气刀讲义ppt课件

DAK气刀
W:锌层厚度；
V：生产线速度（作为扰动）
h:气刀距带钢的水平距离；g:刀唇唇缝
在上述四个参数中，在镀锌一环节无法改 变线速度，因此认为是一种扰动。
所以主要控制的有三个量，对应三个设备 ： 气刀供气系统控制喷气压力P； 气刀定位控制气刀的水平距离h； 气刀的刀唇唇形控制唇缝g。
辅助设备有：挡板，刀唇清洗，锌锅辊等
DAK设备控制篇
DAK设备控制-气刀压力控制
PID控制
PID（比例-积分-微分）控制是最早发展起 来的控制策略之一，由于其算法简单，鲁 棒性好及可靠性高，被广泛应用于各种控 制中。
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PID控制
系统由控制器和被控对象组成。PID 控制器是 一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输 出值y(t)构成控制偏差：
e(t) = r(t) − y(t)
并将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D ）运算通过线性组合成控制量u（t），对被 控对象进行控制称为PID 控制器。其控制规律
为u ( t ：) K p e ( t ) K io t e () d K d d e d ( t t ) K p e ( t ) T 1 io t e () d T d d e d ( t t )
为了修正测厚仪，在焊缝到达前，DAK 发给测厚仪预 设定数据，顺序如下： （1） 只要DAK 发送给测厚仪“预设定”信息，测厚仪 就认为DAK发送的是下一钢卷的预设定信息； （2） 当测厚仪接收到完整的预设定信息时则反馈给 DAK 一个“预设定确认”信息； （3） 当焊缝到达测厚仪前40m 时，DAK 发送给测厚 仪“焊缝在测厚仪前40m”信息； （4） 当焊缝到达测厚仪后时，DAK 发出焊缝到达测 厚仪后的信号。在此点，应用新预设定值。
1ttpidpdooidetdetutketkedkketedtdttdt??????????????????kp为比例控制增益ki为积分控制增益kd为微分控制增益ti为积分时间常数td为微分时间常数pid控制?pid控制器的时域表达式?pid控制器通过对误差信号et的加权计算得到控制信号ut驱动受控对象使得误差et按减少的方向变化从而达到控制要求?当titd0时称为比例p控制器
镀锌工艺
GI 镀锌板是普通镀锌板，没有经过锌层扩 散退火处理，涂层结果为钢基加合金层加 纯锌层，这种镀锌板用于家电行业。
纯锌层 锌铁合金层 钢基
为了防止锌层脱落， 所以要求尽可能薄
镀锌工艺
GA 镀锌板是合金化镀锌板，指的是在热浸 镀锌后，再对锌层进行扩散退火。经过锌 层退火后，基板中的铁扩散到锌层，涂层 完全成为Zn-Fe 合金层，用于汽车行业。
镀锌工艺及其控制
DAK介绍
近十余年，汽车和家电行业不断的发展，对汽车和家电用表面处理 钢板的要求越来越高，其中首要解决的问题就是钢板的耐腐蚀性和防锈 能力。因此许多钢厂都建有连续热镀锌生产线。
气刀是连续热镀锌生产线的关键设备
本钢浦项冷轧薄板厂连续热镀锌机组采用的气刀是法国CLECIM 公 司DAK 气刀。共有DAK B型与DAK E型两种，B型刀唇不可在线调整，必 须停机人工调整；E型刀唇可以在线调整，无需停机，每次刀唇过焊缝时 调整。本讲主要以DAK E型为例。 本钢浦项连续热镀锌生产线主要生产两个镀锌板：GI普通镀锌板与GA车 用镀锌板。
DAK的压力控制中PID参数采用的是工程整定 的方法得到的。
刀唇形状控制
刀唇的唇形是通过沿带钢宽度方向 14 台电 机调整不同的唇缝值得到，刀唇唇形主要 是影响带钢表面锌层的均匀性。
（1）U型刀唇
气刀刀唇形状
带钢表面锌层
刀唇形状控制
（2）平行型
气刀刀唇形状
平行刀唇直接吹扫后的锌层
与挡板协调之后平行刀唇吹扫后的锌层
ATTENTION：气刀能够跟踪带钢的变化，即使 带钢不在中心线或者发生一定量的扭曲，气刀能 够自身移动保证镀锌质量。
ATTENTION：气刀水平运动与锌层厚度有关； 气刀的水平运动与防止带钢抖动有关。（随后会 讲）
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DAK气刀组成之供气设备
用于GI板
用于GA板
此处有两个压力检测： 气刀气室的压力计检测出喷气压力，作为反馈值实现压力闭环控制。 另外在气体输送管道上也安装有压力传感器。用于管道是否堵塞。 15
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设备回顾
镀锌部分的主要设备由左图呈现；
右侧图表现了锌层在带钢表面变化的情况。
前文已经提过，与之有关的有三个可控量：
（1）气刀气压；
（2）气刀唇缝开口大小；
（3）气刀与带钢水平距离。
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DAK气刀的主要控制目标是：锌层厚度为给定 参考值。
下面将给出锌层控制的完整框图。
预设定
是一种预先设定的值。主要用于在反馈信号未 检出前，实现给执行器一个量，以加快调节速度， 对于DAK用于控制刀唇缝隙，气刀压力，与气刀的 水平距离。 由于控制系统在进行控制调节时，如果目标值 和检测值之间的偏差量比较大，那么控制调节时间 比较长，同时控制精度也受到影响。采用预设定控 制后，得到的锌层厚度值已经和目标值比较接近， 此时偏差量也比较小，在这种情况下，测厚仪投入 使用进行闭环反馈控制，那么，输出在非常少的时 间内就能迅速到达被控目标值，并且精度大大得到 提高。当新钢卷到来时，即可由操作员从HMI 上手 动输入预设定值或由模型自动计算出
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Time (sec)
37
PID工程实现
PID主要有两种算法： （1）位置式 （2）增量式
因为计算机控制是一种采样控制，式中的积 分和微分项不能直接使用，需要对其进行离 散化处理。现以一系列的采样时刻点kT 代表 连续时间t ，以和式代替积分，以增量代替微 分，则可工作如下近似变换:
0.6
0.7
Time (sec)
36
比例系数Kp对控制性能的影响
随着微分时间常数Td的增加，闭环系统响应的响应速度加快， 调节时间减小微分环节的主要作用是提高系统的响应速度
Step Response 100
90
80
70
60
Amplitude
50
40
30
20
Td=0.005
Td=0.01
10
Td=0.015
锌铁合金层 钢基
为了满足汽车行业的要 求，GA板没有纯锌层。
4
DAK设备篇
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气刀
“吹气法热镀锌”：
采用一对横贯整个带钢宽 度的缝形喷嘴，喷出连续的 象刀一样的扁平气流，把带 钢表面多余的锌液吹刮掉， 在带钢表面留下均匀、适量 的锌层，并让多余的锌液流 回锌锅，这种装置称之为“气 刀”。
DAK气刀刀唇
。
11
气刀整体示意简图
用于检测锌层厚度，反馈环节， 有大滞后特性。
由定位器 负责控制
锌锅内有多种辊，以控制张 力与板型，保证镀锌质量。
提供两种气体， 满足不同需要
DAK气刀组成之定位台
DAK气刀组成之定位台
功能一：支撑气刀，保证气刀定位准确。 功能二：控制气刀水平与垂直运动。 功能三：支持本地与远程控制。
防止带钢在浸没辊面发生轴向滑动）
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锌锅浸没辊
对于浸没辊需要注意的问题二是：
更换清洗浸没辊的顺序
（1）先取下气刀； （2）取下校正辊； （3）取下沉没辊； （4）上述相反的顺序安装。
ATTENTION:更换的辊在放入锅内要进行预 加热到460℃。
测厚仪
测厚仪作为锌层厚度检测的重要装置，我们 有必要了解其工作原理。检测锌层厚度的测 厚仪分为冷态测厚仪以及热态测厚仪。 ➢冷态测厚仪安装在热镀锌线中间活套入口处 ，此时带钢已通过冷却塔，表面锌液已充分 冷却凝固，锌层测量精度比较高。但是安装 于气刀100~200米后，严重滞后。 ➢热态测厚仪安装在靠近气刀处。热态测厚仪 的优点在于，响应时间快，使气刀在很短的 时间内就能够获得锌层检测值。但是价格高 昂。
气刀的刀唇是影响锌层厚 度的一个重要因素
是实际应用中，要防止刀 唇结瘤（所以涂有碳化钨 ）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
DAK 系统还配有自动清洗
刀唇的锌瘤。中，刀架的
尾端各有一个清洗电机，
在上下刀唇之间存在清洗
铜块，清洗电机的运动带
动缆线，从而带动清洗铜
块的在刀唇两侧来回运动
。（见右图）
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DAK气刀刀唇
W=f(V,p,h,e) W:锌层厚度； V：生产线速度（作为扰动） h:气刀距带钢的水平距离；g:刀唇唇缝。
积分控制的主要作用是改善系统的稳态性能，消除系统的稳态误差。当 系统存在控制误差时，积分控制就进行，直至无差，积分调节停止，积 分控制输出一常值
Step Response 140
Ti=0.03
Ti=0.05
120
Ti=0.07
100
80
Amplitude
60
40
20
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Kp为比例控制增益、Ki为积分控制增益，Kd为微分控 制增益，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数
PID控制
PID控制器的时域表达式
PID控制器通过对误差信号e(t)的加权计算，得 到控制信号u(t)，驱动受控对象，使得误差e(t)按 减少的方向变化，从而达到控制要求
当Ti →∞， Td =0时，称为比例(P)控制器； 当Td =0时，称为比例积分(PI)控制器； 当Ti →∞时，称为比例微分(PD)控制器； 当Ti ≠∞，Td ≠0时，称为比例积分微分(PID)控制器
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测 厚 仪 检 测 模 式
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测厚仪检测模式
CGL1 生产两种类型的钢板，对于测厚仪而 言，生产GA 合金化镀锌板和GI 普通镀锌板， 采取的检测方式不同，因此测厚仪也需要 获得带钢的一些原始数据。测厚仪获得的 PDI 数据并不直接来自于线设定PLC，而是 通过和DAK 的通讯获得。
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测厚仪检测模式
本镀锌线采用冷态测厚仪
测厚仪原理
通过测量X射线的荧光强度，来测量锌层厚度。
测厚仪结构
（X射线管结构）
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测厚仪结构
（测厚仪检测头）
CGL1 上使用的是美国Thermo（热电）公司的X 射线测
厚仪。X 射线测厚仪主要由高压电源、X 射线管、电离
室以及测厚仪控制器等组成。
检测头内部包括一个X 射线管，2 个电离室。
如果带钢宽度较大，或者生产线速度较快， 可能会度挡板的自动工作参数进行一定的 调整。
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锌锅浸没辊（也称沉没辊）
轧制线辊保持带钢在正 确的位置，它保证了带 钢垂直进入气刀。
从动辊，校正带钢的 翘曲，需要定期清洗
从动辊，用于改变带钢 方向，需要定期清理
锌锅浸没辊
轧制辊 校正辊
极限开关的作用： 限制超行程； 以及运动标定，消除误差。
DAK气刀组成之挡板
挡板有两个主要作用： 一、用于降低噪音 二、用于改善气刀对带钢的边部的气流
采用平行唇形吹扫后带钢表面锌层
采用平行唇形加挡板吹扫后带钢表面锌层
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DAK气刀组成之挡板
带钢
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DAK气刀组成之挡板
正常自动工作下挡板的自动打开顺序如下： （1）焊缝在气刀前30m，挡板自动打开； （2）焊缝在气刀后10m，挡板自动关闭。 *若出现控制器与挡板的通讯故障，挡板则 自动打开。
随着比例系数Kp的增加，超调量增大，系统响应速度加 快，同时会稳态误差减小，但不能消除稳态误差。
Step Response
140
Kp=1
Kp=2
120
Kp=3
Kp=4
100
Kp=5
80
Amplitude
60
40
20
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Time (sec)
比例系数Kp对控制性能的影响:
u ( t ) K随 pK ,之Tp e i( 确,t ) T 定dK 三i o 个t e ( 参) d 数 K 一d d 旦e d ( t t 确) 定K p ， e ( Pt ) I DT 1 控i o t 制e (器) d 的 T 性d d e d 能( t t ) 也
比例系数Kp对控制性能的影响
所以在工程中通常使用增量式PID控制算法
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PID增量式控制算法的优点：
（a） 由于计算机输出增量，所以误动作时 影响小，必要时间可用逻辑判断的方法去 掉；
（b） 手动/自动切换时冲击小，便于实现 无扰动切换；此外，当计算机发生故障时 ，由于输出通道或执行装置具有信号的锁 存作用，仍然保持原值；
（c） 算式中不需要累加；控制增量Δu(k) 的确定仅与最近k次采样值有关，所以较容 易通过加权处理而获得比较好的控制效果 。
ATTENTION:调节器PID 控制规律是要根据过 程特性和工艺要求来选取的，决不是说PID 控 制规律具有较好的控制性能，可以不分场合 的选用，如果这样，会给其他工作增加复杂 性，并带来困难（如参数整定）。
在带钢板型不好，或者是抖动时，使校正辊向带钢运动， 板型非常好时，为了防止在带钢表面留下辊印，因此远离 带钢。其最终控制目的是要，带钢稳定的垂直进入气刀。20
锌锅浸没辊
对于浸没辊需要注意的问题一是：
防止浸没辊划伤带钢
✓因此要定期清洗浸没辊； ✓机组速度与带钢张力的配合 （避免带钢与辊间的相对运动）； ✓浸没辊安装于修复要达到一定的精度要求（