《可逆冷軋機(jī)液壓AGC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)論》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《可逆冷軋機(jī)液壓AGC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)論（71頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 500可逆冷軋機(jī)液壓AGC控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 燕 山 大 學(xué) 2011年6月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 500可逆冷軋機(jī)液壓AGC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院：電氣工程學(xué)院 專 業(yè)：自動(dòng)化 學(xué)生 姓名：王仙 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo) 教師：

2、 答辯 日期：4 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書 學(xué)院： 電氣工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位： 自動(dòng)化系 學(xué) 號(hào) 學(xué)生 姓名 專 業(yè) 班 級(jí) 過控07-2 題 目 題目名稱 500可逆冷軋機(jī)液壓AGC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目性質(zhì) 1.理工類：工程設(shè)計(jì) （ √ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）； 理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ）。 2.文管類（ ）；3.外語(yǔ)類（ ）；4.藝術(shù)類（

3、 ）。 題目類型 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（ √ ） 2.論文（ ） 題目來(lái)源 科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ √ ）自選題目（ ） 主 要 內(nèi) 容 1、充分熟悉帶材軋制工藝過程。 2、熟練掌握西門子S7-400PLC以及全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA70。 3、根據(jù)工藝過程要求，設(shè)計(jì)以S7-400PLC為核心的控制系統(tǒng)。 4、完成基礎(chǔ)工藝自動(dòng)化與傳動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及軟件編程。 5、重點(diǎn)掌握工藝自動(dòng)化中的AGC控制原理。 基 本 要 求 1、設(shè)計(jì)說明書一份（不少于50頁(yè)），A1電氣圖紙一張； 2、說明書條理清晰、文筆通順，圖形及文字符

4、號(hào)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)； 3、說明書及圖紙需經(jīng)指導(dǎo)教師審核通過，并經(jīng)專業(yè)教學(xué)主任簽字； 參 考 資 料 1、西門子6RA70資料 2、西門子S7-400資料 3、自動(dòng)控制系統(tǒng)方面的書 4、關(guān)于張力控制方面的書及資料 周 次 1—4周 5—8周 9—12周 13—16周 17—18周 應(yīng) 完 成 的 內(nèi) 容 1，2部分 2部分 3，4部分 4，5部分 撰寫論文，繪圖準(zhǔn)備答辯 指導(dǎo)教師：姚成玉 職稱： 副教授 2011年1 月 5 日 系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日 摘

5、要 本次設(shè)計(jì)在深入了解冷軋帶材生產(chǎn)工藝、板厚控制理論的基礎(chǔ)上，完成了500可逆冷軋機(jī)液壓AGC板厚控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。AGC系統(tǒng)部分采用位置閉環(huán)、壓力閉環(huán)雙閉環(huán)控制，另外加入厚度監(jiān)控環(huán)和軋制壓力補(bǔ)償環(huán)節(jié)以提高系統(tǒng)的控制精度。本文主要研究500可逆冷軋機(jī)液壓AGC電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的PLC控制系統(tǒng)。目前，PLC控制是軋鋼領(lǐng)域較為普遍的控制方式。 首先分析了板帶材冷軋機(jī)的生產(chǎn)工藝流程及電氣自動(dòng)化系統(tǒng)組成。由于西門子S7-400PLC的模塊化設(shè)計(jì)擴(kuò)展方便、用戶友好性強(qiáng)、通訊能力強(qiáng)，所以有必要研究六輥板帶材冷軋機(jī)PLC控制系統(tǒng)的主要功能。 其次設(shè)計(jì)了500mm六輥板帶材冷軋機(jī)PLC控制系統(tǒng)的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)

6、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過西門子STEP7進(jìn)行了硬件組態(tài)和電氣原理圖設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了機(jī)組與主傳動(dòng)電機(jī)、操作臺(tái)、操作箱等遠(yuǎn)程站的PROFIBUS－DP通訊，減少了布線，提高了系統(tǒng)的可靠性。 文中給出了主要I/O的變量表，并具有10%的冗余。在STEP7下進(jìn)行了部分軟件的編程和離線調(diào)試。將PLC應(yīng)用于六輥板帶材冷軋系統(tǒng)中，使操作簡(jiǎn)單，而且明顯提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和帶材的利用率，一定意義上促進(jìn)了板帶材軋制企業(yè)自動(dòng)化水平的提高。 關(guān)鍵詞可逆冷軋；板厚控制；STEP7 Abstract The design of in-depth understanding of cold-rolled strip produ

7、ction process, the thickness control theory, based on the thickness control system to complete the design, a 500 reversible cold rolling mill thickness of hydraulic control system of mathematical models.AGC location of the closed-loop system is partly based, closed-loop pressure on the double-loop c

8、ontrol, and monitor the thickness by adding Central and rolling pressure compensation part of the control system to improve accuracy.this paper, mainly study the PLC control system of six rolls of 500mm cold rolling mill and strip electrical automation system. Currently, PLC control is common in the

9、 field of control rolling method. First of all,we analysis six roller cold rolling mill and strip production process and electrical automation system components. As the Siemens S7-400PLC modular is designed to facilitate expansion, user-friendly and strong, communication ability, so it is necessary

10、 to clarify the main function of PLC control system of. six roller cold rolling mill. Second design the network topology of 500mm plate and strip six roller cold rolling mill automation PLC control system . the hardware configuration and electrical schematic design is conducted by Siemens STEP7. Re

11、alized the unit with the main drive motor, console, control box remote station PROFIBUS-DP communication, reducing wiring and improve reliability of the system. This paper presents the main I/O of variable table, and have 10% redundancy. The PLC used in cold-rolled plate and strip six-roller system

12、 made it not only simple, but also improve the system stability and the utilization of titanium, a certain sense, also promote the plate and strip rolling enterprise automation level. KeywordsReversible cold rolling mill；the control of gauge；STEP7 目 錄 摘要I AbstractII 第1章 緒論1 1.1 課題背景1 1.2 板帶軋機(jī)

13、厚度控制技術(shù)的發(fā)展概況1 1.3本課題研究的主要內(nèi)容3 第2章板厚控制的基本理論4 2.1機(jī)座的彈性變形與彈跳方程4 2.1.1 機(jī)座的彈性變形與縱向剛度4 2.1.2 彈跳方程6 2.2 軋件的塑性變形與塑性方程8 2.2.1 軋制壓力及其影響因素8 2.2.2 軋件塑性變形曲線和塑性方程8 2.3 軋制彈塑曲線的應(yīng)用10 2.4 板厚控制的基本方式14 2.5 板帶軋機(jī)中的縱向厚差15 2.5.1 影響縱向厚差的因素15 2.5.2 縱向厚差方程17 2.5.3 縱向厚差影響系數(shù)19 2.6 本章小結(jié)20 第3章可逆液壓板厚控制方式21 3.1 可逆式冷軋

14、機(jī)21 3.2 板厚控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成21 3.3 板厚控制的基本方式23 3.3.1 位置閉環(huán)23 3.3.2 壓力閉環(huán)24 3.3.3 測(cè)厚儀監(jiān)控25 3.4 本章小結(jié)28 第4章 500mm可逆冷軋機(jī)PLC控制系統(tǒng)29 4.1 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29 4.1.1 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)29 4.1.2 西門子S7-400PLC29 4.1.3 ET200M31 4.2 主要電路的設(shè)計(jì)32 4.2.1 S7-400 PLC各模塊在此控制系統(tǒng)中的應(yīng)用33 4.2.2 硬件配置42 4.2.3 硬件接線圖45 4.3 通訊部分55 4.4

15、 本章小結(jié)61 第5章 PLC軟件設(shè)計(jì)62 5.1 開發(fā)平臺(tái)STEP7編程62 5.2 硬件組態(tài)64 5.3 流程圖65 5.4 梯形圖68 5.5 本章小結(jié)69 結(jié)論70 參考文獻(xiàn)71 致謝73 附錄1（開題報(bào)告）74 附錄2（文獻(xiàn)綜述）79 附錄3（中期報(bào)告）81 附錄4（外文文獻(xiàn)）85 附錄5（外文文獻(xiàn)翻譯）88 第1章緒論 1.1 課題背景 冷軋是帶鋼生產(chǎn)中一個(gè)重要的工序，它所生產(chǎn)的冷軋帶鋼產(chǎn)品在汽車制造、食品包裝、家用電器、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)機(jī)械、民用小五金、輕工、儀表、通訊和軍事工業(yè)等各行各業(yè)得到了極為廣泛的應(yīng)用，成為非常重要的通用鋼材。

16、目前，由于工業(yè)化的深入，軋制過程的日趨連續(xù)化，軋制速度的不斷提高，軋制生產(chǎn)的形式和規(guī)模日趨專業(yè)化以及用戶對(duì)產(chǎn)品精度和質(zhì)量的要求的日趨提高，使世界各國(guó)對(duì)帶鋼產(chǎn)品的尺寸精度、形狀、組織性能等有著越來(lái)越高的要求，因此，市場(chǎng)的引導(dǎo)和推動(dòng)，調(diào)整了軋鋼技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)，從擴(kuò)大生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)向提高產(chǎn)品質(zhì)量、擴(kuò)大品種規(guī)格和追求整體的綜合效益；相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的科技進(jìn)步，大大增加了軋鋼技術(shù)中高新技術(shù)的含量，也使這一技術(shù)發(fā)展成為多種高科技成果、高度綜合集成于一體的材料制備技術(shù)。 顯然，冷軋工藝所采用的原始的電動(dòng)壓下系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越不能適應(yīng)市場(chǎng)的需求，而液壓厚度自動(dòng)控制HAGC(Hydraulic Automatic Gau

17、ge Control)系統(tǒng)能很好的提高系統(tǒng)的調(diào)整精度和穩(wěn)定性，從而大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量，滿足用戶的要求[1]。因此，設(shè)計(jì)合理而精確的液壓板厚自動(dòng)控制系統(tǒng)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 1.2 板帶軋機(jī)厚度控制技術(shù)的發(fā)展概況 板帶軋機(jī)厚度控制作為板帶軋制領(lǐng)域里的關(guān)鍵技術(shù)之一，用于控制板帶厚度的精度，它的發(fā)展大致經(jīng)歷了人工操作階段、常規(guī)自動(dòng)調(diào)整階段、計(jì)算機(jī)應(yīng)用階段、多技術(shù)融合階段[2]。其中，采用自動(dòng)控制的板厚控制(AGC)始于20世紀(jì)50年代，早期的AGC系統(tǒng)采用電動(dòng)壓下，是根據(jù)測(cè)量板帶的出口厚度偏差而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)壓下實(shí)現(xiàn)的，調(diào)整精度不高，穩(wěn)定性較差。 液壓厚度自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，使板厚控制技術(shù)產(chǎn)

18、生了重大變革。液壓AGC技術(shù)采用高性能的液壓APC、AGC控制系統(tǒng)，具有反應(yīng)速度快（比電動(dòng)AGC快2個(gè)數(shù)量級(jí)以上）、控制精度高、重量輕、尺寸小及抗負(fù)載的剛性大等優(yōu)點(diǎn)，成為取代電動(dòng)AGC的新建軋機(jī)和欲改造軋機(jī)的首選技術(shù)[3,4]。 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，將板厚控制過程融于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的過程自動(dòng)化級(jí)和基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)。在過程控制級(jí)的控制中，一方面采用最優(yōu)控制、多變量控制、自適應(yīng)控制、解耦控制等控制理論的最新成果，以追求控制性能的更高水平；另一方面采用人工智能、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等知識(shí)工程的手法，以追求系統(tǒng)的靈活性和多樣性。以上兩方面的不斷追求結(jié)合在一起，可開發(fā)出高精度、無(wú)人操作的厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)。 回顧

19、我國(guó)冷軋已應(yīng)用的厚度控制系統(tǒng)，可歸納為： 第一，用測(cè)厚儀信號(hào)反饋控制軋機(jī)壓下或軋機(jī)入口側(cè)帶鋼張力的AGC系統(tǒng)。70年代，厚度控制系統(tǒng)大多是這類系統(tǒng)，而且是模擬線路。按軋機(jī)出口側(cè)測(cè)厚儀測(cè)出的帶鋼實(shí)際偏差信號(hào)反饋控制，大偏差或被軋帶鋼厚度大于0.4mm時(shí)，按偏差信號(hào)大小取移動(dòng)壓下位置，改變輥縫間距，以減小厚度偏差，即所謂粗調(diào)；在小偏差或被軋帶鋼厚度小于0.4mm時(shí)，則調(diào)節(jié)軋機(jī)入口側(cè)帶鋼張力，進(jìn)一步減小厚度偏差，即所謂精調(diào)[5,6]。 第二，采用前饋控制或測(cè)厚儀信號(hào)反饋控制軋機(jī)壓下或軋機(jī)入口側(cè)帶鋼張力的AGC系統(tǒng)。將上述AGC系統(tǒng)數(shù)字化，并增加前饋控制回路就構(gòu)成這類AGC系統(tǒng)。前饋控制是當(dāng)軋機(jī)入

20、口側(cè)有厚度偏差的帶鋼進(jìn)入軋輥時(shí)，立即調(diào)節(jié)被控機(jī)架壓下位置，將入口帶鋼厚度偏差消除的一種控制策略。方法是將軋機(jī)入口側(cè)測(cè)厚儀至軋輥中心的距離分成若干整數(shù)段，把經(jīng)過入口側(cè)測(cè)厚儀的每段帶鋼厚度順序存入位移寄存器，寄存器按FIFO方式工作，當(dāng)寄存區(qū)輸出的帶鋼段進(jìn)入軋輥時(shí)，系統(tǒng)按該段厚度偏差值調(diào)整壓下，以消除進(jìn)入軋機(jī)的厚度偏差。這種控制方式消除了帶坯縱向厚度不均或由硬度波動(dòng)產(chǎn)生的厚差較大等影響，但其余的缺點(diǎn)仍然存在[7,8]。 第三，采用前饋控制、壓力反饋控制和監(jiān)控的AGC系統(tǒng)。80年代，利用現(xiàn)代控制理論、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)新成就，對(duì)上述兩類AGC系統(tǒng)進(jìn)一步加以改造，其主要特點(diǎn)是使用軋機(jī)彈跳方程計(jì)算軋后帶

21、鋼厚度作為實(shí)測(cè)厚度，與設(shè)定厚度或鎖定厚度相減，其差為檢測(cè)的厚度偏差值，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后用于壓下調(diào)節(jié)。這樣就不存在軋輥中心到測(cè)厚儀的傳輸滯后時(shí)間了，從而提高了系統(tǒng)性能，獲得了普遍的應(yīng)用。再加上監(jiān)控AGC控制，消除了低頻干擾因素的影響，如軋輥磨損、軋輥熱膨脹等[9,10]。 數(shù)字化及計(jì)算機(jī)控制，加上一些新的算法，使這類AGC系統(tǒng)性能獲得了進(jìn)一步的提高，實(shí)現(xiàn)了毫米級(jí)的偏差。但是，如果要進(jìn)一步把帶鋼厚度偏差減小到幾個(gè)微米，用這類AGC系統(tǒng)是難以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)镚M-AGC計(jì)算帶鋼厚度是建立在各種補(bǔ)償基礎(chǔ)上按軋制壓力計(jì)算的，要精確計(jì)算所用補(bǔ)償參數(shù)很難，甚至不可能。確定在各種軋鋼狀態(tài)下所需各變量的補(bǔ)償量是一件復(fù)雜

22、的事情，通常要用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算，或用事先存入計(jì)算機(jī)里的表格數(shù)據(jù)，精度不可能很高，這是影響GM-AGC控制精度的主要因素。假如用這種系統(tǒng)生產(chǎn)易拉罐用帶鋼就很困難，為此，必須使用控制精度更高的AGC系統(tǒng)，可控制帶鋼厚度偏差可達(dá)到成品厚度的1％之內(nèi)，這種系統(tǒng)的核心技術(shù)是質(zhì)量流量控制（MFC）。 1.3本課題研究的主要內(nèi)容 （1）在充分熟悉了板帶材冷軋工藝的基礎(chǔ)上，收集和消化了大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)參考文獻(xiàn)。 （2）對(duì)板帶軋機(jī)厚度控制的基本理論以及冷連軋機(jī)的幾種AGC構(gòu)成方法及控制方式進(jìn)行了學(xué)習(xí)和分析。如機(jī)座的彈性變形和彈跳方程、軋件的塑性變形和塑性方程、軋制彈塑曲線的應(yīng)用、板厚控制的幾種基本方式

23、。 （3）對(duì)西門子S7-400PLC硬件組成進(jìn)行研究和拼裝，并在軟件STEP7上硬件組態(tài)和編程。 （4）以500可逆冷軋機(jī)液壓AGC控制系統(tǒng)為例進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，硬件設(shè)備組成，硬件接線圖和通訊部分。最后從整體上根據(jù)工藝流程要求設(shè)計(jì)了以S7-400PLC為核心的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軋制流程的基礎(chǔ)自動(dòng)化。 第2章板厚控制的基本理論 2.1機(jī)座的彈性變形與彈跳方程 機(jī)座的彈性變形與縱向剛度 軋制時(shí)，在軋制壓力的作用下，軋機(jī)工作機(jī)座（軋輥及其軸承、壓下裝置和機(jī)架等）產(chǎn)生一定量的彈性變形。工作機(jī)座的彈性變形將影響軋輥的開口度和軋輥的形狀，從而對(duì)軋制產(chǎn)品的精度造成影響。 假

24、設(shè)軋件進(jìn)入軋輥輥縫前，空載輥縫為；當(dāng)軋件進(jìn)入輥縫后，在軋制力的作用下，工作機(jī)座在軋輥輥身中部處產(chǎn)生了彈性變形，使輥縫增大，同時(shí)軋輥產(chǎn)生彎曲變形，使與軋件接觸的軋輥形狀呈凹形[11]。彈性變形的結(jié)果使實(shí)際壓下量減小，軋件出口厚度大于空載輥縫值，沿軋件寬度方向的厚度不均勻，即出現(xiàn)橫向厚差。軋后的軋件厚度為 (2-1) 式中 ——軋后的軋件厚度(簡(jiǎn)稱軋件厚度)(m)； ——軋輥空載輥縫(m)； ——機(jī)座彈性變形(機(jī)座在軋輥輥身中部處的彈性變形)(m)。 可見，要得到厚度為的軋件，應(yīng)把空載輥縫調(diào)整到比軋件厚度小一個(gè)機(jī)座彈性變形量的量值上。 機(jī)座的彈性變形與軋制壓力有關(guān)。圖2-2表示了機(jī)座彈

25、性變形量與軋制壓力之間的關(guān)系曲線。可以看出，在軋制壓力較小時(shí)，機(jī)座彈性變形與軋制壓力呈曲線關(guān)系，這是由于機(jī)座各零件之間的接觸面凹凸不平和軋輥的非線性接觸變形造成的。當(dāng)軋制壓力達(dá)到一定數(shù)值后，機(jī)座彈性變形與軋制壓力就呈直線關(guān)系。由于通常都不再低負(fù)荷區(qū)軋制，故一般都把彈性變形曲線看成是線性的。機(jī)座彈性變形曲線直線段的斜率，稱為機(jī)座的縱向剛度模數(shù)或稱為軋件的縱向剛度模數(shù)，可表示為： (2-2) 式中——軋機(jī)縱向剛度模數(shù)(N/m)； ——軋制壓力的變化量(N)； ——彈性變形的變化量(m)。 圖2-1 彈跳現(xiàn)象 圖2-2 機(jī)座彈性變形曲線 由式(2-2)可見，機(jī)座縱向剛度模數(shù)的物理意

26、義是使機(jī)座產(chǎn)生1m彈性變形所需的軋制壓力，它表示了機(jī)座抵抗彈性變形的能力。 機(jī)座彈性變形量的大小與軋制壓力和機(jī)座縱向剛度模數(shù)有關(guān)。在軋制過程中，如果軋制壓力有波動(dòng)，則機(jī)座彈性變形也產(chǎn)生相應(yīng)的波動(dòng)。在保持空載輥縫不變的條件下，就會(huì)造成軋件厚度沿長(zhǎng)度方向發(fā)生變化，產(chǎn)生縱向厚差[12]。因此，在現(xiàn)代板帶軋機(jī)上設(shè)置了厚度控制裝置，使軋機(jī)在軋制過程中能夠調(diào)整輥縫，控制軋件的縱向厚差。 由式(2-2)可見，在一定的軋制壓力波動(dòng)條件下，機(jī)座的縱向剛度模數(shù)越大，則機(jī)座彈性變形的波動(dòng)就越小，由此造成的軋件縱向厚差也就越小。因此，一般認(rèn)為，機(jī)座縱向剛度模數(shù)越大，表明軋機(jī)控制軋件縱向厚差的能力就越強(qiáng)[14]。

27、 彈跳方程 由圖2-2可見，軋后的軋件厚度可近似的表示為 (2-3) 式中 ——軋制壓力(N)。 式(2-3)稱為機(jī)座的彈跳方程，它表示了軋件厚度與空載輥縫、軋制壓力和軋機(jī)縱向剛度模數(shù)之間的關(guān)系。 由于機(jī)座各零部件間的非線性接觸變形不穩(wěn)定，每次換輥之后都有變化，故彈跳曲線的非直線部分經(jīng)常是變化的。因此，在實(shí)際中很難應(yīng)用。為了消除這種影響，采用了人工零位的方法進(jìn)行軋制。在軋制前，先將軋輥預(yù)壓靠到一定的壓力，并將此時(shí)的軋輥輥縫指示器讀數(shù)設(shè)為零，稱為人工零位。圖2-3的彈跳曲線是預(yù)壓靠曲線。在零點(diǎn)處軋輥開始接觸，當(dāng)壓靠力為時(shí)，軋輥空載輥縫為，是一個(gè)負(fù)值。以此點(diǎn)作為人工零位，即將壓靠力

28、為時(shí)的軋輥輥縫指示器讀數(shù)設(shè)為零(即清零)。顯然，當(dāng)壓靠力等于零時(shí)，實(shí)際的空載輥縫為零，而輥縫指示器讀數(shù)則為。如果軋輥繼續(xù)上升，當(dāng)實(shí)際的空載輥縫為時(shí)，輥縫指示器讀數(shù)則為。曲線在此輥縫下的記做彈跳曲線，它與壓靠曲線是完全對(duì)成的。當(dāng)軋制壓力為時(shí)，機(jī)座彈性變形為，有載實(shí)際輥縫為?？紤]到軋輥液體摩擦軸承油膜厚度變化的影響，精確的彈跳方程可表示為： (2-4) 式中 ——人工零位后的空載輥縫指示值(m)； ——人工零位時(shí)的預(yù)壓靠力(N)； —— 液體摩擦軸承油膜厚度(m)； ——對(duì)應(yīng)于人工零位時(shí)的油膜厚度(m)。 圖2-3 人工零位時(shí)彈跳曲線 人工零位后空載輥縫指示值可表示為 (2-5)

29、 式中 ——預(yù)壓靠力或軋制壓力為時(shí)的機(jī)座彈性變形量。 軋輥液體摩擦軸承油膜厚度變化量與軋制力和工作輥轉(zhuǎn)速有關(guān)，可按式(2-6)計(jì)算 (2-6) 式中 ——工作輥轉(zhuǎn)速(r/min)； ——人工零位時(shí)的工作輥轉(zhuǎn)速(r/min)； k——常數(shù)，決定于軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)，由試驗(yàn)確定。 實(shí)際的空載輥縫或人工零位后空載輥縫指示值主要取決于壓下裝置的調(diào)整位置[15]。此外，還與以下因素有關(guān)： (1)支承輥偏心的影響，它是周期性變化的，其頻率與軋輥轉(zhuǎn)速成正比； (2)軋制過程中，軋輥和機(jī)座零件的溫度都有所升高，產(chǎn)生熱膨脹，對(duì)輥縫造成影響； (3)軋制過程中，軋輥不斷的磨損，使輥縫發(fā)生變化或

30、“飄移”； 2.2 軋件的塑性變形與塑性方程 軋制壓力及其影響因素 在軋制過程中，軋件在軋輥間承受軋制壓力的作用而產(chǎn)生彈性變形。與此同時(shí)，軋件也給軋輥以大小相等的反作用力。影響軋制壓力的主要因素包括： (1)相對(duì)壓下量 在其它條件一定的情況下，隨著相對(duì)壓下量的增加，軋制壓力增大。這是由于隨著相對(duì)壓下量的增加，不僅變形區(qū)長(zhǎng)度增加，而且單位軋制壓力也增加。 (2)軋件的塑性變形抗力 金屬的塑性變形抗力是指在一定變形溫度、變形速度和變形程度條件下，單向拉伸(或壓縮)的屈服極限(又稱真實(shí)應(yīng)力)，一般用表示。金屬的塑性變形抗力僅與材料的性質(zhì)、變形溫度、變形速度和變形程度有關(guān)，而與應(yīng)力狀態(tài)

31、的種類無(wú)關(guān)。 (3)張力 冷軋帶鋼時(shí)由于時(shí)在室溫下進(jìn)行，其變形抗力大、塑性差，所以冷軋帶鋼時(shí)的軋制壓力大，為保證帶鋼平直，減小軋制壓力，冷軋帶鋼都采用張力軋制。采用張力軋制使軋制壓力顯著降低，并且張力越大，軋制壓力越小。不論前張力或后張力均使軋制壓力減小，但后張力的作用效果更大。 (4)接觸表面摩擦系數(shù) 軋輥與軋件間接觸表面的摩擦系數(shù)對(duì)軋制壓力的影響也很大。摩擦系數(shù)越大，軋制壓力越大[16]。冷軋的摩擦系數(shù)主要與潤(rùn)滑劑的種類、軋輥表面粗糙度、軋制速度及溫度有關(guān)。一般而言，隨軋制速度的提高，摩擦系數(shù)降低。冷軋時(shí)，軋制溫度越高，摩擦系數(shù)越大。 軋件塑性變形曲線和塑性方程 軋制力的計(jì)算公

32、式為 (2-7) 式中 ——平均單位軋制壓力(N/m2)； ——變形區(qū)長(zhǎng)度(m)； ——軋輥半徑(m)； ——軋件軋制前厚度(m)。 在一定的軋件寬度和軋輥半徑條件下，軋制壓力實(shí)際上是軋件厚度、張力、摩擦系數(shù)和軋件變形抗力等因素的函數(shù)，因此可表示為 (2-8) 式中 ——前張力； ——后張力； ——摩擦系數(shù)； ——軋件不變形抗力。 上述的軋制壓力方程是關(guān)于軋后軋件厚度的非線性方程。當(dāng)把除以外的所有變量都視為常量時(shí)，軋制壓力與軋后軋件厚度的關(guān)系曲線稱為軋件的塑性變形曲線。如圖2-4所示，其關(guān)系式稱為軋件的塑性方程，可表示為 (2

33、-9) 軋件塑性變形曲線的斜率，稱為軋件的塑性剛度系數(shù)，可表示為 (2-10) 式中 ——軋件塑性剛度系數(shù) (N/m)。 軋件塑性變形曲線是非線性的，但在一般軋機(jī)使用的壓下量范圍內(nèi)基本是線性的，因此，軋件的塑性方程可近似的表示為 (2-11) 式中 ——壓下量(m)，； ——軋制壓力直線段延長(zhǎng)線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)離塑性曲線原點(diǎn)之間的距離(m)。 軋件塑性剛度系數(shù)反映了軋件的難易程度，它與一系列因素有關(guān)，在塑性曲線的近似直線段范圍內(nèi)，可表示為 (2-12) 式中 ——軋制壓力直線段延

34、長(zhǎng)線與橫坐標(biāo)軸的交角。 軋件的塑性變形曲線及軋件塑性剛度系數(shù)可以通過試驗(yàn)得到。在軋件軋前厚度、張力、摩擦系數(shù)及變形抗力等不變的條件下，改變軋機(jī)軋后厚度，可測(cè)得一系列相對(duì)應(yīng)的軋制壓力。根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)，即可繪制成軋件塑性變形曲線，進(jìn)而得到軋件塑性剛度系數(shù)。 圖2-4 軋件塑性變形曲線 2.3軋制彈塑曲線的應(yīng)用 帶材軋制過程既是軋機(jī)產(chǎn)生彈性變形的過程又是軋件產(chǎn)生塑性變形的過程。我們可以通過軋機(jī)的彈跳方程和軋件的塑性變形線來(lái)描述這兩個(gè)過程。兩曲線匯于同一坐標(biāo)系可以得出板材厚度隨著軋制力的變化過程。由此可見，板帶厚度控制實(shí)質(zhì)就是無(wú)論軋制條件如何變化，總要使兩曲線的交點(diǎn)在恒定的厚度值上，這樣就可以

35、得到高精度的板帶材。由此可加，P—H圖的運(yùn)用是板帶材厚度控制的基礎(chǔ)[18]。 P—H圖直觀地表示了機(jī)座彈性變形和軋件塑性變形的情況，利用它可以綜合研究變形區(qū)軋件與軋機(jī)間的相互作用力與變形的關(guān)系。 而在實(shí)際的軋制過程中，影響上述兩條曲線交點(diǎn)變化的因素（即影響板材厚度變化的因素）很多，主要來(lái)自軋機(jī)和軋件兩方面，軋機(jī)方面的因素有：加大輥縫的軋機(jī)工作機(jī)座的彈性變形，支撐輥的偏心導(dǎo)致軋輥旋轉(zhuǎn)一周輥縫產(chǎn)生的周期性變化，軋輥的熱膨脹和磨損而使輥縫發(fā)生變化，以及支撐輥動(dòng)壓軸承由于速度變化而引起的油膜厚度的變化等。軋件方面的因素有：胚料厚度的變化、變形抗力和材料張力變化等。 圖2-5 彈塑性曲線疊加的

36、P—H 現(xiàn)代軋制理論是采用彈性曲線和塑性曲線來(lái)研究軋制過程的，由軋機(jī)的彈跳方程可知，軋后軋件厚度主要取決于空載輥縫、軋制壓力、軋機(jī)的縱向剛度模數(shù)和軸承油膜厚度這四個(gè)因素，因此我們可以重點(diǎn)分析這四個(gè)因素。 (1)空載輥縫的變化。 軋輥的偏心、磨損和熱膨脹等都會(huì)使實(shí)際的空載輥縫發(fā)生變化，從而使軋件的軋后厚度產(chǎn)生波動(dòng)。如圖2-6所示，當(dāng)空載輥縫由變化到或時(shí)，彈跳曲線位置將A平移到或，軋件厚度由h變化到或。 (2)軋制壓力的波動(dòng)。 軋制壓力P的波動(dòng)是造成軋件厚度波動(dòng)的主要原因。所有影響軋制壓力的因素都會(huì)影響軋件塑性變形曲線的相對(duì)位置和斜率，即必將影響到板帶材的厚度精度，通過改變彈跳曲線和塑性

37、曲線的支點(diǎn)位置，而影響軋件的實(shí)際軋出厚度，如圖2-7所示。 當(dāng)來(lái)料厚度H增大時(shí)，塑性曲線B的起始位置右移，軋制壓力增大，使軋件厚度h增大；反之，軋件厚度就減小(圖2-7a)。所以，當(dāng)來(lái)料厚度不均時(shí)，軋出的軋件厚度就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的波動(dòng)。這種情況雖然通過厚度控制能夠得到改善，但最終難以完全消除。因此，要得到高精度的軋件軋后厚度，來(lái)料厚度必須要求在一定的公差范圍內(nèi)。 圖2-6 空載輥縫變化對(duì)軋件厚度的影響 當(dāng)張力增大時(shí)，軋制壓力減小，塑性曲線的斜率變小，軋件厚度變薄(圖2-7b)[17]。 當(dāng)軋件與軋輥間摩擦系數(shù)減小時(shí)，軋制壓力會(huì)降低，塑性曲線的斜率變小，軋件厚度變薄(圖2-7c)。軋制速

38、度對(duì)實(shí)際軋出厚度的影響，也主要是通過對(duì)摩擦系數(shù)的影響而起作用的。 當(dāng)變形抗力增大時(shí)，軋制壓力增大，塑性曲線斜率增大，軋件厚度變厚(圖2-7d)，所以，當(dāng)來(lái)料力學(xué)性能不均或軋制溫度、軋制速度發(fā)生變化時(shí)，由于造成軋件的變形抗力波動(dòng)，軋出的軋件厚度將會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的波動(dòng)。 (3)軋機(jī)縱向剛度模數(shù)的變化。 在軋制過程中，由于軋輥的磨損和熱膨脹沿輥身長(zhǎng)度方向分布不均，輥身間的接觸狀況將發(fā)生變化，造成輥系的彈性變形量波動(dòng)，即軋機(jī)的縱向剛度模數(shù)發(fā)生變化。另外，軋件變形抗力的波動(dòng)也會(huì)通過影響變形區(qū)工作輥彈性壓扁，而使軋機(jī)的縱向剛度模數(shù)發(fā)生變化。當(dāng)縱向剛度模數(shù)增加時(shí)，軋機(jī)的彈性變形量減小，實(shí)際的軋出厚度減小，

39、如圖2-8所示。可見，提高軋機(jī)的縱向剛度模數(shù)。 圖2-7 軋制力波動(dòng)對(duì)軋件厚度的影響 a.來(lái)料厚度變化 b.張力變化 c.摩擦系數(shù)變化 d.變形張力變化 (4)軸承油膜厚度的變化。 由彈跳方程可見，軋輥軸承油膜厚度變化對(duì)軋件厚度的影響機(jī)理，與空載輥縫變化對(duì)軋件厚度影響機(jī)理一樣，隨著軸承油膜厚度的增加軋件厚度變薄。 上述幾種因素都將使軋制時(shí)工作輥輥縫發(fā)生變化，從而使出口板厚出現(xiàn)縱向偏差。液壓AGC正是針對(duì)上述因素的影響，采取相應(yīng)的有效措施，控制或補(bǔ)償它們的影響，最終使出口板厚恒定。在實(shí)際軋制過程中，以上諸因素對(duì)軋件實(shí)際軋出厚度

40、的影響不是孤立的，往往是同時(shí)起作用。所以，在進(jìn)行厚度控制時(shí)，必須綜合考慮各因素的影響。 圖2-8 軋機(jī)縱向剛度模數(shù)變化對(duì)軋件厚度的影響 2.4 板厚控制的基本方式 常用的厚度控制方式有調(diào)整壓下、調(diào)整張力和調(diào)整軋制速度等。 圖2-9 調(diào)整壓下的厚控原理圖 a消除來(lái)料厚度變化的影響；b消除張力、摩擦系數(shù)和變形抗力的影響 (1)調(diào)整壓下 調(diào)整壓下是板帶材厚度控制最主要和最有效的方式。這種板厚控制的原理，常用來(lái)消除由于軋件和工藝方面的因素影響軋制壓力而造成的厚度偏差。圖2-9a為消除來(lái)料厚度變化影響的控制原理圖。當(dāng)來(lái)料厚度為時(shí)，彈跳曲線為A，塑性曲線為B，軋后軋件厚度為h。如果來(lái)料厚度

41、有一個(gè)增量，則塑性曲線由B移動(dòng)到，軋后軋件厚度就有一個(gè)增量。為了消除這一增量，就要調(diào)整壓下，使空載輥縫減小一個(gè)調(diào)整量，彈跳曲線由A變?yōu)?，與交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為h，軋件厚度不變。 圖2-9b消除張力、摩擦系數(shù)和變形抗力的影響。其基本原理與圖2-9a基本一致。 (2)調(diào)整張力 調(diào)整張力是通過調(diào)節(jié)前后張力改變軋件塑性以消除各種因素對(duì)軋出厚度的影響來(lái)實(shí)現(xiàn)板厚控制的。如當(dāng)來(lái)料厚度波動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的厚度偏差可以通過加大張力實(shí)現(xiàn)，不改變?cè)驾伩p，使軋出厚度不變。如來(lái)料厚度有一個(gè)增量，軋后軋件厚度就有一個(gè)增量。為了消除這一增量，通過加大張力，使得塑性曲線的斜率發(fā)生變化，由曲線變?yōu)榍€，從而消除厚度偏差，如圖2-10

42、所示。 這種方法在冷軋薄板帶時(shí)用的較多。調(diào)整張力控制板厚的方法，反應(yīng)迅速有效而且精確。由于調(diào)整張力控制板厚的調(diào)整范圍較小，一般不會(huì)單獨(dú)使用，通常采用調(diào)整壓下與調(diào)整張力相互配合的方法。 圖2-10 張力厚度控制的原理圖 (3)調(diào)整軋制速度 調(diào)整軋制速度的可以調(diào)整張力、摩擦系數(shù)、軋制溫度及軸承油膜厚度等因素變化的影響，達(dá)到厚度控制的目的。但是，由于軋制速度調(diào)整范圍較小，調(diào)整軋制速度控制板厚的方法只適于微調(diào)，而且調(diào)速通過摩擦系數(shù)引起軋制壓力變化，來(lái)改變塑性的過程反應(yīng)較慢[18]。 2.5 板帶軋機(jī)中的縱向厚差 影響縱向厚差的因素 坯料尺寸與性能的影響，當(dāng)其他條件不變時(shí)，軋件原始厚度變

43、化對(duì)軋件厚度的影響，如圖2-4所示，軋件原始厚度增加(或減小)，軋出的厚度也隨著增加(或減小)，產(chǎn)生厚度偏差。坯料厚度越不均勻，軋出厚度越不均勻。當(dāng)冷軋時(shí)頭尾通過軋輥要調(diào)整壓下，減小輥縫以減小厚度偏差。當(dāng)軋機(jī)剛度一定時(shí)，對(duì)厚而軟的軋件，使可控制厚度偏差調(diào)整比較容易，準(zhǔn)確控制厚度偏差相當(dāng)重要，否則超差在以后的道次中難以控制。軋制薄而硬的軋件，相應(yīng)的輥縫調(diào)整量很大，才能減小或消除厚度偏差。 軋制工藝條件的影響，前后張力、軋制速度及潤(rùn)滑等軋制工藝條件將影響軋制壓力大小，從而引起厚度偏差。張力是以影響變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)，改變塑性變形抗力而起作用的。若原始輥縫不變時(shí)張力增大，則軋出厚度減??；反之張力減小

44、，則軋出厚度增加，而且后張力比前張力影響大。生產(chǎn)中，為防止張力波動(dòng)出現(xiàn)厚度不均，應(yīng)保持恒張力軋制。軋制速度是通過影響摩擦系數(shù)、變形抗力及軸承油膜厚度來(lái)改變軋制壓力或輥縫大小從而影響軋出厚度的。通常隨軋制速度的升高，磨擦系數(shù)減小，變形抗力降低。但是，軋制速度升高，變形速度增加，同時(shí)變形抗力會(huì)增大。生產(chǎn)中，變速軋機(jī)上帶材頭尾段加減速軋制，或焊接帶卷過焊縫時(shí)減速等，使軋出厚度產(chǎn)生波動(dòng)，可用調(diào)整壓下的辦法減小這種影響。軋制速度升高，軸承吸油量增加，油壓增大，油膜變厚，輥縫減小，壓下量加大，軋出厚度變薄。 潤(rùn)滑條件的影響，主要表現(xiàn)在軋制時(shí)磨擦系數(shù)的變化對(duì)軋出厚度的影響。 軋機(jī)剛度的影響，軋機(jī)剛度對(duì)軋

45、出厚度的影響很大。一般來(lái)說，軋機(jī)剛度越大，在一定壓力作用下軋機(jī)彈跳量越小，軋出厚度偏差越小，產(chǎn)品尺寸精度高，但并不都是如此。 一種是與軋機(jī)外部條件有關(guān)的工藝參數(shù)變化(如：坯料厚度、軋制溫度、張力磨擦系數(shù)等)，引起軋制壓力波動(dòng)造成的厚度偏差，軋機(jī)剛度越大，軋出厚度偏差就越小。另一種是與軋機(jī)內(nèi)部條件有關(guān)的參數(shù)變化(如：軋輥偏心、軸承油膜厚度等)，引起原始輥縫變化所產(chǎn)生的厚度偏差。軋機(jī)剛度小的厚度偏差小，軋機(jī)剛度大的厚度偏差大。此外，軋制過程中的軋輥熱膨脹、軋輥磨損也會(huì)引起原始輥縫的變化，影響軋出厚度的偏差。 綜上所述，為了提高板帶材縱向厚度的精度，必須提高軋機(jī)的剛度和軋機(jī)的制造精度。當(dāng)軋機(jī)剛度

46、一定時(shí)，必須保證來(lái)料厚度與性能的均勻，保持軋制的張力與潤(rùn)滑條件穩(wěn)定。但實(shí)際生產(chǎn)情況很復(fù)雜，完全保證以上條件很困難，因此，在軋制過程中，必須隨著各種因素的變化，對(duì)板厚進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的控制。 縱向厚差方程 縱向厚差方程是建立厚度控制方式的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)。對(duì)彈跳方程式(2-4)兩邊取增量得 (2-13) 軋輥軸承油膜厚度是軋制壓力和工作輥轉(zhuǎn)速的函數(shù)，將其按泰勒數(shù)展開，忽略去高次項(xiàng)，可得油膜厚度增量方程 (2-14) 把式(2-14)代入式(2-13)，則

47、得縱向厚差方程 (2-15) 它包含軋制力的增量。 將軋制壓力方程式(2-8)按泰勒級(jí)數(shù)展開，忽略去高次項(xiàng)可得軋制壓力的增量方程 (2-16) 將上式寫成如下形式 (2-17) 式中 (2-18) W為軋件的塑性剛度系數(shù)活塑性曲線的斜率，是干擾量、、、和等引起的軋制壓力的變化量。 縱向厚差方程（2-15）包含有兩個(gè)未知數(shù)和，軋制壓力增量方程式（2-17）也有兩個(gè)未知數(shù)和，將這兩個(gè)方程式聯(lián)立起來(lái)

48、，解出和，可得另一種形式表示的縱向厚差方程和軋制壓力增量方程。 (2-19) (2-20) 式中 (2-21) 是綜合考慮油膜厚度變化影響的軋機(jī)縱向剛度模數(shù)。式(2-20)可以在考慮式(2-5)后推得。在這種情況下，剛度受壓力和轉(zhuǎn)速得影響較大。如果把單獨(dú)作為一項(xiàng)考慮，即不把寫成式(2-14)得展開式，則縱向厚差方程和軋制壓力增量方程為 (2-22)

49、 (2-23) 這樣，剛度就與油膜厚度無(wú)關(guān)了。當(dāng)軋機(jī)采用滾動(dòng)軸承時(shí)，上式中?？蛰d輥縫變化量可以表示為 (2-24) 式中 ——壓下位移增量(m)，即壓下螺絲相對(duì)螺母位移得增量，或壓下油缸柱塞相對(duì)缸體位移的增量，使輥縫變小為正，與的符號(hào)相反； ——上、下支承輥偏心量(m)，偏心載工作輥一側(cè)(使空載輥縫減小)時(shí)為正，反之為負(fù)； ——軋輥熱膨脹量(m)，熱脹(使輥縫變小)為正，反之為負(fù)； ——軋輥的磨損量(m)，即由軋輥磨損的空載輥縫變化量，恒為正。 把式(2-24)代入式(2-19)和式(2-22)，可得縱

50、向厚差方程的兩種表達(dá)形式 (2-25) (2-26) 縱向厚差影響系數(shù) 從縱向厚差方程式(2-26)可以清楚的看出各種因素變化對(duì)縱向厚差的影響，并可定量的進(jìn)行分析和計(jì)算。 在式(2-26)中，令，可得壓下位移增量對(duì)縱向厚差的影響系數(shù) (2-27) (2-28) (2-29) 將式(2-26)與式(2-18)聯(lián)立，并令和，可得

51、對(duì)的影響系數(shù)；同理可得、、、對(duì)的影響系數(shù) (2-30) (2-31) (2-32) (2-33) (2-34) 上述公式中軋

52、制壓力對(duì)各因素的偏導(dǎo)數(shù)、、、、、 可根據(jù)相應(yīng)的軋制壓力公式求得。 2.6 本章小結(jié) 本章內(nèi)容是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。在本章中，首先從軋制過程中軋機(jī)和軋件兩方面的本身的變化規(guī)律獲得了P—h圖，明確了保持板厚恒定原理，并分析了影響軋件輸出厚度的因素作用于軋件厚度的機(jī)理，進(jìn)而得到了板厚控制的基本方式。為建立各種厚度控制方式的數(shù)學(xué)模型奠定基礎(chǔ)而推導(dǎo)軋件軋后的縱向厚差方程，為深化對(duì)調(diào)壓下厚度控制原理的認(rèn)識(shí)而討論了軋機(jī)的等效縱向剛度模數(shù)。 第3章可逆液壓板厚控制方式 3.1可逆式冷軋機(jī) 可逆式軋制是指帶鋼在單機(jī)架軋機(jī)上往復(fù)進(jìn)行多道次的壓下變形，最終獲得成品厚度的軋制過程?？赡媸杰垯C(jī)的設(shè)備組成

53、比較簡(jiǎn)單，是由鋼卷運(yùn)送及開卷設(shè)備、軋機(jī)、前后卷曲機(jī)和卸卷機(jī)及輸出裝置所組成，有的軋機(jī)根據(jù)工藝需求在軋制前或軋制后要增設(shè)重卷卷曲機(jī)，如圖3-1所示。 可逆式冷軋作為現(xiàn)代冷軋帶鋼生產(chǎn)的重要組成部分，具有自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： (1)可逆式軋制工藝靈活多變、適應(yīng)性強(qiáng)。可逆式軋制可根據(jù)軋制帶鋼的材質(zhì)、規(guī)格和生產(chǎn)工藝條件選用不同的軋制道次，每道次的工藝參數(shù)（壓下量、張力、速度等）也可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，這就使軋機(jī)能在較大的范圍內(nèi)適應(yīng)帶鋼材質(zhì)、規(guī)格和卷重的變化，且通過工藝調(diào)節(jié)能靈活地應(yīng)付各種變換。因此，可逆式軋機(jī)可以生產(chǎn)較多的品種和規(guī)格，很適合多品種、多規(guī)格和中小批量的帶鋼生產(chǎn)。 (2)可逆式軋制速度

54、較低、規(guī)模較小。軋制時(shí)帶鋼在每道次都要重復(fù)地加速、過焊縫、減速、停車和換向，限制了軋制速度的提高，而速度過高也會(huì)引起變速段帶鋼厚度超差加長(zhǎng)，因此軋制速度較低，一般在5～20m/s之間，使生產(chǎn)批量和規(guī)模都較小，適合于規(guī)模較小的企業(yè)。 (3)可逆軋機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)單、占地面積小，因而投資費(fèi)用低，建設(shè)和收效都快。 3.2 板厚控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為板帶軋機(jī)采用以計(jì)算機(jī)為核心的控制手段提供了條件，可以說，沒有計(jì)算機(jī)參與控制，就不可能有現(xiàn)代化的軋機(jī)。 實(shí)際應(yīng)用中，計(jì)算機(jī)控制是作為一個(gè)系統(tǒng)與生產(chǎn)過程結(jié)合在一起的，一般要求這種系統(tǒng)同時(shí)起到多種控制作用。按計(jì)算機(jī)在控制中的方式可以分為：數(shù)據(jù)收

55、集系統(tǒng)、操作指導(dǎo)系統(tǒng)、多級(jí)計(jì)算機(jī)分布控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)參與板厚控制的系統(tǒng)是直接數(shù)字控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)用于板厚控制系統(tǒng)的組成如圖3-1。由圖可見，系統(tǒng)分為四個(gè)功能模塊： 圖3-1 板厚控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成 (1)接線排 現(xiàn)場(chǎng)采集的信號(hào)首先進(jìn)入接線排。主要包括：光電編碼器傳來(lái)的反映軋制速度的脈沖信號(hào)，從測(cè)厚儀傳來(lái)的厚度設(shè)定值和厚度偏差值，位移傳感器二次儀表輸出的液壓缸位移值，壓力傳感器測(cè)量的軋制壓力值，操作臺(tái)上各按鈕開關(guān)的狀態(tài)信號(hào)等。這些信號(hào)要進(jìn)入過接板進(jìn)行處理?？刂葡到y(tǒng)的輸出信號(hào)經(jīng)過接線排傳送到伺服閥，驅(qū)動(dòng)伺服閥控制液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)。 (2)過接板 過接板是下位機(jī)和軋機(jī)系統(tǒng)的

56、接口。它集成了控制系統(tǒng)所需的所有板卡接口、傳感器信號(hào)處理電路和功放電路。 (3)下位機(jī) 下位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)各種控制和補(bǔ)償，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。進(jìn)入下位機(jī)的信號(hào)首先要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后下位機(jī)讀取信號(hào)并進(jìn)行控制。通過數(shù)據(jù)傳輸，它把反映系統(tǒng)運(yùn)行情況的各量傳給上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行顯示。 (4)上位機(jī) 上位機(jī)主要用于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視、原始數(shù)據(jù)的輸入以及軋制規(guī)程的計(jì)算等，是人機(jī)聯(lián)系的窗口。狀態(tài)監(jiān)視主要包括：缸位移設(shè)定和實(shí)測(cè)值、軋件出口厚度、軋制速度以及報(bào)警、軋制方向、閉環(huán)方式等；輸入數(shù)據(jù)包括：鋼卷號(hào)、材質(zhì)、帶材寬度、入口厚度、成品規(guī)格等。 (5)操作臺(tái) 用于現(xiàn)場(chǎng)操作

57、人員對(duì)系統(tǒng)全部的功能進(jìn)行控制。 3.3 板厚控制的基本方式 板帶材的厚度自動(dòng)控制基本原理是通過測(cè)厚儀、位移傳感器和壓力傳感器等對(duì)軋件實(shí)際軋出厚度連續(xù)地進(jìn)行測(cè)量，然后將實(shí)測(cè)厚度與目標(biāo)厚度值相比較，得出偏差信號(hào)，經(jīng)放大后輸出一個(gè)控制量去調(diào)整壓下、張力、軋制速度，把厚度控制在允許的偏差范圍內(nèi)。 一個(gè)完整AGC系統(tǒng)由若干厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，其中最主要的是壓下位置閉環(huán)系統(tǒng)，軋制壓力變化補(bǔ)償系統(tǒng)，測(cè)厚儀監(jiān)控系統(tǒng)，前饋控制系統(tǒng)和張力控制系統(tǒng)等，油膜厚度變化補(bǔ)償系統(tǒng)、軋輥偏心補(bǔ)償和加減速過程的厚度補(bǔ)償也成為提高厚度精度的有效輔助控制方式。隨著厚度控制技術(shù)的進(jìn)步，近來(lái)又發(fā)展了輥縫閉環(huán)控制、秒流量控制及速

58、度張力優(yōu)化等更高級(jí)、更先進(jìn)的厚度控制方式，使厚度控制的精度得到了進(jìn)一步的提高。本論文著重對(duì)最重要、最基本的壓下位置閉環(huán)系統(tǒng)、壓力閉環(huán)系統(tǒng)、軋制壓力變化補(bǔ)償系統(tǒng)、測(cè)厚儀監(jiān)控系統(tǒng)做了分析。 位置閉環(huán) 位置閉環(huán)又稱APC(Automatic Position Control)系統(tǒng)。它的作用就是準(zhǔn)確的控制壓下位移，達(dá)到設(shè)定和控制空載輥縫的目的。它是整個(gè)厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。為了軋出給定厚度的軋件，首先必須在軋件進(jìn)入輥縫前正確的設(shè)定空載輥縫。其次，在軋制過程中，為了使軋后的軋件厚度均勻一致，還必須隨著軋制條件的變化及時(shí)的調(diào)整空載輥縫的大小。這些都是通過正確的設(shè)定和控制壓下位移(位置)來(lái)完成的。

59、 下面闡述壓下位置閉環(huán)的調(diào)節(jié)過程。如圖3-2所示的液壓上推位置閉環(huán)系統(tǒng)，其柱塞或活塞相對(duì)缸體的位移通過位移傳感器檢測(cè)出來(lái)。為消除柱塞或活塞相對(duì)缸體擺動(dòng)的誤差，通常在缸體兩側(cè)對(duì)稱位置上安裝兩個(gè)位移傳感器，取其平均值作為實(shí)測(cè)位移值，或在油缸中心位置安裝一個(gè)位移傳感器。位移傳感器檢測(cè)出來(lái)的電壓信號(hào)，負(fù)反饋到信號(hào)輸入端，與給定的電壓信號(hào)相比較，如有誤差，則通過放大器放大并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)送給電液伺服閥。伺服閥獲得電流信號(hào)后，轉(zhuǎn)換成液壓油的流量送給壓下油缸，再由油缸變?yōu)橹灰?，一直到的反饋?實(shí)測(cè)值)與給定值相等為止。如3-2中的壓下位移調(diào)節(jié)量是整個(gè)厚度控制系統(tǒng)中其它控制環(huán)的反饋量。當(dāng)沒有此反饋量時(shí)，壓

60、下位置閉環(huán)實(shí)現(xiàn)空載輥縫的給定；當(dāng)有此反饋量時(shí)，壓下位置閉環(huán)實(shí)現(xiàn)軋制過程中的空載輥縫的控制。 圖3-2 位置閉環(huán)原理圖 由于空載輥縫不僅受壓下位移的影響，而且還受輥縫的磨損、熱膨脹及偏心的影響，所以測(cè)量壓下位移還不能準(zhǔn)確反映空載輥縫的實(shí)際大小。這是上述壓下位置閉環(huán)的不足之處。 壓力閉環(huán) 壓力閉環(huán)是除了位置閉環(huán)以外的板厚控制系統(tǒng)的另一個(gè)基本控制閉環(huán)。當(dāng)軋制壓力在允許范圍內(nèi)變化時(shí)，系統(tǒng)通常采用位置閉環(huán)控制方式。當(dāng)軋制壓力超過允許范圍時(shí)，系統(tǒng)為了防止液壓缸過載，將切換到壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，以犧牲輥縫控制為代價(jià)，確保液壓缸在軋制過程中不過壓。 軋制壓力的波動(dòng)將造成軋件出口厚度的波動(dòng)，軋制力閉環(huán)

61、控制通過連續(xù)地測(cè)量軋制過程中的軋制壓力波動(dòng)，經(jīng)調(diào)節(jié)器運(yùn)算和功率放大后轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，控制電液伺服閥，改變液壓缸流量，使液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)，保持軋制過程中軋制壓力恒定。圖3-3為壓力閉環(huán)的原理圖。 圖3-3 壓力閉環(huán)原理圖 軋制力閉環(huán)控制可用于標(biāo)定和壓力保護(hù)。標(biāo)定亦稱為壓靠，是將兩輥壓靠到設(shè)定壓力時(shí)的輥縫值作為相對(duì)零點(diǎn)，即人工零位。預(yù)壓靠時(shí)的預(yù)壓力在已測(cè)出的軋機(jī)彈性曲線上選定，大于彈性曲線上非線性段的軋制力即可。軋制鋼板時(shí)的軋制力必須大于預(yù)壓力。在壓靠過程中還可以通過調(diào)整軋輥傾斜度，使得操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)壓力相等，完成全輥面壓靠。 測(cè)厚儀監(jiān)控 上述的壓下位置閉環(huán)控制和軋制壓力變化補(bǔ)償，都不能消

62、除軋輥磨損、熱膨脹對(duì)空載輥縫的影響以及位移傳感器與測(cè)壓儀元件本身的誤差對(duì)軋出厚度的影響。為了消除上述因素的影響，載軋機(jī)出口側(cè)直接用測(cè)厚儀測(cè)出厚度偏差，然后反饋調(diào)整壓下裝置，改變空載輥縫，消除厚度偏差。這種控制方式叫做測(cè)厚儀監(jiān)控（監(jiān)控AGC）或反饋式厚控系統(tǒng)。 根據(jù)式（2-27）可得厚差與壓下位置調(diào)節(jié)量之間的傳遞系數(shù) （3-1） 式（3-2）與式（2-27）差一個(gè)負(fù)號(hào)的原因是式（2-27）中的是所造成的厚度波動(dòng)變動(dòng)量，而式（3-2）中的是要消除的厚度差。要使減小，應(yīng)該增大。 從式（3-2）可知，為了消

63、除厚差，必須將壓下裝置（或空載輥縫）移動(dòng)的距離，即要移動(dòng)比厚差大的距離。 由于空載輥縫改變量，所以式（2-27）還可改寫為 (3-2) 式中，表示壓下率系數(shù)。從上式可見，當(dāng)空載輥縫改變時(shí)，它所引起的軋件實(shí)際軋出厚度的變化量要小于。這說明，壓下位置的改變量沒有完全反映到軋出厚度的變化上，而其中的一部分表現(xiàn)為軋機(jī)的彈性形變。當(dāng)軋件變形抗力較大而軋件厚度很薄時(shí)，由于軋件塑性剛度系數(shù)很大，則壓下效率很低，即壓下位移雖然改變很少，但實(shí)際軋出厚度并未有多少變化。 圖3-3測(cè)厚儀監(jiān)控系統(tǒng)原理圖。當(dāng)軋件從軋機(jī)中軋出后，用測(cè)厚儀

64、測(cè)出其厚度偏差。將厚差乘以傳遞系數(shù)轉(zhuǎn)換成壓下位移的調(diào)節(jié)量，由壓下控制系統(tǒng)去調(diào)整壓下裝置。壓下位移調(diào)節(jié)量的精確實(shí)現(xiàn)仍由位置閉環(huán)保證。 圖3-4 測(cè)厚儀監(jiān)控原理圖 考慮到軋機(jī)結(jié)構(gòu)的限制，測(cè)厚儀的維護(hù)以及為防止斷帶損害測(cè)厚儀所采用的保護(hù)措施等因素，測(cè)厚儀一般安裝在離輥縫距離較遠(yuǎn)的地方，通常L=150-1750mm。因此，厚度測(cè)量點(diǎn)與軋制點(diǎn)不在不在同一處，滯后時(shí)間為： （3-3） 式中 ——測(cè)量滯后時(shí)間； ——軋輥中心線到測(cè)厚儀的距離； v——軋制速度。 由于有時(shí)間滯后，所以采用比例控制很

65、難保證控制系統(tǒng)的精度。而要保證穩(wěn)定精度，則需要降低放大倍數(shù)，這將影響靜態(tài)精度。 通常，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，測(cè)厚儀監(jiān)控系統(tǒng)是斷續(xù)采樣的，有的還設(shè)置死區(qū)，以避免系統(tǒng)頻繁動(dòng)作。采樣周期根據(jù)滯后時(shí)間和系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)確定，使調(diào)整點(diǎn)走到測(cè)厚儀時(shí)再進(jìn)行下一次采樣。這樣周期性的采樣調(diào)節(jié)能有效地控制系統(tǒng)超調(diào)，提高厚度控制的精度。 也可以采用預(yù)控原理來(lái)調(diào)節(jié)。單機(jī)架可逆軋機(jī)則設(shè)置在第一道次前，用測(cè)厚儀測(cè)出入口的來(lái)料厚度當(dāng)它與給定值相比有偏差時(shí)，可預(yù)先估算出將產(chǎn)生的出口帶鋼厚度偏差值，由此可預(yù)先確定應(yīng)有的壓下油缸位移值，進(jìn)而消除。但要考慮檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)入輥縫的時(shí)間和壓下油缸的動(dòng)作時(shí)間來(lái)進(jìn)行控制，使處于控制點(diǎn)的帶鋼即為此檢

66、測(cè)點(diǎn)的帶鋼。 軋制壓力變化補(bǔ)償 僅有壓下位置閉環(huán)只能實(shí)現(xiàn)空載輥縫的設(shè)定，軋出壓下規(guī)程所規(guī)定的厚度，而不能消除軋制過程中的厚度波動(dòng)。當(dāng)實(shí)際的軋制條件偏離壓下規(guī)程所依據(jù)的軋制條件時(shí)，由于軋制壓力的波動(dòng)將造成軋件軋后厚度的波動(dòng)。軋制壓力變化補(bǔ)償通過連續(xù)的測(cè)量軋制過程的軋制壓力波動(dòng)，計(jì)算出由此造成的厚差，然后根據(jù)一定的控制方案去調(diào)整壓下位置以消除此厚差。 圖3-5所示為軋制壓力變化補(bǔ)償原理圖。軋制壓力與設(shè)定值相比較，得到軋制壓力的波動(dòng)信號(hào)，把除以軋機(jī)剛度模數(shù)，再乘以補(bǔ)償系數(shù)，得到壓下位移的調(diào)節(jié)量，把此壓下位移調(diào)節(jié)量反饋到壓下位移信號(hào)的輸入端，去補(bǔ)償?shù)慕o定值，最后通過壓下位置閉環(huán)實(shí)現(xiàn)空載輥縫的調(diào)整，控制縱向厚差。此時(shí)，壓下位置閉環(huán)保證壓下位置調(diào)整量的實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)補(bǔ)償系數(shù)的取值不同，可以實(shí)現(xiàn)等厚軋制到等壓軋制范圍內(nèi)不同的控制方案，有效的改變軋機(jī)的等效縱向剛度模數(shù)。軋制壓力的設(shè)定值是采用軋件頭部咬入時(shí)所測(cè)得的軋制壓力數(shù)值，把它存入鎖住存貯器中作為基準(zhǔn)值(或稱鎖住值)。然后，軋制壓力變化補(bǔ)償?shù)哪芰褪且攒埣^部為基準(zhǔn)，保證沿整個(gè)帶卷長(zhǎng)度上厚度是均勻的。而如何保證帶卷頭部的軋出厚度