热轧带钢板形自动检测及闭环控制技术的应用

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1、热轧带钢板形自动检测及闭环控制技术的应用摘要:本文介绍了板形检测仪表凸度仪和平直度仪的工作原理、及其与PLC相结合实现在热连轧中的在线检测,为板形闭环控制提供精确、稳定的数据,通过板形闭环控制,提高了板形质量。文章对于轧钢板形控制有着良好的借鉴价值。　　关键词:工作原理板形控制闭环控制　　:TP29:A:1007-9416(2011)04-0030-02　　　　1、概述　　带钢的板形精度包括横截面几何精度(凸度)和纵向平坦度,板形是热轧带钢的重要质量指标,现代化的热连轧机大多配备板形闭环控制系统。莱钢1500mm热轧带钢采用由IRM和IMS公司提供的板形自动检测

2、装置,实现了带钢凸度和平直度的实时检测,并自主开发了基于数字PID控制器的板形反馈控制模型,提高了带钢全长的板形质量。　　　　2、仪表工作原理　　2.1凸度仪工作原理　　IMS公司的凸度仪是连续无接触式凸度测量装置,使用X射线和激光修正技术测得带钢中心线厚度和带钢轮廓数据。其基本原理如图1,在摇摆C型架内上臂装有两套X射线发射装置,C型架内下臂有58组俚电室用于检测X射线能量,通过检测到的射线能量确定被带钢吸收掉的部分,从而确定出带钢的厚度。通过58组测量通道可得到58组水平方向的厚度数据,比较不同位置的厚度可得到带钢的凸度和楔形度,如下式:　　;　　式中,C为

3、带钢凸度;为带钢中心线厚度;为带钢操作侧边缘厚度;为带钢传动侧边缘厚度。　　2.2平直度仪工作原理　　比利时IRM公司开发的平坦度仪,其基本原理如图2,投影机倾斜投射一组光线到带钢表面,在被测带钢表面形成一组漫反射光斑组,覆盖整个带钢宽度区域,由CCD阵列摄像机连续摄取带钢被照亮区域的漫反射图像,经过数字图像处理系统提取斑纹位置信息,即可在线计算带钢沿宽度方向不同位置的伸长率。比较不同位置的伸长率可得到带钢的平坦度和不对称度,如下式:　　;　　式中,ε为平坦度,与二次浪形控制有关,反映带钢对称平坦度缺陷;γ为不对称度,与一次浪形控制有关,反映不对称平坦度缺陷;δ

4、c为带钢中部纤维伸长率;δD为带钢传动侧纤维伸长率;δm热连轧生产线的精轧机组为四辊六机架连轧机组,每个机架都具有正弯辊和窜辊功能。弯辊控制是该系统中最有效的动态板形调控手段。　　凸度和平坦度是板形质量的主要参数,凸度闭环控制和平坦度闭环控制分别保证带钢全长的凸度和平坦度达到设定的目标值。带钢凸度既是板形控制的直接目标,同时又是平坦度控制的决定因素[1]。根据精轧机组的实际情况,采用的凸度与平坦度解耦控制。基本策略是:在精轧机组上游机架F1和F2对带钢进行凸度控制,在下游机架F5和F6对带钢进行平坦度控制,在中间机架F3和F4同时进行凸度控制和平坦度控制。　　3

5、.2凸度反馈闭环控制　　根据凸度仪检测带钢实际凸度值,与目标凸度值进行比较,得出凸度反馈控制偏差,依次通过调整精轧机组上游机架的弯辊力,以消除凸度偏差。反之,降低上游机架的弯辊力。根据上游机架主要控制带钢凸度、下游机架控制平坦度的方法,在精轧机组的F2～F6都实行凸度反馈控制,其中F2～F4的凸度反馈控制主要是将带钢凸度调节到目标比例凸度,而F5和F6凸度反馈控制主要是在等比例凸度相等的原则下,使带钢在凸度反馈控制时保证平坦度不受影响[2]。凸度反馈闭环控制采用典型的PI控制,控制模型为:　　　　式中,ΔF(k)为第k控制周期第i机架的凸度反馈调整的弯辊力;k为

6、凸度反馈控制模型调整系数;K为第i机架的凸度反馈比例系数;ei(k)为带钢凸度偏差;k为第i机架的凸度反馈积分系数;K为弯辊力对凸度的影响系数。　　3.3平坦度反馈闭环控制　　控制中主要是对F6进行反馈控制,而当F6的调控能力达到设备极限但还不能消除平坦度缺陷时,F5也投入平坦度的反馈控制。当轧制过程中有空过机架时,参与轧制的最后两个机架实行平坦度反馈控制。　　当平坦度目标值为零时,表示精轧出口带钢完全平坦;平坦度目标值为正时,表示中浪轧制;平坦度目标值为负时,表示边浪轧制。当平坦度实测值大于平坦度目标值时,表示中间浪大,应降低下游机架的弯辊力;反之,则存在边浪

7、,应增加相应机架的弯辊力。平坦度反馈闭环控制采用的是基于数字PID控制器的算法。实践证明该算法可快速消除平坦度偏差。　　　　4、结论　　凸度仪和平直度仪运行稳定,故障率低,板形闭环控制投入运行以来带钢全长板形质量精度提高,创造了很大效益。