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1、Page:1National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11北科大板形培训北科大板形培训板形质量控制板形质量控制板形质量控制板形质量控制（第三篇（第三篇（第三篇 （第三篇 板形控制模型）板形控制模型）板形控制模型）板形控制模型）邵健邵健邵健邵健北京科技大学北京科技大学北京科技大学北京科技大学高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程研究中心高效轧制国家工程
2、研究中心高效轧制国家工程研究中心Page:2National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11背景介绍背景介绍背景介绍背景介绍1 板坯温度2 板坯楔形3 板坯镰刀弯4 板坯成分不合5 板坯表面质量6 举例:传统热连轧生产线板形影响因素（复杂，影响因素多）炉区粗轧区精轧区层冷区卷取区炉区粗轧区精轧区层冷区卷取区1 中间坯温度2 中间坯楔形3 中间坯镰刀弯4
3、粗轧辊形5 粗轧导位对中6 操作水平7 1 负荷分配2 厚度设定精度3 精轧辊形4 设备对中，辊缝水平5 水系统，润滑系统6 轧辊质量，轧辊磨损7 侧导板设定8 大型仪表精度9 操作水平10 1 温度制度2 横向不均匀冷却3 上下表面不均匀冷却4 设备水系统5 侧喷水6 吹扫装置7 1 夹送辊辊形2 夹送辊压力3 卷取张力4 Page:3National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technolog
4、yology2011-11-11背景介绍背景介绍背景介绍背景介绍板形控制的要素（4+1）：机型机型辊形辊形工艺工艺控制控制板形不好可能原因板形不好可能原因1）机型的固有缺陷；2）辊形设计不合适；3）工艺参数不合理；4）控制问题；5）企业管理的因素机型、辊形、工艺、管理：什么样的外部条件可以服务于良好的板形？控制：如何利用现有条件创造出良好的板形？管理管理Page:4National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rol
5、ling Technologyology2011-11-11板形控制内容板形控制内容板形控制内容板形控制内容自由规程轧制中板形控制技术过渡卷板形控制板形质量风险评估广义板形控制缺陷局部浪控制大批量同宽轧制板形控制轧后冷却对板形的影响局部高低点控制边部减薄控制通板凸度控制中浪、双边浪等二次浪控制单边浪控制（单侧调平）自由规程轧制中板形控制技术过渡卷板形控制板形质量风险评估广义板形控制缺陷局部浪控制大批量同宽轧制板形控制轧后冷却对板形的影响局部高低点控制边部减薄控制通板凸度控制中浪、双边浪等二次浪控制单边浪控制（单侧调平）阶段阶段阶段阶段阶段阶段阶段阶段Page:5National Enginee
6、ring Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11国内板形控制模型的发展国内板形控制模型的发展国内板形控制模型的发展国内板形控制模型的发展提供商提供商提供商提供商板形模型板形模型板形模型板形模型模型应用模型应用模型应用模型应用西马克西马克PCFCPCFC宝钢宝钢20502050、武钢、武钢22502250、马钢、马钢22502250、涟钢、涟钢CSPCSP、酒钢、酒钢CSPCSP、。、。
7、GEGE TMEICTMEICSSUSSU梅钢梅钢14221422、本钢、本钢17001700、涟钢、涟钢22502250、太钢、太钢22502250、。、。三菱三菱PCSUPCSU鞍钢鞍钢17801780、宝钢、宝钢15801580、宝钢、宝钢18801880、。、。西门子西门子PFCPFC首钢迁安首钢迁安21602160、马钢、马钢CSPCSP、唐山国丰、唐山国丰14501450、。、。北科大北科大NERCARNERCARPFECPFEC鞍钢鞍钢21502150、武钢、武钢17001700、莱钢、莱钢15001500、重钢、重钢17801780、柳钢、柳钢14501450、。、。燕山大学燕
8、山大学宁波钢铁宁波钢铁17801780、攀钢、攀钢145014502003年前，国内热连轧板形模型基本为外方所垄断，经过10几年的不断努力，国内具备了开发全套自主 知识产权的板形控制系统，主要代表为东北大学、燕山大学和北京科技大学。北京科技大学从2003年起，在鞍钢1700进行首套板形模型的运用，截止目前，不断完善的PFEC模型已成 功运用于国内10多条热连轧生产线，在此期间又参与了国内10余条外方提供板形模型的吸收和优化工 作，涵盖了所有外方板形控制系统。Page:6National Engineering Research Center for Advanced Rolling Techn
9、National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11国内板形控制模型运用现状国内板形控制模型运用现状国内板形控制模型运用现状国内板形控制模型运用现状1 1从所提供的功能来看，各家板形模型大体相似，均分为在 L2（过程自动化）实现的板形设定计算模型和在L1（基础 自动化）实现的动态板形模型。2 2由于各条热连轧线的装备精度参差不齐，对样本的统计方 法也不尽相同，加上在操作工的水平、现场工艺及模型维 护人员水平、精轧模型控制精度上均存在差异，目前很难 定量评价各模型相互之间孰优孰劣。3
10、 3从多年实践来看，现有主流的板形控制模型在解决初级阶 段控制内容方面已经取得了非常不错的效果，而对高级阶 段的控制内容仍处于不断的完善之中。总体来看，板形控 制模型在国内已经形成了百家争鸣的态势，但各模型在模 型精度和功能上都有进一步提高的需求。Page:7National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形控制存在的主要问题板形控制存在的主要问题板形
11、控制存在的主要问题板形控制存在的主要问题现阶段存在的一些突出板形问题（共性问题）：1） 换规格首卷、过渡卷的板形控制问题2） 大批量同宽轧制断面问题，交叉轧制、逆宽轧制中的板形控制问题3） 厚度的大幅度波动对板形的影响4） WRS带钢局部高低点控制与轧制稳定性之间的权衡问题5） 轧后冷却对板形的影响6） 轧辊磨损模型、热辊形模型对复杂工况的适应性7） 板形质量异议与生产流程的对应性备注：板形模型和其他模型相比，由于复杂，外方模型供应商和企业技术人 员都缺乏针对具体问题进行持续改进。Page:8National Engineering Research Center for Advanced R
12、olling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11VHA板形控制解决方案（钢铁）板形控制解决方案（钢铁） Page:9National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11VHA板形控制解决方案（铝板）板形控制解决方案（铝
13、板） Page:10National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型作用作用1. 决定带钢头部板形的控制精度决定带钢头部板形的控制精度2. 为为L1板形实时控制提供好的起点， 减少执行机构的调节量，提高带钢 全长的板形精度板形实时控制提供好的起点， 减少执行机构的调节量，提高带钢 全长的板形
14、精度主要任务主要任务1. 设定工作辊窜辊位置和弯辊力设定工作辊窜辊位置和弯辊力2. 为为L1实时控制模型提供关键参数实时控制模型提供关键参数Page:11National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型PCS2HDSMSA1000PRT12HMI 12DEV 14PCS1MSA HubL1
15、SwitchOffice SwitchL2 SwitchL1LFCEServerLCSHMI ServerRM&FML2系统配置L2系统配置Page:12National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型L2系统配置L2系统配置Alpha ES45Alpha ES45HMI1HMI2HMI3H
16、MI42GB Fiber NetworkPC ServerLEVEL2 EthernetLEVEL1 EthernetLEVEL1 HMIMemoryChannelMSA1000Page:13National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型L2系统配置L2系统配置? ?基于基于PCPC- -
17、ServerServer的热轧二级控制系统的热轧二级控制系统 降低硬件成本降低硬件成本 应用易于开发应用易于开发 可利用资源丰富可利用资源丰富 抗病毒能力弱抗病毒能力弱? ?基于基于Alpha OpenVMSAlpha OpenVMS的热轧二级控制系统的热轧二级控制系统 硬件成本居高不下硬件成本居高不下 AlphaAlpha机不再生产机不再生产 OpenVMSOpenVMS应用软件开发难度大应用软件开发难度大 应用软件结构陈旧应用软件结构陈旧 抗病毒能力强抗病毒能力强Page:14National Engineering Research Center for Advanced Rolling
18、 TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型L2系统配置L2系统配置由于由于L2L2控制系统是一个非常复杂的软件系统，它需要由不同控制系统是一个非常复杂的软件系统，它需要由不同 层次、不同功能的多个任务进程协同实现。一般分为三部分：层次、不同功能的多个任务进程协同实现。一般分为三部分： 操作系统、数据库及其他系统软件（防火墙、办公软件等）操作系统、数据库及其他系统软件（防火墙、办公软件等） 中间件中
19、间件 屏蔽硬件平台和操作系统的差异性以及底层操作系统的复杂性。屏蔽硬件平台和操作系统的差异性以及底层操作系统的复杂性。 将过程控制系统中与那些特定项目无关的共性功能的成熟程序分离并固将过程控制系统中与那些特定项目无关的共性功能的成熟程序分离并固 定下来，缩短项目的开发和调试时间，并提高了系统的稳定性。定下来，缩短项目的开发和调试时间，并提高了系统的稳定性。 增加了系统的扩展能力，由于中间件一般可通过配置来适应不同项目的增加了系统的扩展能力，由于中间件一般可通过配置来适应不同项目的 需求，当需要修改或扩展功能时非常方便。需求，当需要修改或扩展功能时非常方便。 应用程序应用程序Page:15Nat
20、ional Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型L2系统配置L2系统配置? ?实时数据文件管理实时数据文件管理实时数据文件管理实时数据文件管理? ?进程间通讯进程间通讯进程间通讯进程间通讯? ?外部通讯管理外部通讯管理外部通讯管理外部通讯管理? ?HMIHMI变量管理变量管理变量管理变量管理? ?
21、日志报警管理日志报警管理日志报警管理日志报警管理? ?进程管理进程管理进程管理进程管理PCDP的系统构架Page:16National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11TagCenterTagCenter公司L3公司L3PDI管理模块轧制过程数学模型库轧制过程数学模型库测量值及事件接收模块HubWare通信服务组件跟踪模块设定值发送模块设定计算模块模型自学
22、习模块轧件实时数据区PDI磁盘阵列磁盘阵列工厂数据区模型数据区PDI输入终端连铸L2连铸L2设定值实际值规程值报表DBLinkerDBLinker缓存区历史数据存储模块数据查询与报表管理L1控制器L1控制器变量集Logger报警服务组件PDI数据实绩数据PDI数据PDI数据钢卷历史数据设定数据设定数据测量数据跟踪事件测量数据钢卷数据HMI Tags报警信息历史数据库PCS 内存空间历史数据库PCS 内存空间PDI输入终端PDI输入终端轧辊数据管理模块轧辊数据钢卷历史数据轧制节奏计算模块传送时间加热炉L2加热炉L2出钢间隔统计数据HMI终端HMI终端TaskWatch任务管理组件管理及诊断板形设
23、定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型L2系统配置L2系统配置Page:17National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型L2系统配置L2系统配置Page:18National Engineering Research Center for Advanced Rolli
24、ng TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型数据准备工作辊综合辊形计算模型系数计算支持辊综合辊形计算工作辊磨损辊形计算工作辊热辊形计算工作辊初始辊形计算支持辊磨损辊形计算支持辊热辊形计算支持辊初始辊形计算机架间目标凸度和平坦度计算各机架弯辊力计算各机架弯辊力优化机架间凸度和平坦度计算窜辊设定计算数据输出及存储HVC窜辊量及等效凸度计算自学习模型系数板 形 设 定 控 制 模 型 功 能 流 程板
25、 形 设 定 控 制 模 型 功 能 流 程Page:19National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型1. 换辊事件启 动计算换辊事件启 动计算2. 变量初始化变量初始化3. 长期自学习 计算长期自学习 计算4. 短期自学习 结果清零短期自学习 结果清零换辊初始化换辊初始化换辊初始化换辊
26、初始化Page:20National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算-1000100200300400500-1000-50005001000F4T-GF4T-WF4B-GF4B-W-1000100200300400500-10
27、00-50005001000F6T-GF6T-WF6B-GF6B-W-101F7目标F7T-WF7B-W400m服役期：21天-101F6目标F6T-WF6B-W400m服役期：21天Page:21National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计
28、算轧辊磨损辊形计算?工作辊磨损非常严重，尤其是F4机架的工作辊，直径磨损量有时可达600m工作辊磨损非常严重，尤其是F4机架的工作辊，直径磨损量有时可达600m?均出现程度不同的不均匀磨损，即出现均出现程度不同的不均匀磨损，即出现“猫耳形猫耳形”磨损辊形，与带钢边部接触部分的辊面磨损严重磨损辊形，与带钢边部接触部分的辊面磨损严重?上工作辊比下工作辊磨损严重上工作辊比下工作辊磨损严重?工作辊操作侧与传动侧磨损不均，一般是传动侧工作辊磨损严重工作辊操作侧与传动侧磨损不均，一般是传动侧工作辊磨损严重Page:22National Engineering Research Center for Adv
29、anced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算?磨粒磨损磨粒磨损外界硬颗粒或硬表面的粗糙峰在载荷作用下嵌入摩擦表面，滑动中引起表面材料脱落的现象外界硬颗粒或硬表面的粗糙峰在载荷作用下嵌入摩擦表面，滑动中引起表面材料脱落的现象?疲劳磨损疲劳磨损两个相对滚动或滚动兼滑动的摩擦表面，在循环变化的接触应力作用下，使得材料
30、疲劳剥落而形成凹坑，或是由于加热或冷却时产生的热应力造成的疲劳失效两个相对滚动或滚动兼滑动的摩擦表面，在循环变化的接触应力作用下，使得材料疲劳剥落而形成凹坑，或是由于加热或冷却时产生的热应力造成的疲劳失效?粘着磨损粘着磨损在摩擦过程中，两摩擦表面的实际接触部位由于粘着效应而形成粘结点，滑动时粘结点发生剪切断裂，使接触表面的材料由一个表面转移到另一个表面在摩擦过程中，两摩擦表面的实际接触部位由于粘着效应而形成粘结点，滑动时粘结点发生剪切断裂，使接触表面的材料由一个表面转移到另一个表面?腐蚀磨损腐蚀磨损摩擦过程中，由于金属与周围介质发生化学或者电化学反应所产生的表面损伤摩擦过程中，由于金属与周围介
31、质发生化学或者电化学反应所产生的表面损伤Page:23National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算?带钢方面带钢方面带钢的温度、材质、宽度、厚度及表面状况等带钢的温度、材质、宽度、厚度及表面状况等?轧辊方面轧辊方面轧辊的材质
32、、原始辊形、硬度、表面粗糙度及直径等轧辊的材质、原始辊形、硬度、表面粗糙度及直径等?轧制工艺轧制工艺 轧制压力、轧制速度、轧制长度、润滑状况、冷却条件及轧制计划编排等轧制压力、轧制速度、轧制长度、润滑状况、冷却条件及轧制计划编排等Page:24National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型
33、轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算20世纪70年代Y. Oike模型20世纪70年代Y. Oike模型()( )=niiibiiaiiiyDLl rlBPC1mCm ：工作辊磨损量Bi ：带钢宽度i：轧制带钢序号n：轧制带钢块数Pi ：轧制力li ：变形区长度ri ：压下率Li ：带钢长度D：轧辊直径i (y)：当0Bi /2时为0、a、b：与轧辊材质、带钢 温度、润滑、冷却等有关Page:25National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Re
34、search Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算20世纪80年代R.R. Somer模型20世纪80年代R.R. Somer模型DWDW26. 447.12233. 325.997, 32, 1=W1，2 ：12机架工作辊平均磨损量W3，7 ：37机架工作辊平均磨损量D：轧辊直径CmCeabmekCC =Ce ：带钢边部工作辊的磨损Cc ：带钢中部工作辊的磨损k=1.3a=10mmb=50mmNa
35、kanishiNakanishiPage:26National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算PFC模型PFC模型()=HLBkWbb1000Wb ：支持辊磨损量H：板坯厚度L：板坯长度B：板坯宽度：带钢密度kb ：磨损参数，各
36、机架不同=DlpLkWkzwwWw ：工作辊磨损量Lz ：带钢长度l：工作辊与轧件的接触弧长p：平均单位压力k：指数，各机架均为0.3kw ：磨损参数，各机架、工 作辊材质有关Page:27National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨
37、损辊形计算( )()( )xyayayayakBWLzRFkxCWWWWWEWEniiiiWCWCWW+=)(166442211Page:28National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算( )xvKwDLlBlPkwkSig
38、nbzckcij32*1=( )()()()()()()+=766524654324433221321111101111100xxxxxxQLxxxxxLQxxxxxxxxLQxxxxxQLxxxxx：咬入角K：带钢的变形抗力wb ：润滑油浓度v：轧制速度k3：润滑影响系数=niiijjww1Page:29National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11
39、板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算轧辊磨损辊形计算050100150200250300350-1000-800-600-400-20002004006008001000F5UF5DWRW5050100150200250300350-1000-800-600-400-20002004006008001000F6UF6DWRW6?马鞍型千分尺?弯月型千分尺?磨床自备辊形仪?辊形离线测量装置Page:30National Engineering Research Center for Advanced Rolling Te
40、chnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算253035404550556065-1000-800-600-400-20002004006008001000F1TF1BF2TF2BTemperature of Work Roll after Rolling(Date:2003-11-10)253035404550556065-1000-800-600
41、-400-20002004006008001000F3TF3BF4TF4BTemperature of Work Roll after Rolling(Date:2003-11-10)253035404550556065-1000-800-600-400-20002004006008001000F5TF5BF6TF6BTemperature of Work Roll after Rolling(Date:2003-11-10)253035404550556065-1000-800-600-400-20002004006008001000F3TF3BF4TF4BTemperature of Wo
42、rk Roll after Rolling(Date:2003-08-05)Page:31National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算热交换热交换x1x2=x3y3y2y11#2#3#work rollbackup rollq bu
43、rq coolq biteq biteq radq fricq beatq bearq radq radq fricq coolq coolq coolq burq airq airq airq air? 高温带钢与工作辊接触过程中的接触传热和辐射传热? 工作辊的冷却液与轧辊之间的对流换热? 带钢与工作辊之间的摩擦生热? 工作辊与支持辊间的热传导和摩擦生热? 工作辊辊径处与轴承间的热交换? 工作辊辊面与空气间的对流换热Page:32National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineerin
44、g Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算TTTTcT2222222)z y x( t=+=由傅立叶定律和能量守恒定 律：)TTr1Tr1rT(tT2222222zr +=轧制部分(r=R,B/2x0):()rTTTtss=1非轧制部分(r=R,Lr /2xB/2):()rTTTtws=2RB/2Lr /2x0 /2rnxrs1s2n1n2辊肩部分(x=Lr /2,Rrrn ):()xTTT
45、tan=1辊端部分(x=x0 /2,rn r0):()xTTTtnn=2轴承部分(r=rn ,x0 /2xLr /2):()rTTTtnn=2Page:33National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算当当K=1和和K=P2LN+L
46、时时)TT(KTT(K)TT(K )TT(KTTn)K(n) JK(4n)K(n) JK(3n)K(A2n)K(W1n)K(1n)K(+=+对于对于K=PLN+1 和和K=PLN+L)TT(K )TT)TT(4K(K)TT(K)TT(KTTn)K(S5kn)K(1n)JK(n)K(n) JK(3n)K(A2n)K(W1n)K(1n)K(+=+对于对于K在其它区间在其它区间)T2TT(K)TT(K)TT(KTTn)K(n)1K(n)1K(3n)K(A2n)K(W1n)K(1n)K(+=+热辊形热辊形2/ )()()(kCWTkWTTTDWC= LNLNLBWPLN+X1PLN+X2PLN 1PL
47、N+1 PLN+LPLN+L+1P2LN+LPLN+L-1PLN+2BearingBearingWork rollPage:34National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算?有限差分法的基本思想有限差分法的基本思想将实际上是连续的物
48、理过程在时间和空间上离散化，近似地置换成一连串的阶跃过程，用函数在一些特定点的有限差商代替微商，建立与原微分方程相应的差分方程，以便于求解将实际上是连续的物理过程在时间和空间上离散化，近似地置换成一连串的阶跃过程，用函数在一些特定点的有限差商代替微商，建立与原微分方程相应的差分方程，以便于求解Page:35National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11
49、板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算导热微分方程导热微分方程+=2222222xTTr1rTr1rTtT边界条件边界条件=辊径与介质间热交换换工作辊与冷却液间热交工作辊与带钢间热交换 )TT(h)nT( )TT(h)nT( )TT(h)nT(mmAwwAssA321热凸度计算式热凸度计算式()+=RtRdrrTRu012eRmRtuuC=Page:36National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineeri
50、ng Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算 (i，j) (i，j-1) (i，j+1) (i-1，j) (i+1，j) Q3 Q1 Q4 Q2 )(2,21,njinjipTTxrrcU=+trrxTTkQnjinji=+212)(121,211,trrxTTkQnjinji=+212)(221,211,txrrrTTkQnjinji=21)2(2)(3, 1txrrrTTkQnjinji
51、+=+21)2(2)(4, 14321QQQQU+=txrrrTTktxrrrTTktrrxTTktrrxTTkTTxrrcnjinjinjinjinjinjinjinjinjinjip+=+21)2(2)(21)2(2)(212)(212)()(2, 1, 121,211,21,211,21, (i，j) (i，j-1) (i，j+1) (i-1，j) Q1 Q2 Q3 Q4 TOUT txrTThQnjiOUT=212)(4,Page:37National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engi
52、neering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算354045505560-1000-50005001000P79-MP79-PE32-ME32-P404550556065-1000-50005001000P51-MP51-PE58-ME58-P36.070.0406036.070.04060实测温度实测温度计算结果计算结果Page:38National Engineering Rese
53、arch Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算02040608010012014016018020014710 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94100
54、0110012001300140015001600热凸度 /m带钢宽度 /mm带钢序号-20020406080100120140160180-1000-50005001000151020408095-50050100150200250-1000-50005001000F3F4F5F6Page:39National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控
55、制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算-200-150-100-5005010015014710131619222528313437404346495255586164677073767982858891949730405060708090100110120Page:40National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technol
56、ogyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算轧辊热辊形计算-101030507090110130150170190-1-0.500.51刚下机时热辊形下机后1h热辊形下机后2h热辊形下机后3h热辊形下机后4h热辊形下机后5h热辊形辊身坐标 /m凸 度 值 /u m05101520253035400.20.50.81.11.41.72下机冷却1.5h下机冷却2.0h下机冷却2.5h磨削后冷却时间 /h补偿辊形 /umPage:41National Engineering Research Cente
57、r for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型轧辊综合辊形计算轧辊综合辊形计算轧辊综合辊形计算轧辊综合辊形计算-50-2502550-1000-800-600-400-20002004006008001000CS10CS20CS30CS40CS50CS60CS70CS80CS90轧制单位内工作辊综合辊形变化轧制单位内工作辊综合辊形变化等效处理等效处理WEWC
58、WCWEPage:42National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型0.002.004.006.008.0010.0012.0014.0016.0018.00121416181WC2WC3WC4WC5WC6WC7-300-250-200-150-100-50050100121416181W
59、E2WE3WE4WE5WE6WE702000400060008000100001200014000121416181TRTI轧辊综合辊形计算轧辊综合辊形计算轧辊综合辊形计算轧辊综合辊形计算Page:43National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11窜辊设定计算窜辊设定计算板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型SFTMODE0:
60、Input1:Start=02: Start=SFTMAX3: Start=-SFTMAX4: Start=SFTMAX/25: Start=0SFTMAX(SmallLarge)6: Start=0SFTMAX(LargeSmall)SFTMAXSFTSTEPSFTJUMP012345671112131415161718191101-150-100-50050100150带钢厚度窜辊量带钢厚度 h /mm窜辊量 S /mm轧制序号 nPage:44National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational E
61、ngineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11窜辊设定计算窜辊设定计算板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型-200-150-100-50050100150200-1000-800-600-400-20002004006008001000U-WR(-100)U-WR(0)D-WR(-100)BW=1232mmQS=0.9t/mmBF=75tSFT=0mm-200-150-100-50050100150200-1000-800-600-400-20002004006008
62、001000U-WR(-100)U-WR(0)D-WR(-100)BW=1232mmQS=0.9t/mmBF=75tSFT=100mm-100-80-60-40-20020-640-3200320640Sf=-150Sf=-75Sf=0Sf=75Sf=150带钢宽度 b /mm(b)带钢横截面 G /mPage:45National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-
63、11-11窜辊设定计算窜辊设定计算板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型 WR Wear Contour: Cat-Ears Pattern-30-150153045607590-900-750-600-450-300-1500150300450600750900Distance from Center of Roll Barrel Length, x mmContour Dimension, y mC/F5B-WC/F6B-WC/F5B-W0C/F6B-W0 WR Wear Contour under WR-Shifting-50050100150200250-90
64、0-750-600-450-300-1500150300450600750900Distance from Center of Roll Barrel Length, x mmContour Dimension, y mK/F5T-WK/F5B-WR/F5T-WS/F5T-WS/F5B-WS/F6T-W-100-80-60-40-20020406080100121416181101121141161181201221241261281301321SFTR2SFTR3SFTR4SFTR5SFTR6Page:46National Engineering Research Center for Ad
65、vanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11辊系变形模型辊系变形模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型M.D. Stone弹 性地基梁模型kyxyEI=44zddE：轧辊弹性模量Iz ：横截面惯性矩k：弹性梁的等价弹性系数y：距离x处的轧辊挠度Page:47National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Eng
66、ineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型辊系变形模型辊系变形模型盐崎模型本城模型Page:48National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型
67、板形设定控制模型辊系变形模型辊系变形模型将轧辊离散成若干单元，将轧辊所承受的 载荷及轧辊弹性变形也按相同单元离散 化，应用影响函数的概念确定对各单元施 加单位力时在辊身各点处引起的变形，然 后将全部载荷作用时在各单元引起的变形 叠加，就得到各单元的变形值，从而可以 确定轧后轧件的厚度分布。求解过程中的 未知量，可以根据变形协调方程和力的平 衡方程联合解出，不需要作任何假设。将轧辊离散成若干单元，将轧辊所承受的 载荷及轧辊弹性变形也按相同单元离散 化，应用影响函数的概念确定对各单元施 加单位力时在辊身各点处引起的变形，然 后将全部载荷作用时在各单元引起的变形 叠加，就得到各单元的变形值，从而可以
68、 确定轧后轧件的厚度分布。求解过程中的 未知量，可以根据变形协调方程和力的平 衡方程联合解出，不需要作任何假设。K.N. Shohet影 响系数法模型Page:49National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11-500-400-300-200-1000100200-1000-50005001000C S=0 Fw=0C S=0 Fw=1W S=0 Fw
69、=0W S=0 Fw=1板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型三维有限元模型三维有限元模型Page:50National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11轧件变形有限元模型轧件变形有限元模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型bH/2h/2RLVrxyzABCDOazyx求解类型求解类型求解类型 求解类
70、型 Coupled ElasticCoupled Elastic- -Plastic 3Plastic 3- -D AnalysisD Analysis金属变形描述金属变形描述金属变形描述金属变形描述Updating LagrangeUpdating Lagrange塑性本构关系塑性本构关系塑性本构关系塑性本构关系PrandtlPrandtl- -ReussReuss矩阵求解矩阵求解矩阵求解 矩阵求解 Modified NewtonModified Newton- -RaphsonRaphson单元类型单元类型单元类型 单元类型 QUADQUAD（4 4）轧件材料轧件材料轧件材料 轧件材料 C
71、45C45Page:51National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11轧件变形有限元模型轧件变形有限元模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型Page:52National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering R
72、esearch Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11轧辊轧件一体化模型轧辊轧件一体化模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型510152025-300-200-1000100200300工作辊辊身长度/mm轧制力/KNRE-1RE-2RE-3AFWT-1AFWT-2AFWT-3ZHXT-1ZHXT-2ZHXT-3Page:53National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Res
73、earch Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11弯辊力设定计算弯辊力设定计算板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型()()()()()()()()BWSFTDWDBCWRCCCCRFSfkBWSFTDWDBCCCCRFSfkBWSFTDWDBCWRCCCRFSfkBWSFTDWDBCWRCCCRFSfkBWSFTDWDBCWRCCCRFSfkBWSFTDWDBCWRCCCRFSfkBWSFTDWDBCWRCCCCRFSfkBWSFTDWDBCWRCCCCfkBEBCWEWCconstBEBCWEWC
74、BEBCWEWCBEBEWEWCBCBEBCWCWEBEBCWEWCBEBCWEWCBFBEBCWEWCRF,=yByizyBhizihByWyShWhWyDBDW()constCWRBEBEBCBCWEWEWCWCRFmBFkCWRkCkCkCkCkRFSkCkBFN=1二维变厚度 有限元模型Page:54National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-1
75、1GEGE板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型wbwbwwrpcewwrpcebwrwrbbwrwbrwrrbrbbrbrwrrbrwrwrpcerrufdEDbDDbECbDCbFEbFEbFDbFDbFDbCbFFbFFbFbFCbFCbCbFbFbC18171615145 . 113121110928765 . 15435 . 121+=34,23 ,2,1 ,BcBcBccbiiiii+=brwrbrwrufdwrpcewrpceufdbbufdrrufdufdCCCCCCFFCFFCC+=Page:55National Engineering Resear
76、ch Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11SMSSMS板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型Page:56National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology
77、2011-11-11机架间凸度和平坦度计算机架间凸度和平坦度计算板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型()HiiiimiihiCHhCC+= 1+=1111111ihiiHiHiihihCHCPage:57National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形自学习板形自学习板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定
78、控制模型实测数据采集 与统计处理实测数据采集 与统计处理平均实测值和可信度平均实测值和可信度设定计算 与设定设定计算 与设定V * t第第 N 块第块第N1块块材质和规格相同的带钢材质和规格相同的带钢设定模型 自适应设定模型 自适应新的自适 应系数新的自适 应系数设定模型 自学习设定模型 自学习新的自学 习系数新的自学 习系数设定计算 与设定设定计算 与设定将来轧制材质和 规格相同的带钢将来轧制材质和 规格相同的带钢)()()(*)() 1(nanananaKKKK+=+系数更新采用平滑指数法系数更新采用平滑指数法Page:58National Engineering Research Cen
79、ter for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形自学习板形自学习板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型HVC的凸度短期自学习系数的凸度短期自学习系数HVC的平坦度短期自学习系数的平坦度短期自学习系数HVC的凸度长期自学习系数的凸度长期自学习系数HVC的平坦度长期自学习系数的平坦度长期自学习系数WRS的凸度短期自学习系数的凸度短期自学习系数WRS的平坦度短期自学习系数的平坦度短期自学习系数W
80、RS的凸度长期自学习系数的凸度长期自学习系数WRS的平坦度长期自学习系数的平坦度长期自学习系数机架空过时凸度自学习系数机架空过时凸度自学习系数机架空过时平坦度自学习系数机架空过时平坦度自学习系数操作工干预量自学习系数操作工干预量自学习系数Page:59National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11在线辊系变形模型在线辊系变形模型板形设定控制模型板形设定
81、控制模型板形设定控制模型板形设定控制模型压靠和零调工况轧制时工况压靠和零调工况轧制时工况轧机弹跳辊系弹跳牌坊弹跳辊系弹跳支撑辊挠度辊间压扁量 工作辊与带钢间压扁量轧机弹跳辊系弹跳牌坊弹跳辊系弹跳支撑辊挠度辊间压扁量 工作辊与带钢间压扁量Page:60National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11作用作用提高带钢全长的凸度控制精度提高带钢全长的凸度控制精
82、度主要任务主要任务根据凸度仪的实测结果调节上游机架的 弯辊力根据凸度仪的实测结果调节上游机架的 弯辊力凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型Page:61National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型F2F6F5F4F3凸度仪凸度反馈VCRHVCVCRHVCVCR
83、HVCVCRWRS/ATRF1VCRHVC凸度目标VCRWRS/ATR( )( )( )CkjCiIiCipiaiikjekkekkkBF/0+=Page:62National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型X射线源射线源电离室电离室he=0：射线穿过带钢后的辐射强度0 ：射线穿过带钢前的辐
84、射强度：质量吸收系数，mm2/g：带钢密度，g/mm3h：带钢厚度，mmPage:63National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型C25W25C40W402404040wdchhhC+=404040wdhhW=控制目标：控制目标：C40IMS SMC with LasConIMS SMC
85、 with LasConThermo Radiometrie RM312Thermo Radiometrie RM312Page:64National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型与凸度仪的通信 （硬线信号）与凸度仪的通信 （硬线信号）I/O类型序号内容AI1Abs. thickness
86、deviation CL 2Actual thickness3Wedge(40)4Crown(40)5Width deviation6Centreline displacement(Tracking)7Abs. Centre temperatureDI1Status signal2Analogue output signal valid3Shutters open/closed4Strip in gauge5No disturbance = system healthyPage:65National Engineering Research Center for Advanced Rollin
87、g TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型与凸度仪的通信（电文信号）与凸度仪的通信（电文信号）数据类型量纲描述数据类型量纲描述Str(12)Strip IdentificationF4mStrip Crown(C20)F4mStrip Crown(C25)F4mStrip Crown(C40)F4mStrip Crown(C50)F4mStrip Crown(C75)F4mStrip Crown
88、(C100)F4mStrip Wedge(W20)F4mStrip Wedge(W25)F4mStrip Wedge(W40)F4mStrip Wedge(W50)F4mStrip Wedge(W75)F4mStrip Wedge(W100)Page:66National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11控制效果控制效果凸度反馈控制模型凸度反馈控制模型凸度
89、反馈控制模型凸度反馈控制模型Page:67National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11作用作用提高带钢全长的平坦度控制精度提高带钢全长的平坦度控制精度主要任务主要任务根据平坦度仪的实测结果调节末两机架 的弯辊力根据平坦度仪的实测结果调节末两机架 的弯辊力平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型Page:68Nation
90、al Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型Page:69National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Roll
91、ing Technologyology2011-11-11平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型KkekeKjeKkeKmkFDkjIPCAL/)1()()()()(0_6+=比例（P）环节：即时成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一 旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。比例控制是基于偏 差进行调节的，即有差调节，其作用在于加快系统的响应速度、提高 系统调节精度；积分（I）环节：能对误差进行记忆，其作用在于消除静差，提高 系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数。积分时间常数 越大，积分作用越弱；反之则越强；微分（D）环节：能反映偏差信号的变化趋
92、势（变化速率），并能在 偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号， 从而加快系统的动作速度，减少调节时间。其作用主要在于改善系统 的动态特性。Page:70National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度仪平坦度仪应力法主要用于冷轧热轧采用几何法中的光学方法,
93、主要是激光 三角测距法(激光位移法)应力法主要用于冷轧热轧采用几何法中的光学方法,主要是激光 三角测距法(激光位移法)平坦度测量方法应力法几何法内应力法外应力法点接触非接触辊接触轴向偏转径向偏转光学方法涡电流测距法水流阻力测距法棒状光源法激光三角测距法激光莫尔法激光截断法2docFl+=odDs=控制目标：控制目标：FlIRM ROMETER F200_3_CIRM ROMETER F200_3_CPSYSTEME BPM-120PSYSTEME BPM-120Page:71National Engineering Research Center for Advanced Rolling Te
94、chnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型510=LL2wdcFl+=wdDs= 非接触非接触,三维平面测量三维平面测量 测量相对高度变化测量相对高度变化 确定整个带钢宽度方向各处的延伸及形状确定整个带钢宽度方向各处的延伸及形状摄像头光源摄像头光源投影式平坦度仪投影式平坦度仪TOPLAN德国德国IMS公司公司20世纪世纪90年代开发年代开发高度测量区域长 度Ix光源I(x,h1)P0 (x ,
95、h0)h1相位移 动I(x, h0)h0P1 (x , h1)纹状波长SXPage:72National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11与平坦度仪的通信（硬线信号）与平坦度仪的通信（硬线信号）平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型I/O类型序号内容AI1Symmetrical flatness2Asymmetrical
96、flatness3Flatness at 1/4 strip width of operator side4Flatness at 1/4 strip width of drive sideDI1System ready2Fault3Strip at measuring point4Blow run/ air flow okPage:73National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technolog
97、yology2011-11-11与平坦度仪的通信（电文信号）与平坦度仪的通信（电文信号）平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型数据类型量纲描述数据类型量纲描述Str(12)Strip IdentificationI4StatusF4mActual strip lengthF4mmActual width HOTF4mmSlopeF4mmCrossbowF4IUSymmetrical bendingF4IUAsymmetrical levelingF4IUFlatness at 1/4 strip width of operation side(if avail
98、able)F4IUFlatness at 1/4 strip width of drive side(if available)I4CounterPage:74National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11控制效果控制效果平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型平坦度反馈控制模型Page:75National Engineering Re
99、search Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11作用作用主要任务主要任务根据各机架轧制力的波动调节本机架的 弯辊力根据各机架轧制力的波动调节本机架的 弯辊力补偿轧制力波动的影响，提高带钢全长 的板形控制精度补偿轧制力波动的影响，提高带钢全长 的板形控制精度2002503003504004501214161811011211411611811000105011001150120012501300135
100、0140014501500BFR4RFR4卷号：卷号：3454F02080规格：规格：7.23*1513轧制力轧制力弯辊力前馈控制模型弯辊力前馈控制模型弯辊力前馈控制模型弯辊力前馈控制模型Page:76National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11弯辊力前馈控制模型弯辊力前馈控制模型弯辊力前馈控制模型弯辊力前馈控制模型F2F6F5F4F3弯辊力前馈控制
101、VCRHVCVCRHVCVCRHVCF1轧制力锁定值弯辊力锁定值轧制力实测值弯辊力实测值VCRHVCVCRWRS/ATRVCRWRS/ATRiFFaiiFPPBFRFBFaiiRFkkRFMQMQMkBF=+=2Page:77National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11-50-30-1010305070901101301501811612413214
102、0148156164172130003100320033003400350036003700BFF2RFR2控制效果控制效果弯辊力弯辊力轧制力轧制力弯辊力前馈控制模型弯辊力前馈控制模型弯辊力前馈控制模型弯辊力前馈控制模型Page:78National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11-1400-1200-1000-800-600-400-200020018
103、1161241321401481561641721801-400-300-200-1000100200AGCR6DetaH-400-350-300-250-200-150-100-500181161241321401481561641721801-50050100150200FlatFbk6FlatRT491D01010Q235B15033.95作用作用辊缝 调节辊缝 调节平坦 度平坦 度厚度 偏差厚度 偏差平坦度反 馈调节平坦度反 馈调节板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型厚度 控制 和板 形控 制都 是对 承载 辊缝 的控 制厚度 控制 和板 形
104、控 制都 是对 承载 辊缝 的控 制Page:79National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11广义凸度方程广义凸度方程板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型WPhHHWRWRBRBRPWFFCK CKCKCKK=+PP0WFMPWFF2FhSOGMM=+zhzLbLbhbhB广义弹跳方程广义弹跳方程板形控制和
105、板厚 控制是一个你中 有我、我中有你 的强耦合过程板形控制和板厚 控制是一个你中 有我、我中有你 的强耦合过程 PFWFPPFMPPFKWWFMWWFKhhCPage:80National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11解决办法解决办法板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型将相互耦合的模型解耦将相互耦合的模型解耦
106、成品机架采用软特性刚度成品机架采用软特性刚度AGC调节策略优化AGC调节策略优化特殊设备特殊设备支持辊独立弯曲机构，不是机架变形支持辊独立弯曲机构，不是机架变形DC轧机（工作辊水平移动）DC轧机（工作辊水平移动）Page:81National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11()()()()PPPhWPPPPPWPWWPPPPPWM QM Q2M Q1CH
107、SFQ+MKQ+MKQ+MM KK2 FMMQhHSQ+MQ+MQ+MM=+=+板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型hChWFHh11K21K12K22K13K23K()()()()PP1121PWPWPWPPP12221323PPPPPP2M Q2M1k;kQ+MM KKQ+MMM QMM QQk;k =;k;kQ+MKQ+MQ+MKQ+M= += =SPage:82National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research
108、 Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11计算模型计算模型 G11（s） G21（s） G12（s） G22（s） FWS ChhD21（s）D12（s）FW-S-212122GDG= 121211GDG= 解耦环 节解耦环 节耦合系 统耦合系 统板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型()()PPPPPWPWPWPPPQ1QFF-S;2Q11MQ2QSS+FQMMKMMKKMMMMM+=+=+Page:83National Engineering Research Center for
109、Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型液压缸液压缸Page:84National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-1
110、1-11-700-600-500-400-300-200-1000100200181161241321401481561641721-400-300-200-1000100200AGCR6DetaH控制效果控制效果-160-140-120-100-80-60-40-2002040181161241321401481561641721-20020406080100AGCASC6FlatRT501402170SPHC12434.01厚度 偏差厚度 偏差辊缝 调节辊缝 调节解耦 调节解耦 调节平坦 度平坦 度板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型板形板厚解耦控制模型Page:8
111、5National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11分段冷却控制分段冷却控制分段冷却控制分段冷却控制 Page:86National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling
112、Technologyology2011-11-11补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型轧后冷却轧后冷却对于热轧带钢来说，在精轧机组末机架出口处观测到的平坦度不 代表最终产品的平坦度。对于热轧带钢来说，在精轧机组末机架出口处观测到的平坦度不 代表最终产品的平坦度。Page:87National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11补偿策略模型补偿策略
113、模型补偿策略模型补偿策略模型轧后冷却轧后冷却精轧出口处的带钢层流冷却过程卷取过程钢卷空冷到室温的过程精轧出口处带钢横向应力分布水冷过程引起的横向应力不均卷取过程引起的横向应力不均空冷过程引起的横向应力不均精轧出口板形F1板形变化F1板形变化F2板形变化F3冷却到室温后的钢卷残余应力最终产品F=F1+F1+F2+F3Page:88National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyolog
114、y2011-11-11补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型Page:89National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型BodyEndHeadEDGE EDGE - - MASKING EFFECTSMASKING EFFECTSHeadBodyEndNO EDGE NO EDGE - - MA
115、SKINGMASKINGPage:90National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型双边浪精轧出口 温度场精轧出口 温度场卷取入口 温度场卷取入口 温度场温度降分布温度降分布中部带钢收缩大于边部产 生拉应力,边部产生压应力层流冷却之后带钢温度降横向分 布不均-中间温度降高于边部Page:91Nationa
116、l Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型Page:92National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technolog
117、yology2011-11-11补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型? 精轧出口带钢横向温度分布：在距带钢边部约150mm内，带钢温度均存在6080精轧出口带钢横向温度分布：在距带钢边部约150mm内，带钢温度均存在6080o oC的温度剧变。但对于薄规格的带钢，温度分布由中部向边部的变化比厚规格要缓。在带钢宽度的中部，对于厚规格的带钢，温差较小，约1020C的温度剧变。但对于薄规格的带钢，温度分布由中部向边部的变化比厚规格要缓。在带钢宽度的中部，对于厚规格的带钢，温差较小，约1020o oC，但对于薄规格的带钢，温差可达30 C，但对于薄规格的带钢，温差可达30 o oC C?
118、卷取入口带钢横向温度分布：对于薄规格的带钢，在距带钢边部约150mm内，带钢温度分布由中部向边部有1020 卷取入口带钢横向温度分布：对于薄规格的带钢，在距带钢边部约150mm内，带钢温度分布由中部向边部有1020 o oC的缓慢温降，在带钢宽度的中部，带钢温差较小，一般不超过10C的缓慢温降，在带钢宽度的中部，带钢温差较小，一般不超过10o oC，且变化不激烈；对于厚规格的带钢，在距带钢边部约150mm内，带钢温度分布由中部向边部有2030 C，且变化不激烈；对于厚规格的带钢，在距带钢边部约150mm内，带钢温度分布由中部向边部有2030 o oC左右的温降，在带钢宽度的中部，带钢的温度比距
119、边150mm的温度小10C左右的温降，在带钢宽度的中部，带钢的温度比距边150mm的温度小10o oC左右，而且温度分布较均匀C左右，而且温度分布较均匀? 1 1o oC的温差可导致1.0510C的温差可导致1.0510-5-5延伸率差延伸率差Page:93National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型P
120、age:94National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型温度场模型温度场模型tTcqzTkzyTky=+相变模型相变模型)exp(1nbtX=力学模型力学模型+=TdHXXXXTdHPAPFPFP,)1 (),(+TdHXTdHXPPPPFF,力平坦度模型力平坦度模型EAPFIc=510Page:95N
121、ational Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型Page:96National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Tec
122、hnologyology2011-11-11补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型带钢中部和边部的相变过程计算结果带钢上表面和中心面的相变计算结果带钢中部和边部的相变过程计算结果带钢上表面和中心面的相变计算结果Page:97National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11带钢不同厚度截面应力沿宽度分布曲线带钢不同厚度截面上的应变沿宽度分布曲线带
123、钢不同厚度截面应力沿宽度分布曲线带钢不同厚度截面上的应变沿宽度分布曲线补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型Page:98National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11不同初始温度分布下的应力、应变结果（初始温差为不同初始温度分布下的应力、应变结果（初始温差为0，10，30，50）补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型Page:99
124、National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型(a) 温度分布的初始条件 温度分布的初始条件 (b) 温度沿宽度方向分布结果温度沿宽度方向分布结果(c) 应力沿宽度方向分布结果 应力沿宽度方向分布结果 (d) 应变沿宽度方向分布结果应变沿宽度方向分布结果Page:100National Engineeri
125、ng Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型基于能量原理的板形应力屈曲模型基于能量原理的板形应力屈曲模型0=+VU()dxdyxywxwywxwywDUlbb +=02222222222221222dxdyywxEhVlbb20)(2 =能量准则：弯曲应变能：外力势能：Page:101National Engineering Resear
126、ch Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型Page:102National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11补偿策
127、略模型补偿策略模型补偿策略模型补偿策略模型-150-100-500501000.50.60.70.80.91带钢宽度方向正则化坐标带钢长度方向应力 /MPano stresscenter stressedge stress残余应力模型屈曲变形模型带钢在不同的微中浪设定值情况下的残余应力分布不同残余应力分布下的屈曲变形情况0123450510152025微中浪设定值 /I波高 /mm00.40.81.21.62波浪度 /%波高波浪度不同微中浪设定值下的波高和波浪度不同微中浪设定值下的波高和波浪度加载不同初始应力时计算得到的应力分布不同初始应力下的带钢屈曲分析结果加载不同初始应力时计算得到的应力分
128、布不同初始应力下的带钢屈曲分析结果Page:103National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形控制系统硬件方案板形控制系统硬件方案板形控制系统硬件方案板形控制系统硬件方案? ?SIMATIC SIMATIC TDC(TechnologyTDC(Technologyand Drives Controland Drives Control）控制器）控
129、制器）控制器）控制器用于实时、多任用于实时、多任务的复杂生务的复杂生用于实时、多任用于实时、多任务的复杂生务的复杂生产过程控制和需产过程控制和需要高速运算要高速运算产过程控制和需产过程控制和需要高速运算要高速运算的控制场合的控制场合的控制场合的控制场合? ?一种集成一种集成在在一种集成一种集成在在SIMATICSIMATIC中的中的中的中的工艺和驱动自动工艺和驱动自动化系统，其化系统，其工艺和驱动自动工艺和驱动自动化系统，其化系统，其组 态 和 编 程 也 可 以组 态 和 编 程 也 可 以 使使 用用组 态 和 编 程 也 可 以组 态 和 编 程 也 可 以 使使 用用SIMATICSI
130、MATIC工具进行工具进行工具进行工具进行? ?采用采用采用采用6464位背板总线技术，使位背板总线技术，使位背板总线技术，使位背板总线技术，使得各模板之间的得各模板之间的数据交换可数据交换可得各模板之间的得各模板之间的数据交换可数据交换可以在处理器周期内完成以在处理器周期内完成以在处理器周期内完成以在处理器周期内完成Page:104National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyo
131、logy2011-11-11板形控制系统硬件方案板形控制系统硬件方案板形控制系统硬件方案板形控制系统硬件方案P200FceENTDELR1SPEEDP310RAWCP320DELAYTABLEP400CSP410FMSPEEDLOOPERP420FTCCTCAGCASCP430P460FMROLLCHGP470DC1CTRLDCGENP500P510DC2CTRLP520P540CVCTRLP-PCGAPGAPP-PCPRP-PCP-PCW R1/2WR3P-PCF1P-PCGAPP451LOOPERP-PCF2GAPP-PCP452LOOPERP-PCGAPP-PCP453F3LOOPERP
132、-PCGAPP-PCP454F4LOOPERP-PCP-PCGAPF5P455LOOPERP-PCGAPP-PCP456F6P-PCW R3W R1/2P-PCP-PCPRFce 1ELECP210Fce 2ELECP220P241VAPOURGENFce 1INSTRP211Fce 2INSTRP221RMCELLARP610RMMMSR910FM1CELLARP620FM2CELLARP630FMMMSR920DCCELLARP640DCMMSR930SERVEROPSSERVEROPSVIEW EROPSOPSVIEWERSERVEROPSSERVEROPSVIEW EROPSVIEW
133、EROPSVIEWERSERVEROPSOPSVIEW EROPSLEVEL 2(ALPHA)LEVEL 2(ALPHA)BENDCOILW EIGHER图 3.1 济 钢1700mm中 薄板 坯 连 铸 连 轧 工程 连 轧 机 自 动 化系 统 配 置 图PDAPROGRAMLOADER2Gb/S RFMPROGRAMLOADERINSTRINSTR注 ： 所 有 OPU、 远 程 I/O、 主 /辅 电 气 传 动 均 挂 在 相 应 的 DP网 上ETHERNETDPDPDPDPETHERNETSIMDIAGPage:105National Engineering Research C
134、enter for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形控制系统硬件方案板形控制系统硬件方案板形控制系统硬件方案板形控制系统硬件方案? 控制器采用GE Fanuc 的 PAC Systems RX7i系列作为主控制器，而其中液压控制采用基于德国MEN公司的 POWER PC CPU 板加必要的I/O模块构成的专用液压控制器? 轧线上的的主控制器之间及与二级计算机的通讯采用GE的2GB的光纤内存映象网（RFM）通讯? 加
135、热炉区仪表及汽化冷却采用 GE 9030 PLC? 所有远程I/O及操作台和操作箱均采用GE 的VersaMax 的I/O模块和OPU操作单元，与主控制器采用Profibus-DP通讯? 主控制器与主、辅传动采用各自独立的Profibus-DP网络进行数据通讯? 而主控制器与各种轧线仪表采用GE的TCP/IP或Profibus-DP实现数据交换Page:106National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11板形控制功能选择板形控制功能选择板形控制功能选择板形控制功能选择Page:107National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnNational Engineering Research Center for Advanced Rolling Technologyology2011-11-11Email：
