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1、RAL冷连轧自动厚度及张力控制AGC&ATCWWW.RAL.NEU.EDU.CN东 北 大 学 轧制技术及连轧自动化国家重点实验室 2009年3月14日主讲人：李 旭RALu 引言u 冷连轧机综合自动控制u 自动厚度及张力控制（VAI）u 自动厚度及张力控制（HITACHI）u 厚度及张力控制系统典型效果AGC&ATC提纲RAL引 言 WWW.RAL.NEU.EDU.C NRAL随着国民经济的发展，以汽车为代表的各生产部门对冷轧带钢厚度精度的要求日益严格。沿纵向的厚度精度是冷轧带钢最重要的技术指标。一套完整的高精度的厚度控制系统意味着一个强有力的市场竞争地位。引 言RAL厚度波动的原因冷连轧生
2、产是一个复杂的多变量非线性控制过程，各种因素的干扰都会对带钢的厚度精度造成影响。这些影响因素包括： 热轧原料卷厚度偏差及变形抗力偏差 轧辊磨损、偏心、热膨胀及轴承油膜波动 轧制速度影响 模型设定计算偏差 机架间张力的波动 测量仪表精度 控制系统结构和控制参量的设计RAL冷连轧生产最大特点是材料由于加工硬化使得变形抗力很大，仅通过调整辊缝来改变轧制力，很难取得所需的压下率，因此需要使用较大的机架间张力进行轧制，大张力是冷轧生产最主要的特征。张力的作用包括： 降低轧制力，减少轧制能耗 防止带钢跑偏 控制带钢板形 控制带钢厚度张力控制的作用RAL厚度控制原理：冷连轧厚度自动控制是通过调整辊缝、辊速和
3、张力等参数把由于轧制过程各种干扰造成的厚度偏差消除，从而使实际带钢轧制厚度达到目标设定厚度。厚度自动控制原理RALV3V2X1X0V1Hex3Hen3Hex2Hen1Hex1Hen1321DRV 3DRV 2DRV 4V4Hex4Hen44X5Tension ReelDRV 5V5Hex5Hen55DRV 1冷连轧机厚度及张力分布RAL秒流量恒定原则秒流量恒定Ven*Hen*Wen=Vex*Hex* Wex 基本无宽展 : Ven*Hen=Vex*Hex Vex5*Hex5=Vex1*Hex1VexHexVenHenRAL冷连轧机综合自动厚度控制WWW.RAL.NEU.EDU.C NRAL冷连
4、轧机组的综合AGC系统 辊缝前馈AGC、张力前馈AGC 辊缝监控AGC、张力监控AGC 辊缝秒流量AGC、张力秒流量AGC BISRA AGC （轧制力AGC） 快速监控AGC （反馈AGC) 轧辊偏心补偿 加减速厚度补偿 AGC与张力控制（ATR）的互不相关控制 RAL冷连轧机厚度控制策略RAL冷轧机综合AGC系统RALAGC工作方式选择RALPhhPPHPAGCSSSShrhhr（1）BISRA AGCRAL（1）改进后的 BISRA AGC咬钢后，采样轧制力和辊缝值，取其均值， 分别记为 P0和S0。RAL（1） BISRA AGC原理它是根据设定轧制力和实测轧制力通过弹跳方程得到带钢的
5、 厚度偏差，并通过控制液压压上调整辊缝来消除带钢厚度偏 差。辊缝差轧制力偏差设定轧制力消除厚差实测轧制力辊缝调节量过程控制设定计算模型系统设定辊缝值基本思 路:把轧机当做测厚仪+ -+控制算法 （弹跳方程）RAL（2）辊缝监控AGC厚度偏差目标出口厚度实测出口厚度辊缝差基准过程控制设定计算模型系统设定辊缝值+ -+控制算法 （弹跳方程）机组第1机架采用辊缝监控AGC。它是根据出口测厚 仪测得的出口带钢厚度偏差，通过控制液压压上调整辊缝 来消除带钢厚度偏差。RAL（2）张力监控AGC厚度偏差目标出口厚度实测出口厚度速度差基准过程控制设定计算模型系统设定速度值+ -+控制算法 （应力状态，弹 跳方
6、程）消除厚差M改变张力它是根据出口测厚仪检测出带钢出口厚度偏差，通过调节 带钢的张力来消除带钢的厚度偏差。 RAL（3）辊缝前馈AGC厚度偏差目标入口厚度实测入口厚度辊缝差基准过程控制设定计算模型系统设定辊缝值+ -+控制算法 （弹跳方程）它是根据入口测厚仪测得的入口带钢厚度偏差，通过调节液 压压上调整辊缝来消除带钢厚度偏差。 位置跟踪RAL（3）辊缝前馈AGCRAL（3）张力前馈AGC (TFF)厚度偏差目标人口厚度实测人口厚度速度差基准过程控制设定计算模型系统设定速度值+ -+控制算法 （应力状态，弹 跳方程）M改变张力它是根据入口测厚仪检测出带钢入口厚度偏差，通过调节机 架间带钢的张力来
7、消除带钢的厚度偏差。 RAL(4) 秒流量AGCH1V1=h1v1=h2v2=h3v3=h4v4= h5v5RAL(4) 辊缝秒流量AGC入口秒流量计算出口厚度消除厚差出口速度出 口 秒 流 量厚度偏差目标出口厚度辊缝差基准过程控制设定计算模型系统设定辊缝值+ -+控制算法 （弹跳方程）它是由入口测厚仪测出入口带钢的厚度偏差，由入口激光测速仪测 出入口带钢的速度，由出口激光测速仪测出出口带钢速度，由秒流量公 式计算出出口带钢的厚度偏差，通过调节液压压上调整辊缝来消除带钢 厚度偏差。RAL（4）张力秒流量AGC (TMF)入口秒流量计算出口厚度消除厚差出口速度出 口 秒 流 量M改变张力厚度偏差
8、目标出口厚度过程控制设定计算模型系统+ -控制算法 （弹跳方程）速度差基准设定速度值+它是由入口测厚仪测出入口带钢的厚度偏差，由入口激光测速仪测 出入口带钢的速度，由出口激光测速仪测出出口带钢速度，由秒流量公 式计算出出口带钢的厚度偏差，通过机架间张力来消除带钢厚度偏差。RAL（5）速度补偿(SPC)速 度 变 化润滑 条件 变化轧 制力 变 化厚 度 变 化速 度 降 低厚 度 增 加断 带增 加 张 力现象：低速时带钢厚，高速时带钢薄传统的反馈控制：厚差大，增加断带机会实际的控制方案：压下和速度的前馈补偿控制RAL（5）速度补偿(SPC) 冷连轧5个机架上均应设有SPC（加/减速厚度补偿）
9、。由于加/减速时会引起摩擦变化，从而造成轧制力的波动，影响厚度精度。SPC是在轧机加/减速时采集轧制力和速度信号，利用轧制力和速度的关系式计算出辊缝的补偿量，在轧机加/减速时进行控制。RAL（5）速度补偿(SPC) 在ACC/DEC期间AGC系统具有补偿控制功能，来补偿 因速度变化引起的厚度偏差（包括摩擦系数的变化）RAL（6）油膜厚度补偿油膜轴承结构简单，承载能力大偏心大，特别是加减速阶段油膜厚度变化大正常速度 低速滚动轴承偏心小，提高厚度精度密封要求低，维护容易 润滑系统简单，造价低正常速度 低速RAL（6）油膜厚度补偿油膜补偿是根据轴承的机械性能说明而完成的， 可以在线测量。RAL冷连轧
10、机的油膜轴承和滚动轴承后果：轧制高精度薄带钢用油膜轴承需要有几十米长的过渡段，造成超差。滚动轴承可以直接命中目标厚度。RAL（6）轧辊偏心控制 (REC)轧辊偏心的两个基本类型：辊身和辊颈的不同轴度造成轧辊偏心：轧辊轴心和轴套之间的不一致轴向运动的残余应力导致的轧辊弯曲；轧辊的不均匀磨损；轴承和辊颈之间的键销作用形成的辊径弯曲轧辊本身具有的椭圆度造成的偏心：辊身的不对称应力；轧辊圆周柔量的不一致及轧辊的加工RAL（6）轧辊偏心控制 (REC)轧辊偏心将引起辊缝变化，影响出口带钢厚度精度用FFT找出厚度曲线的频率特征（支撑辊的转速）eDD思路： 偏心转动频率：n 厚差波动频率：FFT 寻找频率接
11、近的机架 对偏心加以补偿普通FFTMFFTRAL（7）互不相干控制 (NIC) 冷连轧机组的25机架设有NIC（非干涉控制）。其功能是用来消除AGC和ATC之间的干扰而对带钢厚度精度的影响。RAL奥钢联自动厚度及张力控制 WWW.RAL.NEU.EDU.C NRAL五机架冷连轧机传感器配置图奥钢联SIEMENS VAIRAL五机架冷连轧机典型仪表配置测厚仪：4套IRM X射线型测厚仪。#1机架入口、出口各1套 ，#5机架出口两套，其中一套备用。测速仪：1#机架出口、 2#机架出口及5#机架出口，装备3台 KELK激光测速仪。张力计：从1#机架入口到5#机架出口装备6套ABB张力计。 可以测出机
12、架工作侧和驱动侧的张力。压力计：从 1#架到5#机架压下液压缸内装备油压传感器。 通过油压计算轧制力。位置传感器：从 1#架到5#机架压下液压缸内装备SONY 磁 尺。RALV4V2X1X0V1Hex4Hen3Hex2Hen2Hex1Hen1321DRV 3DRV 2DRV 4V4Hex4Hen44X5Tension reelDRV 5V5Hex5Hen55DRV 1Monitor 1Mass Flow 1Feed Forward1Monitor 5Feed Forward 2Mass Flow 2/Current_2_Pre/3Dynamic Load Balance/Current_3_P
13、re/3 +自动厚度控制总览VAIRAL FF1:基于入口测厚仪X0和入口区速度对带钢厚差进行跟踪,生成开环修正作用到第一机架液压缸以补偿入口厚度变化. MF1:基于入口测厚仪X0以及第一机架后的激光测速仪,实时估算出口厚度偏差,闭环控制修正量作用到第一机架液压缸,控制回路高响应. MON1:基于测厚仪X1检测的厚度偏差,结合SMITH预估器对第一机架出口厚度进行监视控制,修正量作用到第一机架液压缸. FF2:基于测厚仪X1检测的厚度偏差,利用秒流量相等原理计算出实时速度修正量作用到第一机架的主传动.自动厚度控制AGCRAL MF2:基于测厚仪X1、第一机架后激光测速仪及第二机架后激光测速仪，
14、实时估算出的第二机架出口秒流量偏差经过控制闭环将修正量作用到第二机架出口厚度基准,控制回路高响应. MON5:基于出口测厚仪X5检测的厚度偏差,结合SMITH预估器对出口厚度精确校正,使出口厚度接近目标厚度,修正量作用到前一机架的主传动. DC:由于厚度与张力之间的耦合作用，各个AGC控制回路均设有解耦网络，以补偿因控制厚度而引起的张力波动.自动厚度控制AGCRAL调压下自动厚度控制FF1RAL调压下自动厚度控制MON1RAL调压下自动厚度控制MF1RAL3Drv2_Cur Hex2 Cur2Dlb_Hex2_Ref_CorHex2_PreX1 - Max_cor_% Hex2_PreX1 +
15、 Max_cor_%Anti Wind up Hex2* LimiterIntegralProportionalXAOperator_CorStd2_Cur_Prst (%)Drv4_CurA+Drv3_Cur Hex3 Cur3Dlb_Hex3_Ref_CorHex3_PreX1 - Max_cor_% Hex3_PreX1 + Max_cor_%Anti Wind up Hex3* LimiterIntegralProportionalXAOperator_CorStd3_Cur_Prst (%)调压下量动态负荷平衡控制DLBRALNormal Tension Control(NTC):正
16、常张力控制在不影响厚度的前提下,控制机架间的张力.它包括有 三种类型: l 入口段张力 l 机架间张力 l 出口段张力Safty Tension Control(STC):安全张力控制是在NTC不能有效控制张力的特殊情况下起作用.安全张力控制STC通过改变速比来使带钢张力保持在TMIN, TMAX内.一旦带钢张力回到该范围,STC纠正量立即回到零.自动张力控制ATCRAL 入口NTC: 基于入口张力工艺设定计算张力力矩基准,发送给开卷机主传动对入口张力进行开环控制. 机架间NTC: 根据 机架间张力检测和张力设定之间的张力偏差,送入张力控制器得到的控制量作用到下游机架的液压缸,维持机架间张力恒定. 出口NTC: 基于卷取张力工艺设定计
