧制阶段又总是存在着各种外部干扰,不可能始终保持各机架之间的速度匹配关系,所以设置活套的主要目的,就是在于检测到这些偏差,进而通过高度调节吸收这些活套量,使得生产正常稳定。此外,因为在热连轧轧制过程中,轧件温度很高,若受到太大的张力,其张应力就有可能超过金属的流动极限,使带钢受拉(拉窄,变薄)变形和尾部失张厚跃等一系列降低成品质量的不良后果,而活套装置的另一个作用就是使带钢保持恒定的小张力。活套控制系统运行方式分为三种:半自动方式—由操作人员通过HMI键盘设定活套的张力、平衡力和高度基准值,实现活套高度和活套张力的自动控制(活套高度基准可为一恒值)。全自动方式—通过接收上位机设定的活套的张力、平衡力和高度基准值,实现活套高度和活套张力的自动控制(活套高度基准可为一恒值)。手动方式—由操作人员操作手柄给出手动起套基准或手动落套基准实现对活套的抬起和落下控制(轧机停止时使用)。在起套过程中,从起套初始阶段后立即进入高度闭环,一旦主速度动态速降恢复,带钢与活套辊接触,则应投入张力控制功能。张力控制的目的应在于维持恒定小张力轧制,避免产生堆钢和拉钢。活套张力控制,首先根据预设张力、预设带钢的重力,在给定的活套高度下计算出活套合力矩电流给定。一旦由于活套量的变化,会使活套角产生变化,在新的活套角反馈后,又将计算出此刻的张力力矩和重力力矩,再折算出新的合力矩电流设定值。在起套过程中,张力设定值既不能过大,也不能过小。过大对带钢品质有影响,过小会使活套系统不稳定,亦不利于稳定轧钢。所谓活套高度自动控制系统就是以某一设定的活套高度为基准,用调节轧机速度来维持活套量恒定。即在由主传动控制系统及活套装置的套量信号(活套臂的摆角信号)所组成的活套高度闭环控制系统中,当实际的活套高度(活套量)与基准值不等时,用其差值控制上游(或下游)机架主传动的速度,纠正秒流量偏差,以保证活套量恒定。抛钢前活套降低高度基准进行微套量控制。为保证产品质量,不希望精轧机组出口速度频繁变化,我们采用调节上游机架主传动的速度来维持活套量恒定。即以精轧机组的末机架为基准架,调节上游机架的速度,来进行活套高度和张力控制(称之为逆调)。
3.6 精轧多功能AGC随着轧制速度和自动化程度的提高,为了更有效地控制带钢的纵向厚度公差,提高成品带钢质量,液压压下相对于电动压下具有如下优点:惯性小,反应快,截止频率高,对外来干扰跟随性好,调节精度高;由于系统响应快,因此对轧辊偏心引起辊缝发生高频周期变化的干扰能进行有效的消除;可以实现对轧机刚度系数的调节,因此可根据不同的轧制条件选择不同的刚度系数,来获得所要求的轧出厚度。对于现代带钢热连轧机,一般要求在全长各点厚度值和锁定值之差小于±0.03mm。设定模型对各机架的辊缝预设定主要解决了带钢头部精度,但在实际轧制过程中会遇到各种干扰,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,因此AGC系统是热连轧精轧机组自动控制中一个极为重要的组成部分,是提高热轧带钢全长厚度精度的主要手段。目前在现代带钢热连轧机上广泛采用直接数字控制计算机进行厚度自动控制,简称DDC-AGC系统,它能综合采用多种形式的厚度自动控制系统,以适应不同钢种,不同成品规格以及各工艺参数变化的要求。AGC系统采用的基本方程是弹跳方程:其中: SF—弯辊力造成的厚度变化O—油膜轴承的油膜厚度变化G—辊缝零位(热膨胀及磨损)C—轧机的刚性系数,牛顿/毫米S—轧辊辊缝值,毫米但为了进一步提高厚调精度,需采取各种补偿措施,主要是弯辊力造成的厚度变化补偿,油膜厚度补偿以及辊缝零位补偿。同时利用测厚仪直接测得的成品带钢厚度值为基准对AGC系统进行监视,另外为了克服以弹跳方程为基础的反馈式AGC系统的滞后现象,在AGC系统中增加前馈控制功能。(1) 厚度计方式AGC系统厚度计方式AGC即为轧制力反馈AGC,简称GM-AGC或BISRA-AGC,是为了克服直接测厚AGC系统传递时间的滞后和检测的困难(对于带钢热连轧机精轧机组,除入口和出口处设置有测厚仪外,其他各机架的出口处无法装设测厚仪),因此采用间接测厚AGC系统。GM-AGC的实际厚度是利用弹跳方程计算出来的。GM方式的基本原理是:利用弹跳方程,根据测压仪和辊缝仪分别测得轧制压力偏差信号δp,辊缝位置的变动量Δs,然后把这两个变量叠加起来,得到带钢轧出厚度的偏差值δh(),将该δh反馈给厚度自动控制装置进行调节。这是AGC系统中基本的控制功能。(2) 监控AGC系统由于间接测厚的方法存在精度不高的缺点,因此在精轧机组末架的出口侧装设精度比较高的测厚仪来检测成品带钢的实际厚度偏差δh,并反馈到各机架的厚度自动控制系统种,以修正系统的误差值,以进一步提高控制精度。图4为监控AGC功能示意图。图中: C—轧机的刚性系数,牛顿/毫米S—轧辊辊缝值,毫米hL—锁定厚度m—轧件的塑性系数CY—测压头由于测厚仪直接测厚可将在轧制过程中轧辊磨损以及热膨胀等所造成的厚度偏差检测出来。因此在间接测厚的AGC系统中采用监控AGC可进一步提高厚控精度。
(3) 弯辊力补偿弯辊力补偿是由于在AGC工作时,对于轧制压力将主动造成波动,此时单从板厚质量来看得到了改善,但板形质量可能变坏,为此采用前馈方式计算此影响量,使AGC的dS动作与弯辊动作同时,将可能既保证了厚度,又保证了板形。(4) 辊缝零位G补偿间接测厚法是利用磁尺信号来表示轧辊辊缝的,但实际上轧辊直径由于磨损和热膨胀产生缓慢的变化,其结果将使实际辊缝和反馈信号指示有差异,即发生辊缝零位漂移。因此需要分别对各机架的辊缝零位G进行补偿。 |
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