专题报告2 刘宏民-燕山大学-板形仪20120408

整辊压电式
以德国Sundwig测力元 件(压电传感器)沿辊体表 面均匀交错布置，横向间 歇式测量板形信号，不能 同步反映带钢瞬时板形， 传感器极为昂贵。
瑞典ABB公司
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英国DAVY公司
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德国 SUNDWIG公司
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三、关键技术
本项目方案1：整辊镶块压磁式板形辊 已应用于鞍钢1250轧机
推广应用于国内其他冷轧机上
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精诚合作！ 共创成功 ！
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三、关键技术
4. 研发板形控制智能化软件系统，实现高精度控制
基本功能：● 数字信号滤波
● 通道异常处理
● 自动报警 ● 板形显示
高级功能：● 误差补偿
● 模式识别 ● 目标板形
● 闭环控制
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三、关键技术创新
（4）板形前馈和反馈控制计算——矩阵模型
x1 c11 c12 x c 2 21 c22 x3 c31 c32 x4 c41 c42
调 节 量
三、关键技术
1. 提出与国际上流行的分段式板形辊不同的结构形式
研制整辊镶块式和整辊无缝式板形仪，避免划伤带钢
分段压磁式
以ABB公司检测辊为例 ，辊环热装于辊体芯轴上 ，分段式辊体结构，辊环 间因温差产生不同热膨胀 量，易划伤带钢表面，预 压力变化较大。
空气轴承式
以英国Davy公司空气轴 承式检测辊为例，对工作 环境要求苛刻，需要纯净 空气，维护和装配困难， 影响有效轧制时间，增加 维修费用。
钢种为ST12，成品第五道次
板形控制实际数据。 板形测量系统和控制系 统运行稳定，带钢平直度质
量平均为6.7I，国际先进指
标为10I。 控制系统适用于超薄冷 轧产品的板形质量控制要求。
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四、工程应用典型案例
西门子对宝钢1420冷轧机板形保证值
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三、关键技术创新
（5）板形闭环控制系统，实现自动控制
板形调整执行机构
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板形闭环控制系统
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三、关键技术创新
（6）板形检测和板形控制系统软件界面
板形检测和闭环控制系统界面
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总张力检测精度
单通道最小可测压力 最高工作温度
3.5 %
1/2 N 200 ℃
3%
1/5 N 230 ℃
注*：国际先进水平——瑞典ABB公司分段压磁式板形仪 ——英国DAVY公司分段空气轴承式板形仪 ——德国SUNDWIG公司整辊压电式板形仪
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c13 a1 c23 a 2 c33 a3 c43
板 形 偏 差
目标板形 +
_
板 形 偏 差
控 制 矩 阵 方 程
执 行 机 构 调 节 量
轧机
板形仪 入口 板形 预报 出口 板形
板形仪
板形模式识别
出口板形
矩阵控制
板形闭环控制原理图
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第5道次板形控制实际数据。
板形辊各个测量段测量 值稳定，无突变、无异常，
检测精度为-0.5I～0.5I。
板形辊测量值换算成总 张力与张力测量辊测量值偏 差小于3%，说明板形辊测量 精度可靠。
板形测量值实时采集数据 2015/8/15 23 燕山大学 http://www.ysu.edu.cn
四、工程应用典型案例
RAM
ROM
*预留
WIFI 信号 接收 端
磁耦 隔离
CAN接口 USB等 标准接口
…
…
AD 转换
磁耦 隔离
DSP数字 Controller
光电隔离
通道n-1 通道n
锁相放大 锁相放大 霍尔组件
WIFI 信号 发射 端
板形 检测 软件 系统 工控 机
网卡
创新点：1. 将DSP板形信号处理系统集成于集流装置内，利用无线技术实现原始板形信号的动态输出传输 2. 编写底层驱动程序和动态链接库文件，借用工控机网卡，实现板形数字信号的快速采集
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冷轧带钢板形检测和闭环控制
2012年4月8日
Hale Waihona Puke Baidu
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一、研发背景
1.市场背景
中国是钢铁大国，板带钢是最主要的钢材产品
冷轧带钢——高端带材产品
优点：
机械性能好 尺寸精度高 板形精度高 表面质量高
建 筑 包 装
应用：
汽 车
家 电
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检测通道
电源耦合器
DSP信号处理电路板 辊体旋转
线缆 无线传输 集流装置 芯轴固定
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三、关键技术
3.提出与国际上流行的采集卡形式不同的信号处理方式 研制内嵌DSP板形信号处理系统，提高抗干扰能力
通道1 通道2 锁相放大 锁相放大 DSP信号处理电路板
六、预期工业应用前景
在鞍钢1780冷带钢六辊平整机上，完成整辊镶块式板形 仪工业应用，实现板形自动控制，提供产业化示范基地
预 期 前
在河钢衡板厂1050冷带钢六辊轧机上，完成整辊无缝式板 形仪工业应用，实现板形自动控制，提供产业化示范基地
景
在燕山大学650冷带钢中试轧机上，完成整辊镶块式和整 辊无缝式两种结构板形仪及关键技术近工业化中间调试
板形闭环控制投 入后，沿带钢长度方 向的板形统计值： 最大值：11.47I 最小值：1.140I 平均值：2.672I
冷轧带钢在线板形实测值
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TM
四、工程应用典型案例
带宽1045mm，出口厚度 为0.18mm，压下率为18.6%，
四、工程应用典型案例
1250mm轧机主要技术参数 厚度: 0.2~1.0mm
宽度: 800~1200mm
卷材内径:φ610mm 卷材外径:φ1100~2000mm 最大卷重:25t 最大轧制压力: 18000kN 最大轧制速度:1200m/min 卷取张力: 7～140kN 工作辊:φ420/370×1250mm 中间辊:φ470/430×1310mm 工作辊弯辊：-220~435kN 中间辊弯辊：800kN
倾辊
分解
弯辊 横移 分段冷却
实测板形
板形基本模式
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三、关键技术创新
（3）板形目标曲线模型
作用：为板形闭环控制提供目标
目标板形
检测板形
Note1: 目标曲线也叫标准曲线或参考曲线，是板形控制的目标，直接影响带钢板形控制稳定性和成品板形质量。 Note2: 采用失稳判别法制定目标曲线，判断板形是否失稳，综合控制板凸度和板形，考虑综合因素影响，通用性强。
带钢厚度 带钢宽度 V>300m/m V=常数 ≤ 10 ≤8 ≤6 平直度（I） V在加减 速 ≤ 20 ≤ 16 ≤ 12 带钢厚度 (mm) ≤0.4 0.4~0.6 ≥0.6 V>300m/min V=常数 ≤10 ≤9 ≤8
三菱对宝钢1220冷轧机板形保证值
平直度( I ) V在加减 速 ≤20 ≤18 ≤16 V在150~300m/min ≤25 ≤23 ≤20
（2）提高板形控制技术水平，提高板形质量，生产高级冷轧带钢
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二、总体方案--技术路线
1. 板形检测系统
板形检测辊 集流装置 DSP信号处理装置
板形检测软件
工控机
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三、关键技术
（1）板形误差综合补偿模型
综合补偿
温度误差
边部覆盖
挠曲变形
钢卷卷形
在线包角
安装误差
Note: 综合补偿后的板形检测信号才能反映真实的在线带钢板形状况。 2015/8/15 15 燕山大学 http://www.ysu.edu.cn
三、关键技术
（2）板形模式识别模型
作用：分解各次板形分量，为制定控制方案提供依据
西门子系统
自主板形系统
不适用于轧制出口速度在70m/min以下的情况
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五、国内外技术指标对比
鞍钢1250轧机板形仪及闭环控制系统国内外技术水平对比
指标名称 板形检测分辨力 板形控制精度 国际先进* 0.5 I 8I 国内 本项目 0.2 I 6I
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一、研发背景
满足带钢板形指标要求
满足带钢表面质量要求
板形闭环控制是显著 提高冷轧带钢产品板 形质量、表面质量及 后续深加工质量的关 键技术
满足后续深加工的要求
板形在线检测是实现 冷轧带钢板形闭环控 制的前提和基础
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中间辊横移：275mm
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四、工程应用典型案例
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四、工程应用典型案例
实际应用效果：带宽
993 mm，出口厚度0.5mm， 压下率21.3%，钢种ST12，
传感器 弹性块 主辊体
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三、关键技术
本项目方案2：整辊无缝无线式板形辊，2011年完成样辊 在河钢衡板1050冷轧机上完成工业试验
主辊体
传感器组合件
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三、关键技术
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一、研发背景
2. 技术背景
无板形仪，仅设定控制： 中低产品 有 板 形 仪 ， 闭 环 控 制： 高级产品 进 口 板 形 仪： 1000万元/套，维护、备件费用高
国外只供货，不提供技术，卡脖子
3. 立项目的
（1）自主创新，工业应用，顶替进口，打破垄断封锁，为国争气
二、总体方案—技术路线
2. 板形控制系统 （1）预设定控制——倾辊、弯辊、窜辊、冷却和辊型
（2）前馈与反馈控制
+ +
有效偏差 中间辊弯辊 倾 斜 中间辊横移
基准曲线
-
精细分段冷却 带钢实际板形
倾辊、弯辊 分段冷却
工作辊弯辊

前馈 反馈
带钢张力分布
板形测量辊

检测辊
检测辊 钢卷
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2. 提出与国际上流行的干式集流环不同的信号传输方式 研制喷淋湿式集流环和无线传输装置，提高精度寿命 方案1：喷淋湿式集流环，2008年应用于鞍钢1250冷轧机
湿式集流环内部结构示意图图
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三、关键技术
方案2：信号无线传输装置，2011年应用于河钢1050冷轧机
(mm)
≤0.23 0.23~0.5 ≥0.5
(mm)
≤880 880- 1050 1050-1230
V在150~300m/m
≤ 25 ≤ 20 ≤ 15
上述平直度值均不适用于轧制出口速度在150m/min以下的情况
鞍钢1250冷轧机板形保证值
平直度( I ) 带钢厚度 (mm) ≤0.3 0.3~0.5 ≥0.5 V>150m/min V=常数 ≤8 ≤7 ≤6 V在加减 速 ≤18 ≤14 ≤10 V在70~150m/min ≤22 ≤20 ≤15
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2. 技术背景
高 板 精 形 度 板 控 形 ：高级冷轧带钢的重要质量指标 制 ：冷带钢轧机核心技术、前沿技术、高端技术
板 形 控 制 关 键 ：在线检测带钢板形缺陷的板形仪
板 形 仪 ：板形在线检测的“眼睛” 轧制过程的高端测控系统 制 造 现 状 ：被瑞典、英国、德国垄断 国内空白，全部进口 世界级重大难题