激光测速在冷轧带钢厚度控制中的应用

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激光测速在冷轧带钢厚度控制中的应用黄佩杰,王康健,王 (宝钢分公司冷轧厂,海 上欣 2 10 ) 090

摘要:钢厚度控制是冷轧带钢生产中最重要的控制环节 .由于采用常规控制手段无法获取精确的前滑带

值,不能实现精确的秒流量控制,因此,来越多的冷连轧机配备了新型的激光测速仪参与带钢的厚度控制 .越 通过激光测速仪,可以在原有的带钢厚度控制系统中增加秒流量预计算控制功能,并且参与速度调节控制和反馈调节控制,高厚度控制的精度 .提关键词:光测速;流量;激秒线速度

中图分类号:G 3 . 2文献标识码:文章编号:0 8— 7 6 20 )5— 0 3— 4 T 337 1 3 10 0 1 (0 7 0 0 6 0

Ap i a i n o s r Ve o e e n Th c ne s Co t o fCo d S r p pl to f La e l m t r i i k s n r lo l t i c

Hu n e i, n a g a Wa gX n a gP ie Wa gK nf n, n i j i( odRol gPa t B ote B a c S a g a 0 0, hn ) C l ln ln, a s l rn h, h n h i 0 C ia i e 21 9Absr c: ti hik s o r li n ft e mo ti o t n o r lln n c l ti o u to t a t S rp t c ne s c nto so e o h s mp ra tc nto iksi o d srp pr d c in. Th c ur t e a c ae ma s fo c n rlc u d n tb e lz d,f h x ctfr d si a u o l o e o t ie n n r lc nto y s— w o to o l o e r aie l ort e e a o war lp v l e c ud n tb b an d i o ma o r lwa .

3 as f h 1 cueo i,m r a dm r t dm ml r eu pdwt nwlsr e me r t jit ot l tp S hc— e t s oe n oe a e is e q i e i e e l t s o o l cnr r ' ik n la p h a v o e n y o si tn s . W i a e eo t r,a n w f n t n n me r—e s— o ac lt n c n b d e o te n r es t ls r v lme e s e u c i a d p e s tma sf w c lu a i a e a d d t h o mM t p h o l o sr i

ti n s cnrl ytm, hc a eue a ipt i tesedajs et n ebc d s et ot l hc es o t s k o s e w i cnb sdt p rc ae n h pe dut n adf dakaj t n cnr, h o t i m e um oI l mprv h c u a y o h ti hck e sc n rls se . twili o e t e a c r c ft e srp t i n s o to y tm K e wor s:a erv l mee; ma s fo;ln pe d y d ls e o tr s— w ies e l

0前言

1影响冷轧带钢厚度精度的因素及常规控制方式 1 1影响厚度精度的原因 .

厚度精度是冷连轧机的重要产品质量指标 .

近年来,着仪表设备检测精度和控制系统运算随速度的提高,效的控制原理在生产实践中的广高

引起冷连轧机厚度偏差的因素很多,照工按序影响来分,要可以分为热轧工序影响因素和主冷轧工序影响因素两部分 . 热轧工序的影响因素主要有:轧轧辊的偏热心;轧来料

带头的无张力卷取;热热轧来料带头尾

泛应用,钢厚度精度在冷轧产品中有了进一步带的提高,中稳态速度下的厚度精度大多可达到其 1以内,速度及低速时厚度精度可控制在 2%加%以内.

的温度偏差;轧冷却系统造成的温度偏差 .其热中后 3种都将造成热轧来料硬度的变化,且直并接影响冷轧的厚度控制 . 冷轧工序的影响因素主要有:支撑辊油膜轴承造成的辊缝波动;辊热量造成的辊缝波动;轧机架的弹性变形造成的辊缝波动;辊的偏心造成轧的辊缝波动…;减速过程中润滑变化造成辊缝加的变化;带钢板形造成的辊缝变化 .

目前新建的冷连轧机都不同数量地配置了激光测速仪参与厚度控制 .出于产品要求或者成本等方面的考虑,些生产线的 5个机架全部采用有秒流量预计算的控制手段,些只选用第 1机架有和最末机架的控制手段,有些生产线采用机架还

入口和出口选用传动辊的脉冲发生器代替激光测速仪秒流量计算的控制方式,些新的控制方法这对提高冷轧带钢厚度控制精度有了进一步的促进作用.

此外冷连轧机本身的张力控制精度,动调传速性能,下控制响应性能等也会对带钢的厚度压精度产生影响 .1 2冷连轧机上常规的控制手段 .

黄佩杰

首席工程师

17 9 2年生 19 94年毕业于东北大学现电话 26 4 7 6468

从事自动控制专, I

对上述影响轧机出口带钢厚度精度的因素进

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行分类,以分为来料厚度变化,料硬度变化,可来 冷连轧机本身造成的辊缝变化 3大因素造成 .以 5机架的冷连轧机为例,针对这些问题的常规控制手段如下 . 1 2 1针对来料厚度变化的控制手段 ..

也存在一定的误差 .2 2冷连轧机生产过程中碰到的问题 .

以上陈述中说明常规的厚度控制手段在原理上存在无法克服的缺陷,在实际生产中也同样而碰到一些问题 .

对于来料厚度变化冷连轧机通常使用前馈控制,即根据来料的厚度偏差信号,过高精度的跟通踪系统在带钢厚度偏差进入第 1机架辊缝时,通过对机架入口速度的调节,速消除偏差 .快1 2 2针对来料硬度变化的控制手段 ..

2 2 1中间机架出口厚度难以保证 . .

在目前的机架设计中,由于中间机架

出口大多没有测厚仪,因此中间机架的厚度大多由轧制模型理论计算得到 .当轧辊温度,张力,滑等数润据异常或者第 1机架前后的测厚仪测量异常时, 第 1~ 3机架的厚度偏差就在第 4 5机架后集中,表现,第 4,架轧制系统负担加重,至无法使 5机甚控制 .2 2 2加减速厚度变化难以控制 ..

来料硬度发生变化往往造成第 1架出口厚机度波动,时可以通过反馈控制系统来进行补偿,此 同时对瞬时的出口厚度变化通过第 2机架的前馈进行控制;当厚度波动进入第 2机架辊缝时,对第 2机架辊缝及第 1机架的速度进行控制,证出保口厚度精度 .

加减速过程中由于润滑变化造成厚度波动,

测厚仪无法及时反映出带钢的实际厚度,成控造制系统无法及时响应,时的厚度偏差往往达到此2 5~3以上 . .%%

12 3针对冷连轧机本身造成的辊缝变化控制 ..手段

对于冷连轧机本身造成的辊缝变化控制手段有多种形式,主要有: ( )过油膜补偿,由于支撑辊油膜轴承 1通对造成的辊缝变化进行补偿; ( )过偏心补偿,由于支撑辊轧辊偏心 2通对造成的辊缝变化进行补偿; 3激光测速在冷连轧机控制系统中的控制原理和作用

为了提高厚度控制精度,目前冷连轧机大多

引入激光测速仪参与厚度控制 .3 1激光测速与秒流量控制 .轧机厚度控制的基础是金属秒流量恒定原理 .对于各个机架,只要知道机架入口的速度和

( )过第 4机架后的反馈,馈和第 5机 3通前架的反馈进行补偿,消除因机架引起的厚度波动 .2常规控制存在的缺点 2 1常规控制手段原理上的缺陷 .

带钢厚度,制好机架出口的速度,能够保证机控就架出口的厚度 .常规的厚度控制手段也是在此基础上实现的 J .然而要真正控制好机架出口的速度很不容易 .在轧制过程中由于前滑的存在, 电机的线速度与带钢出口线速度存在一定的差异,由于前滑无法被测量,机架出口的带钢线速度

常规厚度控制手段可以消除大部分由于来料或者机架本身造成的厚度精度,是其最大的缺但点就是存在一定的滞后性 .除了油膜补偿外,所有的控制几乎都依靠测厚仪的测量反馈信号 .而测厚仪与执行机构轧机之间物理距离造成厚度控制存在一定的滞后性 .而且通

过厚度偏差来调节轧机辊缝必然要经过机架弹性系数和带钢材料系数的折算,式如下:公CM= ··

也无法精确地测量,因此常规厚度控制无法真正精确测量秒流量并且精确控制 .

要想得到秒流量的恒定控制,必须要能够得到精确的带钢线速度 .激光测速作为一种较新型的速度测量系统,能够精确测量速度,近年来在轧机中得到了广泛的应用 .

新型激光测速仪的测量范围大,度高,度精速

式中,为位置补偿值; 8为厚度偏差; C为材料系数; .为机架弹性系数;为放大系 C U数. 由于 C, .法精确测量, C无因此通常采用粗

测量范围在 1 0~1 0 / i,量精度≤ . 20 0 m m n时测 ± . 5,字化采样周期小于 2 m,复测量 00%数 s重率≤± .2,以满足厚度控制的需要 . 00%可 3 2激光测速投入到厚度控制中的原理 . 3 2 1秒流量预计算原理 ..

略的理论值或实测换算值,以上述模型的本身所

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黄佩杰等激光测速在冷轧带钢厚度控制中的应用有了高精度的线速度测量设备,有了一种就称为秒流量预计算的高精度秒流量平衡控制系统,其控制原理如公式 ( ) 2:V o=·

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二种方法则不会受到 C,的影响, C精度较高; 同时第二种方法为保证机架前张力的稳定,用使了解耦技术,在控制人口速度的同时控制机架的压下,过张力控制系统保持人口张力的稳定,通系统稳定性也比较好 .4激光测速对速度控制的作用

.

(+ ) . 一

() 2

式中,为出口厚度偏差计算值;为机架 6人口速度; . V为机架出口速度;为机架人口厚

度设定值;为机架出口厚度设定值;为机架 , 6人口测量的厚度变化值 .6就是所谓的秒流量预计算值.

激光测速仪除了用于秒流量预计算外,可也用于对前滑系数进行动态测量控制 .

,过对人口通

对于未配备测厚仪的机架,根据秒流量平衡的控制原理,人口厚度和速度已知的前提下,在要保证出口的厚度,要控制好机架的出口速度就只可以了 .机架出口的速度可以通过轧辊线速度和

速度和人口带钢厚度偏差的测量,确地得到了精

出口厚度的偏差计算值 .3 2 2秒流量预计算值两种应用的分析比较 ..

根据秒流量预计算值公式可以准确得到机架出口的厚度偏差计算值 .为了消

除机架出口的厚度偏差,了根据公式 (去调节机架辊缝值外,除 2)第二种方法就是根据公式 ( ) 3调节人口速度:6Ⅳ .

前滑计算得到 .轧辊线速度可通过电机后的脉冲计数器得到,前滑却无法测量,但因此无法进行精确的秒流量计算 . 机架配备了激光测速仪后,程计算机可以过通过实际测量得到的带钢线速度来修正前滑的计算结果 .但是过程计算机的设定值是以秒为控制周期的,以满足动态响应要求,难因此在基础自动化控制中引入出口线速度动态控制功能,现毫实秒级的实时控制, 1描述了激光测速仪参与前图

=

一

V o *·J J1

() 3

式中,为人口速度补偿量;o人 E速度 6 V *为 l设定值 .对两种方法进行比较,以看出第一种方法可由于受到 C,数据误差的影响,度较差; C精第

滑计算和控制出口线速度的功能原理 .

图 1激光测速仪在速度控制中的应用 Fi . App iai n o he ls r v l mee n s e d c nto g1 lc to ft a e e o tri p e o r l

在图 1中,际的激光测速值与换算得到的实出口带钢实际速度值不断地比较,后对前滑然计算结果进行修正;后通过调节电机的转速随使实际出口线速度达到设定出口线速度,样这就保证了出口线速度,架的出口厚度也得到机了控制 .

5秒流量预计算与反馈控制协调控制使用秒流量预计算功能可以高效地进行厚度控制和调节功能,服由于测厚仪安装位置带来克的控制纯滞后问题,高控制响应和精度 .但是提受到环境影响,光测速在实际应用中会存在一激定的测量偏差,常反映为 1以内的固定厚度通%偏差.

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为解决此问题,要在线对激光测速值进行需标定补偿 .由于测厚仪的测量受环境影响较小, 测量稳定偏差小 .因此,以利用}厚仪的测量可贝 0实际…

数据来消除由于激光测速值偏差引起的出口厚度偏差,能如图 2所示 .功

)1…) Z ~

n计算得到的一出口厚度偏差

…)

偏值

实际

U t2 x x

l 口度速 I

… )= /出口

UX—2 lx r ) 1 …1

一

sde ) t d v(

图 2秒流量预计算反馈控制Fi . Fe db c o r lo h s— o p e c lu a in g2 e a k c nto ft e ma sf w r· ac l to l

图 2中可以看到,秒流量预计算控制下,在输出的是出

口厚度偏差控制的偏置量,厚度控制对

较多且较脏,光测速在机架中的应用受到一定激的阻碍,因此需要很多附加设备保证激光测速仪窗口的清洁干燥以及测量区域内带钢的相对干

进行补偿 .这种方法结合了秒流量预计算的快速响应,同时又使用了常规厚度反馈控制的稳定性, 在实际应用中效果良好 .6结束语

净,给安装和长期维护都带来一定的难度 .当这然在控制好温度和吹扫效果的前提下,光测速激仪本身长期稳定运行也是可以达到的 .

激光测速仪在厚度控制系统中的应用,够能有效地消除由于测厚仪物理位置存在的控制滞后问题,得模型结果更加精确,制响应更加快使控速,现了真正的秒流量平衡控制;光测速仪参实激与常规的厚度控制后厚度精度在同等基础上可提高 0 1~ .%;时通过控制各机架的速度, .% 03同

参

考

文

献

[]张莉, 1张立静,郑泽华.一种单机架可逆式冷轧机轧辊偏心补偿方法[]中国冶金,0 7 1 (:7一l. J. 2 0,7 2) l 9 [ 2]华建新,王贞祥 .全连续式冷连轧机过程控制[ . M]北京:冶金工业出版社,00,o 2 0 16—17 0.

[ 3]周坚刚,李山青,健勇.许冷轧带钢板形自动控制概况[] J.世界钢铁,0 6 6 2) l一 . 2 0, (: 5

可有效预防和发现轧机轧辊间或轧辊与带钢间的打滑现象 . 但是由于轧机环境恶劣,架间乳化液蒸汽机(收稿日期:0 7— 4— 9 20 0 0 ) (稿日期: 0 0 2 改 2 7— 5— 4) 0

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固定于底座上,端固设手轮的调整螺母套设于上丝杆上;测量机构包括测量臂,量指针,数元测读件,承盒;于轴承盒中的轴承套设于调整螺母轴设上;测量臂固定于轴承盒上,量指针嵌滑设于测测

专利信息驴驴, 护驴驴

带钢浪形测量装置专利号:I 2 4 9 . Z 915 9 16

量臂上;数元件设置在轴承盒上,固定于底座读与上的标尺相对应 .通过转动手轮带动调整螺母使测量臂上升或下降并移动测量指针和旋转测量专利权人:山钢铁股份有限公司宝设计人:王远彪一

戴德文

种带钢浪形测量装置,于测量技术 .解属

决带钢的边部浪形测量数据不准确,度差,精中部浪形无法测量的问题 .它包括底座,整机构,调测量机构;整机构包括丝杆,整螺母,调调手轮;丝杆

臂,即可对带钢的边部和中部浪形进行准确测

量 . 结构简单,测量带钢上任意点位置的浪形,以可可广泛应用于冶金行业,有一定的经济效益 .(宝钢股份有限公司知识资产部供稿 )