新型六辊冷轧机工艺控制系统的可行性研究

新型六辊冷轧机工艺控制系统的可行性研究

公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-

新型六辊冷轧机工艺控制系统的可行性研究

一、六辊冷轧机工艺控制系统的简介

六辊冷轧机是国际上最新出现的新型冷轧机，目前国内也仅引进了几台由德国着名厂商SMS Demag生产的六辊冷轧，价格昂贵，但由于其产品的质量和效率相对于传统的四辊冷轧机、有了很大的提升，所以已成为有色金属加工领域未来发展的主要装备之一。

六辊冷轧机的核心技术是其工艺控制系统，主要包括主传动控制（MDC），自动厚度控制（AGC）和自动板型控制（AFC）等，如下图所示：

如上图所示，其中关键的控制系统包括：

主传动控制系统（MDC）包括开卷，主轧机，和卷取的电机和驱动器。MDC和传动间通过光纤通讯，以保证高速的控制需求。

自动厚度控制系统（AGC）系统能为轧机机架位置液压控制，辊缝控制提供高速的闭环运算处理。MDC和AGC控制集成于同一个工业

控制机（AC800PEC）内，为MDC和AGC的参数提供紧密的高集成度数

据处理。

自动板型控制系统（AFC）控制将会独立的由另一个工业控制机（AC800PEC）完成。AGC与AFC之间通过光纤进行高速通讯。光纤通

讯能为AFC控制倾斜与弯辊的数据以最小延迟时间传递到AGC控制

器。AFC控制器通过TCP/IP网路链接以VIP协议和板型测量控制系统

实现接口。

系统同时也能为以下第三方设备提供Profibus接口：

测厚仪

喷嘴阀控制

通用轧机输入/输出

轧机逻辑控制部分PLC

数据分析记录系统（IBA）包含在AGC/AFC包之中。IBA是设备调试运行和后期的工艺分析的重要工具。重要的数据都会在IBA里配

置完成。客户可随时方便的调用。

工艺数据监控和系统诊断系统，能对轧制过程中的系统数据自动的进行分析并反馈给工艺工程师。是一个将控制系统保持在一个高

效的生产效率的工具。

目前六辊冷轧机工艺控制系统主要由国外公司如SMS Demag和Achenbach等公司提供，国内在这方面的研究还比较薄弱，本科研成果提供的六辊冷轧机工艺控制系统包括如下内容：

主传动控制 (MDC): 提供了主传动的控制，包括主速度曲线控制。

轧机动作控制: 提供了压上缸的控制，中间辊和工作辊弯辊控制，中间辊移动位置控制，轧机机架逻辑控制。

自动厚度控制: 提供了辊缝闭环控制及偏心补偿控制。提供了涡流式测厚仪和其配套的系统接口。

自动板型控制: 通过控制中间辊的位置和工作辊及中间辊的弯辊控制，轧机倾斜，工作辊喷嘴梁来控制板型。

工艺管理系统: 结合了轧机参数设置表和轧机基本控制逻辑功能。

二、六辊冷轧机工艺控制系统的主要内容

1.主传动控制 (MDC)

基于工业控制机（AC 800PEC）开发的传动控制程序,为铝加工行业六辊轧机开发的功能块能提供了优越的速度控制和张力控制的运

算模型，程序开发界面以面向客户方便使用的FBD功能块为编程语

言，根据多年的控制系统调试经验，开发了专有的传动控制功能块，

系统控制功能块和工艺控制功能块。所有这些功能块注重于传动和工

艺的控制，并提供友好化的用户界面和结构化的编程。

1.1.1主传动控制

控制轧辊的主传动系统基于速度控制。主传动的速度为轧机的主速

度，并以一个速度斜坡的平缓方式将速度参数传递到其它传动系统，

综合计算压下量和前滑值，经处理的斜坡速度用于控制入口侧和出口

侧的带材速度。针对于入口侧和出口侧，加减速率也会经运算补偿输

出。

1.1.2出口侧

出口侧卷取机采取张力控制。控制方式为开环控制，并会对系统进行

机械损耗和转动惯量的补偿运算。卷取张力建立于工作辊和卷取机之

间，本科研成果的卷径计算伺服器能为卷取机提供精确的实时卷径。

1.1.3摩擦力补偿计算和自动优化功能

摩擦补偿一般说来就是对设备中轴承，齿轮和其他可测量的规律性机械损耗进行补偿计算。

补偿的数值基于测量值

假定于轴承和齿轮补偿的数值基于测量值损耗与关联是转速.

通过传动系统在空载时从零速到最高速的各个速度段所测量到的空载力矩我们能测算出一条摩擦力补偿曲线

当张力控制被投入的同时，摩擦补偿也被激活

补偿曲线能通过用户控制界面自动的进行计算得出并自动保存于传动控制的力矩计算模块内

1.1.4卷径计算

卷径计算的基本公式为:

D = V / (pi * n * z)

其中V为带材速度，n为电机转速，z为减速比

为了得出稳定的计算值剔除误差值，基于带材厚度和卷取机转速在计算中设定了限定范围（直径的增减速度限定在带材每转2倍的

料厚范围内），精确的卷径计算能带来稳定的张力控制，尤其是轧机

的起速阶段。

1.1.5加速度补偿

加速补偿的意义就是基于前滑值和实际料卷的转动惯量计算出的加速率，然后在卷取机上增加一个额外的力矩。

加速补偿功能用于补偿设备在加减速过程中所需的额外的力矩。

补偿的计算基于料卷的实时转动惯量。

知道了料卷的实时转动惯量和加减速所需的额外力矩就能精确的计算出加速率。

1.1.6入口侧

开卷机基于张力控制。张力控制方式为开环，带有机械摩擦力损耗补

偿和转动惯量及加速度补偿。入口张力建立于工作辊和开卷机之间。1.1.7设备操作控制

卷取和开卷机张力投入/撤除在主操作台上设有单独控制的按钮。

轧机穿带功能：操作员工通过点击穿带控制按钮，轧机能启动并加速到设定的穿带速度（所有穿带所需的联锁条件都需得到满足，

并在操作员控制电脑上通过不同颜色的指示灯显示条件状态）。