高精度冷轧机的综合型自动厚度控制系统

D0I:10.13374/i.issn1001053x.1991.01.029 第13卷第4期(I) 北京科技大学学报 Vol,13 No.4(I) 1991年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing July 1991 高精度冷轧机的综合型自动厚度控制系统 张宏伟·王京·童朝南·孙一康· 摘要：介绍了在高精度四辊可逆冷轧机中所采用的一种综合型自动厚度控制方案。为 了保证轧机能轧出只有±μ厚差的高精度带钢，采用了全液压推上、恒辊缝控制和计算 机控制的综合控制系统。闲述了根据引起厚差的不同因素所采取的相应措施，给出了实际 轧制的厚差曲线，带材厚差在±4μm以内。 关键词：高精度轧机，厚度控制，厚差，辊缝仪 The Synthetic Automatic Gauge Control System of High Precision Cold Rolling Mill Zhang Hongwei Wang Jing Tong Chaonan Sun Yikang' ABSTRACT:In order to ensure that the rolling mill can produce high precision sheet strip with t4um thickness tolerence,the advanced control idea and me- thod of all hydraulic push-up,ccns.ant roll gap contrcol and computer synthesis are applied.The measures to take according to the various factors that cause thickness tolerence are discribed.At last,the curve of thickness tolerence in practical rolling process is given. KEY WORD:high precision rolling mill,gauge control,thickness tolerence roll gap meter 随着对高精度冷轧带钢需求的不断增加，对冷轧机厚度自动控制系统性能的要求也越来 越高。例如：由北京科技大学与上海治金设备总厂联合研制的四辊可逆高精度冷轧机要求轧 制的0.2mm带钢时的厚差不超过±4um。就四辊轧机而言，对如此高的精度要求，如厚度控 1990-11-07收稿 ·自动化系(Department of Automation) 351

第 13卷第 峨期 ( I ) 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i t y o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o g y B e i j i n g V o l . 13 N o 。 改( 1) 1 9 9 1年 7 月 J u l y 1 9 9 1 高精度冷轧 机的综合型 自动厚度控制系统 张宏伟 ’ 王 京 ’ 童 朝南 ’ 孙 一 康 ’ 摘 要 : 介绍 了在高精度四辊 可 逆冷轧机中所 采用 的一种综 合型 自动 厚 度控制方 案 。 为 了 保证 轧机能轧出只 有 士 妞二厚 差的高精度带钢 , 采 用 了全液压推上 、 恒 辊 缝 控制和计算 机控制 的综合控制 系统 。 闲述了 根据 引起厚差 的不同 因 素所采取 的 相 应 措施 , 给出 了实际 轧制的 厚差曲线 , 带材厚差在 土 `拜 m 以 内 。 关键词 : 高精 度轧机 , 厚 度控制 , 厚差 , 辊缝仪 T h e S y n t h e t i e A u t o m a t i e G a u g e C o n t r o l S y s t e m o f H i g h P r e e i s i o n C o l d R o l l i n g M i l l Z h a ” 9 H o n g 脚 e i . 牙 a n g J `拄 9 . T o n g C h a o 行 a 朴 . 5 。 ” Y i 壳a 拄 夕 . AB S T R A C T : I n o r d e r t o e n s o r e t h a t t h e r o l l i n g m i ll e a n p r o d u e e h i g h p r e e i s i o n s五e e t s t r i p w i t h 士 4 娜m t h i e k n e s s t o l e r e n e e , t h e a d v a n e e d e o n t r o l i d e a a n d m e - t h o d o f a l l h y d r a u l i e p u s h 一 。 p , e e n s : a n t r o l l g a p e o n t r e o l a n d e o m p u t e r s y n t h e s i s a r e a p p l i e d . T h e m e a s u r e s t o t a k e a e e o r d l n g t o t h e v a r i o u s f a e t o r s t h a t e a u s e t h i e k n e s s t o l e r e n e e a r e d i s e r i b e d 。 A t l a s t , t h e e u r v e o f t h i e k n e s s t o l e r e n e e i n p r a c t i e a l r o l l i n g P r o e e s s 1 5 g i v e n 。 K E Y W O RD : h i g h p r e e i s i o n r o l li n g m i l l , g a u g e e o n t r o l , t h i e k n e s s t o l e r e n e e r o l l g a p m e t e r 随着对高精度冷轧带钢需求 的不断增加 , 对 冷轧机厚度 自动控制系统性能的要求也越来 越高 。 例如 : 由北京科技大 学与上海 冶金设 备总厂联合研制的 四辊可 逆高精度冷轧机要 求轧 制的0 . 2 m m 带钢时 的厚差不超过 土 4 ; m 。 就四辊轧机而 言 , 对如此高的精度要求 , 如厚度控 1 99 0 一 11 一 0 7 收稿 自动 化系 ( D e P a r t m e n t o f A o t o m a t i o n ) 3 5 1 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1991. 04. 029

制系统不采取特殊的措施是很难达到要求的，因为仅支承辊加工时产生的偏心在带钢上所引 起的厚差就有可能超过士44m。此外，四辊轧机不象同规格的多辊轧机那样工作辊直径可以 很小，因而可以轧制精度很高的带钢。四辊轧机由于受来料厚度、硬度被动、张力波动、轧 辊热膨胀等因素的影响，辊系变形比较严重，要达到多辊轧机的轧制精度是很困难的。为了 实现厚度控制精度为士4μm这一目标，本文针对引起厚差的各种因素来源，采取相应措施， 提出了一个综合型厚度自动控制方案。 1高精度四辊轧机概况 (1)主轧机是四辊可逆式，工作辊/支承辊直径为110mm/420mm,辊身长度350mm,机 架自然刚度1.25MN/mm。 (2)左右卷取机左右卷取机均采取2台50kW直流电动机串联，根据轧材的情况，可 以单、双机切换。 (3)液压推上伺服系统本轧机的液压推上系统具有响应频率高、定位淮确等特点，可 实现辊缝预设定、压力补偿、头部锁定等多种功能。 (4)计算机控制系统采用了AD公司的MACSYM350工业控制计算机系统，完成的主 要功能包括：恒张力控制、厚度控制、操作程序控制、加减速厚度补偿控制、质量统计打印 等。 (5)检测仪表本轧机具有高精度的3测仪表，即测压、测张、测厚仪表。此外还装有 直接辊缝仪。 (6)主要性能指标最高轧制速度为2.2m/s 稳态轧制精度≤±4μm(轧制0.2mm带钢)， 最大轧制压力为1.45MN 张力控制精度≤5%。 2实现±4μm高精度的困难性分析 在轧制过程中有很多因素会引起带钢的厚差，每种因素的单独作用都可能使±4μm的高 精度难以实现。 2,1来料厚度和硬度波动的影响 在如图1所示的P-H图上，假定来料厚 度波动为△H,那么△h即为它在带材上所引起 的厚差c1)。 从图中可以看出： AH=AD+DE △h=AD H/um DE=CD/Q(Q=tga',为轧材的 图1来料厚度波动在P-H图上的表示 塑性系数) Fig.1 The expression of entry gauge variation in P-H diagram 352

制系统不采取特殊的措施是很难达到 要求的 , 因为仅支承辊加工时产生 的偏心在带钢上所引 起的厚差就有可 能超 过士 4 卜m 。 此外 , 四 辊轧机不象同规格 的多 辊轧 机那样工作辊直径可 以 很小 , 因而可以轧制精度很高的带钢 。 四辊轧机由于受来料厚度 、 硬度波动 、 张 力波 动 、 轧 辊热膨胀等因素的影响 , 辊系变形比较严重 , 要达到多辊轧机的轧 制精度是很 困难的 。 为 了 实现厚度 控制精度为 士 4 卜m 这一 目标 , 本文针对引 起厚差的 各种因素来 源 , 采取相应 措施 , 提 出了 一个综合型厚度 自动 控制方案 。 1 高精度四辊轧机概况 ( 1) 主轧机是四辊可逆式 , 工作辊 /支承辊直径 为 1 10 m m / 4 20 m m , 辊身长度 35 0 m m , 机 架 自然刚度1 . 2 5 M N / m m 。 ( 2) 左 右 卷取机 左右卷取机均采取 2 台 50 k w 直流电动机串联 , 根据轧 材 的情况 , 可 以单 、 双机切换 。 ( 3) 液压推上伺服系统 本轧机的 液压推上系统具有响应频率高 、 定位堆确等特点 , 可 实现 辊缝预设定 、 压力补偿 、 头部锁定等多种功能 。 ( 4) 计算机控制系统 采用 了 A D 公 司的 M A C S Y M 3 50 工业控制计算机系统 , 完成的 主 要功能包括 : 恒张力控制 、 厚度控制 、 操作 程序控制 、 加减速厚度补偿控制 、 质量统计 打 印 等 。 ( 5 ) 检侧仪表 本轧机具有高精度的 3 测仪表 , 即测 压 、 测张 , 测厚仪表 。 此外还装有 直接辊缝仪 。 ( 6) 主要性能指标 最高轧制速度为 2 . 2 m Z s , 稳态轧制精度镇 士 4 林m (轧制。 。 Z m m 带钢 ) ; 最大轧制压力为 1 . 45 M N 张力 控制精度 ( 5 % 。 2 实现 士 4协m 高精度 的困 难性分析 在轧 制过程 中有很 多因 素会 引起带钢的厚差 , 每种因素的单独作用 都可 能使 士 却m 的高 精度难以 实现 。 l 2 . 1 来料厚度 和硬 度波动的 影晌 在如 图 1 所示 的 p 一 H 图上 , 假定来料厚 度波动为 △ H , 那么 △h即为 它 在带材上 所 引起 的厚差 〔 ` ’ 。 从图 中可 以看 出 : 八 H 二 刁 D 十 D E A h = A D D E = C D / Q ( Q = t g a ` , 为轧材 的 塑 性系数 ) 图 1 F 19 . 1 T h e 于I / 拜川 来料厚度波动在 P 一 H 图上 的表示 e x P r e s s i o n o f v a r i a t i o n i n P 一 H d n t r y g a u g e l a g r a m 3 5 2

CD=AD.C(C=tga,为轧机的刚度系数) 由以上各式得： △H=△h+△h.C/Q 进而有： △h=Q/(C+Q).△H (1) 如果来料厚度波动10μm,轧件的塑性系数Q=2.0MN/mm。根据(1)式，带材将产生的 厚差为： △h=2.0/(2.0+1.25)×10÷6.15(4m) 由此可以看出：来料厚度波动对实现±4μm的影响是很严重的。 来料硬度波动也将引起厚差。硬度的变化是通过平均变形抗力K来反映的。 根据 P=BlQ。ur…K (2) 硬度波动引起的压力变化为： △P=Bl.QAK=B1,Q,n,K.AR/K=P,△K K 知果此时的轧制压力P为600kN,硬度波动为1%，则有：△P=6000N, 在带材上产生的厚差为：△h=△P/C=6×10-3/1.25=4.8(μm) 从以上分析可知，硬度波动也是影响实现±4μm高精度的重要因素。 2.2轧辊偏心的影响 轧辊的偏心主要反映在上、下支承辊及其轴承座上，在轧钢时表现为辊缝以一定幅值和 频率的正弦波形式波动。辊缝的波动在带材上引起厚度周期性变化。如果偏心幅值△Sm.x= 15μm,那么就会在带材上产生的最大厚差为： △hm.x=C/(C+Q).△Sm.x=1.25/(1.25+2.0)×15=5.46(μm) 可以看出：偏心的存在更增加了实现±4μm的困难性。 2,了厚度控制系统本身性能不良的影响 由于带钢从轧机出口到测厚仪有延迟时间，即厚度自动控制系统存在纯滞后环节，而且 滞后时间是随着轧速的改变而变化的。由于纯延迟时间长将导致系统超调量增大，调节时间 加长，引起系统不稳定。因此，厚控系统中纯延迟环节的存在将致使厚差增大，系统振荡将 大大降低产品质量。 此外，厚度控制器参数的选择至关重要，如参数选择不合适，就会在出口带材上产生新 的厚差。 3一种综合型的厚度控制方案 为了达到±4μm厚度控制精度这个总目标，下面针对几种产生厚差的因素进行控制，并 总结出了一个综合型的厚度自动控制方案。 353

由以上各式 得 : 进而有 : C D = A D · C ( c 二 tg a , 为轧机的 刚度系 数 ) 么H = △h 十 A h o C / O 八h 二 Q / ( C + Q ) . △ H 如 果来料厚度波动 1郎 m , 轧件的塑 性系数 Q 厚差 为 : ( 1 ) = 2 。 。 M N / m m 。 根据 ( 1) 式 , 带材将产生的 A h = 2 。 0八 2 . 0 + 1 。 2 5 ) x 1 0 ` 6 。 1 5 ( 卜m ) 由此可 以看 出 : 来 料厚度波动 对实 现 土 4 卜 nt 的 影响是很严重 的 。 来 料硬 度波动也 将引起厚差 。 硬度的 变化是通过 平均 变形抗 力 K 来反 映的 。 根据 P = B 一 l 。 一 Q 户 . ,` : . K ( 2 ) 硬度波动 引起的 压力 变 化为 : A 尸 二 B 0 1 。 · Q , 。 n : 。 A K 二 B I 。 Q , 。 : K o A K / K = 尸 , A K 兀 如 果此时 的轧制压力尸为 6 0 k N , 硬度波动为 1 % , 则有 : 八尸 = 6 0 0 N 在带 材上产生 的厚差为 : 么 h 二 △尸 / C = 6 x l 少 3 / 1 . 25 二 4 · 8 ( 卜 m ) 从 以上 分 析可 知 , 硬度波 动也是影响 实现 士 4卜 m 高精度的 重 要因素 。 2 。 2 轧辊偏心 的形晌 轧 辊的 偏心主要反映 在上 、 下支承辊及 其轴承座上 , 在轧钢时表现 为辊缝以一定幅值和 频率的正弦波 形式波 动 。 辊缝的 波动 在带材上 引起厚度周期性变化 。 如果 偏心幅值△ S m . 二 = 15 卜m , 那 么就会在带材上产生的最大厚差为 : A h m : 二 = C / ( C + Q ) 一 A S m : 二 = 1 。 2 5 / ( 1 。 2 5 + 2 。 0 ) x 1 5 = 5 。 4 6 ( 卜 m ) 可 以看 出 : 偏心 的存 在更增加了实现 士 4卜m 的困难性 。 2 . 3 厚 度控 制 系统本身性能不 良的形晌 由于带钢从轧机 出口 到测 厚仪有延迟时间 , 即 厚度 自动控制系 统存在纯 滞后环节 , 而且 滞后时间是随着轧速的改 变而 变化的 。 由于 纯延迟 时 间长将导致系 统超调量 增大 , 调节时间 加长 , 引起系 统不稳定 。 因此 , 厚控系统 中纯延 迟 环节的存 在将致使厚差增大 , 系统振荡将 大 大降低 产品 质量 。 此 外 , 厚度控 制器参数的选择至关重 要 , 如 参数选择不 合适 , 就会 在出 口带材上产生新 的 厚差 。 3 一种综合型 的厚度控制方案 为 了达到 士 4 件 m 厚度控 制精度这 个总 目标 , 下面针对几 种产生厚差的 因素进 行控制 , 并 总结 出 了一个综 合型 的厚度 自动控制方案 。 3 5 3

3.1克服轧辊偏心的影响 根据前面的分析，轧辊偏心的影响对于高精度轧机而言是很严重的，而且这种影响不是 轻易即可消除掉的。这方面的课题在国内尚处于研究阶段。 轧辊偏心的存在使得辊缝周期性波动，进而产生厚差。因此，如能对辊缝进行直接检测 和控制，即可有效地抑制偏心的作用。本轧机就是利用直接辊缝仪检测辊缝，通过计算机控 制系统和液压APC进行恒辊缝控制的，因而极大限度地克服了偏心的影响。 直接辊缝仪安装在上下工作辊两端的辊颈之间，如图2所示。 Positicn Position of roll of roli gap meter nap meter 图2棍缝仪安装位置示意图 Fig.2 The schematic diagram of the installment position of roll gap meter 由于辊缝仪所测得的数据直接取于工作辊之间，所以它与机架的变形、支承辊的偏心和 压偏、支承辊轴承的振摆、以及工作辊的轴承、工作辊的圆度无关，仅与工作辊的压偏、工 作辊面与其辊颈之间的不同心度有关。而工作辊的加工精度是很高的，它的偏心量极小，因 此，安装了直接辊缝仪进行恒辊缝控制之后，克服了以上影响辊系的诸多因素，使辊缝恒定 在希望值上。 从实际轧制情况看，采用直接辊缝仪进行恒辊缝控制，可把轧机的偏心量降至(3~ 7)μm。此时的偏心影响在带材上产生的最大厚差只有： △hmx=C/(C+Q)△Sm.w=1.25/(1.25+2,0)×7兰2.7(um) 3,2克服来料厚度和硬度波动的影响 (1)消除来料厚度波动的影啊对于来料厚度所引起的厚差可采用压力AGC结合监 C(C+QX(CO AP Pressure meter Gauge meter Servo-valve Reference Controller flow Power Comp iementa amplifer tion Displacement sensor 图3液压推上系统框图 Fig.3 The block-diagram of hydraultic push-up system 控AGC来消除。下面简单介绍本轧机所采用的压力AGC和监控AGC。 ①压力AGC本轧机系统所采用的压力AGC是由模拟量的液压伺服系统实现的。它 354

3 . 1 克服轧辊偏心的影晌 根据前面 的分 析 , 轧辊偏心的影 响对 于高精度轧机而言是很 严重 的 , 而 且这种影响不是 轻 易即可消除掉的 。 这 方面的课题在 国内尚处于研究阶段 。 轧辊偏心 的存 在使得辊缝周 期性波动 , 进而产 生厚差 。 因此 , 如 能对辊缝进 行直接检侧 和 控制 , 即可有效地抑 制偏心的 作用 。 本轧机 就是利用 直接辊缝仪检 测辊 缝 , 通 过计算机控 制系 统和液压人P C进行 恒辊缝控制的 , 因而极大限度地克服了偏 心的影响 。 直接辊缝仪安装 在上下工作辊两端的 辊须之 间 , 如图 2 所示 。 P o s 工 t i o r o l l 尸o s l t l o n 旦t 弓3 P m e t e r o 犷 r o 生l 图 么 辊 缝仪安装位置 示意 图 F 19 . 2 T h e 、 e h e m a t i e d i a g r a nt o f t h e i n s t a l l m e n t P o s i t i o n o f r o l l g a P m e t e r 由于 辊缝仪 所侧得 的数据直接 取于 工作辊之 间 , 所以它 与机架的变形 、 支承辊 的偏心和 压偏 、 支承辊轴 承的振摆 、 以及 工作辊的轴 承 、 工 作辊的 圆度无关 , 仅与工作辊的压偏 、 工 作辊面 与其辊颈之 间的 不 同心度有关 。 而 工作 辊的加工精度是很高的 , 它 的偏心 量极小 , 因 此 , 安装 了直接辊 缝仪进行恒辊缝 控制之 后 , 克服 了以上影响 辊系 的诸多 因素 , 使辊缝恒定 在希望值上 。 从实际轧制情况看 , 采用 直接辊缝仪进 行恒辊缝控制 , 可 把 轧 机 的 偏 心 量 降 至 (3 ~ 7 ) 林m 。 此时的偏心影响在带材上产生的 最大 厚差只 有 : A h m : 二 = C / ( C + Q ) . △S m . : 二 i 。 2 5八 1 。 2 5 + 2 . 0 ) x 7 二 2 。 7 ( 协m ) 3 . 2 克 服来 料厚度和硬度波动 的影晌 ( l) 消除来料厚度波 动的影响 对于来 料厚度 所 弓!起的厚 差 可 采 用 压 力 A G C 结合监 s e T 、 , 0 一 v a l v e f 1 0 w C o m P l e m e n t a - t i o n 图 3 液压推上系统框图 F 19 . 3 T h e b l o e k 一 d i a g r a m o f h y d r a u l t i e o u s h 一 u P s y s t e m 控 A G C 来消除 。 下 面简单介绍本轧机所采用 的压力 A G C 和监 控A G C 。 ① 压力 A G C 本轧机系 统 所采用 的压 力 A G C 是 由模拟 量的 液压伺 服系 统实现 的 。 它 3 5 4

的工作过程是：利用测压头测出的轧制压力波动信号，对液压推上位置闭环系统进行正反馈 补偿，补偿掉由于轧辊弹跳引起的带材厚差。系统框图如图3所示。 为消除△P所引起的厚差所需的补偿量为： △S=(C+Q)△P/(CQ) (3) 图中C,为压力补偿反馈系数，它可根据不同轧件宽度和轧制道次进行选择，以改变轧机的不 同当量刚度。 该模拟量压力AGC系统克服了厚度检测滞后所造成的影响，具有响应速度快、可消除较 大来料厚差的特点，主要用在每个轧程的第1、2道次，效果很好。 ②监控AGC本轧机系统的监控AGC由MACSYM30计算机实现，主要用于消除 较小的出口厚差，保证带材的名义尺寸。它的控制过程是：通过精度很高的出口侧测厚仪检 测到厚差，并送入计算机，计算机根据一定的控制算法，计算出为消除该厚差所需的辊缝调 节量，并控制液压推上系统调整辊缝，以消除厚差。 监控AGC是反馈控制，它可以克服来料厚度、硬度波动的影响、轧辊的热膨胀、轧辊磨 损等因素引起的厚差。 (2)克服来料硬度波动的影响对于来料硬度波动所引起的厚差，采用硬度过补偿控制 来消除。通过实测一些工艺过程数据，计算出轧件硬度变化量，它将在带材上引起一定的 厚差，硬度过补偿控制为消除此厚差对辊缝进行相应的调节。 首先实测入口厚度H,经过延时测量压力P、辊缝S、前后张力TF、T,则可计算出轧 出厚度2)： h=S+(P-P。)/C-G (4) K=P/(BI.Qn) (5) 式中：G一辊缝常数；B一带钢宽度；K一变形抗力； n,=1-(0.6Tn/(BH)+0.4TF/(B,方)/，是设定计算值； 1:=√R'(H-B),R′=R(1+0.21P/(B(H-方)； Q,=1.08+1.79e41-eyR/h-1.02e ε=(H-h)/H,u=k(1-fu) 对压力P=f(R,H,h,K,TB,T)偏微分，则有： 6P=aP/3H.6H+aP/ah-6h+aP/aK.6K+aP/aTB6T+3P/aTT 将6h=S+6P/C代人上式并整理得： 6h=(C.6S+3P/3H.6H+P/K.6K+P/aTB6T +aP/aTp.Tp)/(C-aP/ah) (6) 在硬度波动时，可以认为前后张力变化较小。补偿硬度变化而调节锟缝S的目的是使 6h=0,则由(6)式可得： 355

的工作 过程是 : 利用 测压头测 出的轧制压力 波动信号 , 对液压推 上位置闭坏系统进 行正 反馈 补 偿 , 补 偿 掉由于 轧辊弹 跳引起的带材厚差 。 系统框图 如图 3 所示 。 为消 除八 P 所 引起的厚差 所需的 补 偿量为 : A S = ( C + Q ) . A P / ( C Q ) ( 3 ) 图 中C , 为压力补偿反馈系数 , 它可 根 据不 同 轧件宽度和 轧制道次 进行选择 , 以改 变轧机 的不 同 当量 刚度 。 该模 拟量 压力 A G C 系统克服 了厚度检测滞 后所 造成的影响 , 具有 响应速 度快 、 可 消除 较 大 来 料厚差 的特点 , 主要用在每 个轧 程的 第 l 、 2 道 次 , 效果很 好 。 ② 监 控 A G C 本轧 机系 统的监控 A G C 由 M A C S Y M 3 5 0计算机 实 现 , 主要用 于 消除 较小的 出 口 厚差 , 保证带材的 名义尺 寸 。 它 的控制过 程是 : 通过精度很高的 出 口侧测厚仪 检 测 到厚差 , 并送 入计算机 , 计算机 根据一定 的控 制算法 , 计算出为 消除该厚 差所需的辊缝 调 节 量 , 并 控制 液压推上系 统调整辊缝 , 以消 除厚差 。 监控 A G c 是反馈 控制 , 它可以克 服来 料 厚度 、 硬 度波动 的影 响 、 轧辊的 热膨胀 、 轧辊磨 损等因素 引起 的厚 差 。 ( 2) 克服 来 料 硬度波动 的影响 对于 来 料 硬度波 动 所引起的厚差 , 采用 硬度过补偿控制 来 消除 。 通过实 测 一些工艺过 程数 据 , 计算出轧件硬 度变化量 , 它将 在 带 材 上 引起一定 的 厚差 , 硬度过 补 偿控 制为 消除此厚差对辊缝进行相 应 的调 节 。 首先 实测人 口 厚度 H , 经 过延时 测量 压 力尸 、 辊缝S 、 前后张力 T ; 、 T B , 则 可计算 出轧 出厚度 〔 2 ’ : h = S + ( P 一 p 。 ) / C 一 G ( 4 ) K = P / ( B I 。 Q , n ; ) ( 5 ) 式中 : ` 一辊缝常数; B 一带钢宽度 ; 尤一变形 抗力 ; 。 , = 1 一 ( 。 . 6 T 。 (/ .B H ) 十 。 . 4 T 二 (/ .B h ) )/ K , K 是设 定计 算值 ; ` 。 一 了 * , ( 二 一 ` ) , R , 一 R “ + 0 · , ` p /` B · ` H 一 荞, , ; 。 , 一 1 . 0 8 + 1 . 7。 。 , 、 丙了 * z 孟 一 1 . 0 2 。 : = ( H 一 h ) / H , 八 = 那 。 ( l 一 刀。 ) 对 压力 P = f ( R , H , h , K , T 。 , T ; ) 偏微 分 , 则 有 : d p = a 尸 / a H · J H + a 尸 a/ h · 勃 十 a P a/ 尤 · d K + a 尸 / a T B · d T 。 + a P / a T ; · J T ; 将赫 = d s + J P / C 代 人上 式并整 理得 : 赫 = ( C 。 占S 十 a尸 / a H · d H 十 a 尸 / a K . d尤 十 a 尸 / a T B . j T 。 + a p / a T F · ` T ; ) / ( C 一 a p / a h ) ( 6 ) 在硬度波动时 , 可 以认为前后张 力变化 较小 。 补 偿硬 度变 化而 调节 辊 缝 d s 的 目的是使 d h = 0 , 则 由( 6 ) 式可 得 : 3 5 5

6S=-(aP/aH.6H+aP/aK.6K)/C (7) 实际辊缝补偿量取：6S.=-(aP/aHdH+K.aP/aKdK)/C (8) K,是人为确定的过补偿系数，对于每个道次和钢种取不同的值，组成数据表。 aP/aH=Q(轧件的塑性系数)。 OP/aK=Bi.Q,n,=P/R 9) 取设定模型中的P、值，6K=K-衣，则(8)式为： 6S.=-Q/C.6H-K./C.P/R.(K-R) (10) 上式中第1项为前馈AGC的控制量，因此，关于硬度过补偿的辊缝调节量即为： S硬=-K./C.P/R.(K-R) 3,3改善厚度控制系统的性能 在高精度四辊轧机的厚度计算机控制系统中，应用了PI调节器，并采取了两项措施改善 厚控性能。 (1)合理选取调节器参数及控制周期确定合适的PI调节器参数是改善厚度控制系统性 能的关键。在设计确定比例、积分参数的基础上，还要进行细致的调试工作。PI调节器的控 制作用还与控制周期的选取有很大关系。 由于带材从轧机出口到测厚仪有延迟时间，所以，厚控系统中存在纯滞后环节： G(s)=e-=e-kT (11) 上式中：T一纯滞后时间；T一控制周期。对(11)式进行Z变换得： G(2)=2“,k是纯延迟步数。 由(11)式可知：控制周期选的越短，则滞后步数k越大，系统的稳定性和控制效果就越 差，因此，应使尽可能地小。如果选控制周期T=T,则有k=1,这样选择控制周期对于轧 钢过程控制而言，不会损失太多的信息。因为带钢的厚度变化相对比较缓慢，从现场调试 看，选取这样的控制周期提高了系统的稳定性，明显改善了厚控效果。 U=2.2m/s -4 -6l 45 60 5 90 105 120 135 150 165 1/: 1.升速2.稳速阶段3.减速 图4某道次的厚差记录曲线 Fig.4 The recorded curve of thickness tolerence in a pass 356

一 a( 尸 / a H · d H 十 a 尸 / a K · J K ) / C . 二 一 ( a尸 / a H o d H 十 K 。 · a 尸 / a K o d K ) / C ( 7 ) 实际辊缝补 偿量取 : d s ( 8 ) K 。 是人为 确定的过补偿 系数 , 对于每个道次和 钢种取不 同 的值 , 组成数据表 。 a p a/ H = Q ( 轧件的 塑性系数 ) 。 a 尸 / a K = B I 。 Q , 。 二 = P / K ( 9 ) 取设定模型 中的 尸 、 K 值 , d K = K - K , 则 (8 ) 式 为 : d s 。 = 一 Q / C · J H 一 K 二 / C o P / K 。 ( K 一 K ) ( 1 0 ) 上 式中第 1 项为前馈A G C的 控制量 , 因此 , 关于 硬 度过补 偿的 辊缝调节 量即 为 : d s 硬 = 一 K 二 / C o P / K 。 ( K 一 K ) 3 。 3 改替厚度控 制系统的性能 在高精度四 辊轧机 的厚度计算机控制 系统中 , 应用 了PI 调节器 , 并采取 了两项 措施改善 厚控性能 。 ( 1) 合 理选取调节器参数及控 制周 期 确定 合适 的 IP 调 节器参数 是改善厚度控 制系统性 能的关键 。 在设计确定 比例 、 积分 参 数的 基础上 , 还要进 行细致的 调试工作 。 PI 调节器的控 制 作用还与控翻周期的选取有很大 关系 。 由于带材从轧机 出口 到侧厚仪 有延迟时 间 , 所 以 , 厚控系统 中存 在纯滞后 环 节 : G ( s ) = e 一 ’ ` = e 一 “ r ` ( 1 1 ) 上式中 : 了一纯滞后时 间; T 一控制 周期 。 对 ( 1 1 ) 式进行 Z 变换得 : G ( 劝 = : 一 ` , k是纯延迟 步数 。 由( 1 1 ) 式可知 : 控 制周期选的 越短 , 则滞后步数掩越大 , 系统的稳定性和 控 制效果就越 差 , 因此 , 应使 k尽可 能地小 。 如果选控制周期 T = , , 则有介= 1 , 这样选 择控制 周期对于轧 钢过程控制而言 , 不会 损失太多的信息 。 因为 带钢的厚 度变 化相 对比较缓慢 , 从 现 场 调 试 看 , 选 取这 样的控制周期提高 了系统的稳定性 , 明显改善了厚 控效果 。 - - 一一州 尸 , , ~ - ~ , 一一f一- ` 巨二二: { rI l ` 一产一一州 ! ; ` F ! } 厂一 } 压云升一认 t 天i翻巨 _ ! 1 、 后面话` 心` . 日阮赫di 。一厩西石 胳 皿阻稍礴揣理间脚眼塑侧沂 . 下介W剧恻恻改川 闯{一仲广一 ~ 二 乙一习. 1 , } ` , l和祥一 ” ” 兰 一 , ` ’ 王兰旦1 , , ” ” ~ 卜件耳 L 二二…习 二一 一一 } 卜— 一 r 一 月 一{ 一~ 1 一一 ~ 一一一州 一 一一书} 尸二 尸- 一 ; 「二 二 (一 - ~ 卜{ — 一是叼压一 升 速 2 。 稳速阶段 3 . 减速 图 4 某 道次的厚差 记录曲线 F 19 . 4 T h e r e e o r d e d e u r v e o f t h i e k n e s s t o l e r e n c e i n a p a S 3 3 5 6

(2)引用简单的智能控制思想当厚差小到一定程度时，希望计算机的控制作用维持不 变，为此选取了一个厚差带（±1μm)。计算机根据检测到的厚差进行判断，当实际厚差进人 ?差带时，控制作用不再改变；一且超出厚差带，控制器再投人调节。 通过综合采取以上各种措施得到的厚度控制系统精度高、快速性好、工作稳定。图4是 轧制0.2mm带钢时记录的厚差曲线，可以看出，本轧机的稳态轧制精度完全达到了±4μm。 5结 论 本文根据高精度轧机的特点和要求，通过实际探索，实现了一个综合型的厚度自动控制 系统。在此系统中，通过利用直接辊缝仪进行恒辊缝控制的方法，比较成功地解决了轧锟偏 心控制这一难题，应用了动态响应快、消差能力强的液压AGC;计算机监控AGC在控制策 略上采取了两项措施：(1)选取特殊的控制周期，有效地克服了纯滞后所带来的不良影响影 (2)运用了智能控制思想，明显改善了厚度控制精度。经实际应用，该综合型厚度控制系统 较好地满足了高精度轧机的要求。 参考文献 1丁修坤。轧制过程自动化，北京：治金工业出版社，1986 2杨节。轧制过程数学模型，北京：冶金工业出版社，1983 铜矿峪矿5号矿体矿块崩落特性与崩落规律研究 矿块崩落法技术与装备研究是国家“七·五”科技攻关项目中的一个课题，北京科技大 学承担了矿体可崩性与崩落机理的研究任务，并取得如下成果： (1)从理论上论证了在铜矿峪矿条件下，矿体的崩落机理不是通常认为的拉应力和剪应 力作用破坏的，而是在低围压下的拉伸破坏，因此，适当的拉低和割帮工程，可以把工程最 大尺寸平面的法线方向的原岩应力（压应力）转压为拉应力。当岩体受拉破坏后，岩块的自 重下滑力克服摩擦力就会导致连续的崩落。上述研究结果，在国内外尚未见到有相似的报 导。研究还表明，5号矿体870水平的大部矿岩的崩落性为中等，靠近上盘处的矿旷岩崩落性 较差。在统计现场的岩体地质结构中，提出了提半球赤平投影技术，编制了“大半圆uett赤 平投影”微机程序，已成功地用于铜矿峪矿5号矿体地质结构面的产状描述，得到了国内外 专家的承认和好评。 (2)较为详细地讨论了5号矿体旷块崩落法设计方案的岩体削扇工程，提出了推荐方案， 编制了三维有限元程序，可用于实际设计。该程序具有自动划分单元或自动移动载荷等功 能，能进行岩体破坏与崩落的判断。 (3)进行了铜矿峪矿5号矿体的地质构造调查与岩体分类，原岩应力的测试研究，数值 计算方法的选取与程序编制，崩落机理与岩体削弱工程对矿体崩落影响的研究。 357

( 2) 弓l用 简单的 智 能控制思想 当厚差小 到一定程 度时 , 希望计 算机的 控制作用 维持不 变 , 为此选取 了一个厚差带 ( 士 1卜m ) 。 计算 机根据 检测到的 厚差进行 判断 , 当实际厚差进入 摩差带时 , 控制作用 不 再 改变 ; 一旦 超出厚差 带 , 控制器 再投人调节 。 通过综合采取以上各种 措施得到 的厚度控制系 统精度高 、 快速性好 、 工作稳 定 。 图 4 是 轧 制。 . 2 m m 带钢时 记录的厚差 曲线 , 可 以 看 出 , 本轧机的稳态轧制精度完全达 到 了 士 4 卜 m 。 5 结 论 本文根据高精度轧 机 的特 点和 要求 , 通过实际探索 , 实现了一 个综合 型 的厚度 自动控制 系统 。 在 此系 统 中 , 通 过利 用直 接辊缝仪 进行 恒辊 缝控制的 方法 , 比较成功地解决 了轧辊偏 心控制 这一难 题 ; 应 用 了动态 响应快 、 消差能力强的液压 A G C ; 计算机监控 A G C 在控制策 略上采取了两项 措施 : (” 选取特殊的 控制周期 , 有效地 克服 了纯 滞后 所带来 的不 良影响 , ( 2) 运用 了智 能控制 思 想 , 明显改 善了厚 度控制精度 。 经 实际 应 用 , 该 综 合型 厚度控制系统 较好地满 足 了高 精度轧机的 要求 。 参 考 文 献 丁修坤 。 轧 制 过程 自动化 , 北京 : 冶金 工业 出版社 , 1 9 8 6 杨 节 。 轧制过程数学 模型 , 北 京 : 冶金 工业 出版社 , 1 9 8 3 . 门阳卜 , 月口卜白门阅口 , 哈口卜 翻闷叨口 . 自口卜. 月叫口, 电门卜 铜矿峪矿 5 号矿体矿块崩落特性与崩落规律研究 力 矿块 崩落法 技术与装备研究是 国家 “ 七 · 五 ” 科技 攻关项目中的 一个 课题 , 北京科技大 学承担了 矿体可 崩性与崩落机理的研究任务 , 并取得如下成果 : ( l) 从理论 上论证 了在铜矿峪 矿条件 下 , 矿体 的 崩落机理 不是通 常认为的 拉应力和剪应 力作 用破 坏的 , 而 是在 低围 压下 的拉伸破坏 , 因此 , 适当的 拉低 和割帮工 程 , 可以把工 程 最 大尺寸平面的 法 线方向的原 岩应力 ( 压应力 ) 转压 为拉应力 。 当岩体受拉破 坏后 , 岩块的 自 重 下滑 力克服摩擦力就会导致 连 续的崩落 。 上述研究结果 , 在国内外 尚未见 到 有 相 似 的 报 导 。 研究还表明 , 5 号矿体 8 70 水平的 大部矿岩的 崩落性 为中等 , 靠近 _ 仁盘处的矿岩崩落性 较 差 。 在统计现场的岩体地 质结 构中 , 提 出了提半球赤平 投影技 术 , 编 制了 “ 大半圆 u e t 赤 平 投影 ” 微机程序 , 已成功 地 用于铜矿峪矿 5 号矿体地质 结构面 的产状描述 , 得到了 国内外 专家的承认和好评 。 ( 2) 较为详细地 讨论 了 5 号矿体矿 块崩 落法设计方案的岩 体 削弱工 程 , 提出了推荐方案 , 编 制了三维有限元程序 , 可 用于 实际 设 计 。 该程序 具有 自动划 分单元或 自动移动 载 荷 等 功 能 , 能进行岩 体破坏与 崩落的 判断 。 ( 3) 进 行 了 铜矿峪矿 5 号矿体的地质构造调查与岩体分 类 , 原岩应力 的测 试研究 , 数值 计算方法的选 取与程序编 制 , 崩落机理 与 岩体削弱 工程对矿体崩 落影响 的研究 。 3 5 7