板带轧机系统自动控制PPT
合集下载
板带轧制过程厚度自动控制
13
轧机控制系统的干扰因素
轧制速度控制
轧辊控制
轧制力控制
弯辊控制
厚度 状况
轧辊平衡控制
轧辊冷却及 润滑控制
带钢张力控制
厚度监控器控制
14
入口轧件的干扰因素
来料厚度
来料强度 来料断面
厚度 状况
来料宽度 来料平直度
15
弹跳方程
h
s 0 s
s0
p km
0
h－带钢的实际轧出厚度 So－预调辊缝值 ΔS－轧机弹跳值 Km－轧机刚度 P－轧制压力
9. 板带材生产过程 厚度自动控制
热连轧带钢自动化发展的历程（1）
60年代以前，热连轧带钢自动化主要集中在调
速系统，压下机构辊缝调节系统，活套调节系 统，闭环模拟厚度控制系统。 60年代初，美国麦克劳思钢铁公司的1525mm 带钢热连轧机上用计算机设定并控制精轧机组 的辊缝和速度，这是最早出现的带钢热连轧计 算机控制系统。 60年代末，在英国实现了用计算机控制的从加 热炉到卷取机的整个带钢热连轧生产过程。
金属塑性曲线
18
轧件的塑性刚度 M
轧件塑性刚度M ，表征使轧件产生单位压下量所需的轧 制压力。
M
p p Δh
也可用直线率近似地代替塑性曲线上工作点处的切线斜率
M k p h
系数K是为了修正近似计算所产生的误差，一般为k=0.9~1.1
19
弹塑性曲线 P k m ( h S 0 ) 轧机弹性曲线
11
影响轧件厚度的因素
轧机机械及液压装置的干扰因素
轧辊偏心
轧辊轴承 油膜厚度
轧辊椭圆度
轧辊磨损
空载 辊缝
轧机振动
轧辊热胀冷缩
板带轧机系统自动控制
板带轧机系统 自动控制
课程介绍
一、课程内容简介>>>
1．轧制生系统自动控制
2
1. 轧制生产自动控制
（1） 热轧生产线
板带轧机系统自动控制
3
（2） 冷轧生产流程
板带轧机系统自动控制
4
2. 轧制产品控制
y
z x H h
板厚 —— 沿板材纵向（x向）的厚度（y向）差
机理模型特点：理论分析能力强，模型庞大完善，计算时间长， 适合离线仿真
智能模型特点：模型简单，计算时间短，快速响应，能够自适应
和自学习，适合在线计算 在前述完整系统的板形理论和控制模型的基础上，可以开发出多 种板形控制模型和技术，如机理离线仿真技术、辊型优化模型和技术、 轧辊横移模型和技术、弯辊模型和技术、轧辊分段冷却模型和技术、 边部减薄控制模型和技术、板形在线控制技术，等等。
板带轧机系统自动控制 14
课程组专著：
板带轧机系统自动控制
15
谢 谢！
板带轧机系统自动控制
16
板带轧机系统自动控制
10
板带轧机系统自动控制
11
二、课程科研简介>>>
1．板形离线设定控制的机理模型和数字仿真
2．板形在线控制的快速智能模型和数字仿真 3．面向板形控制的仿真系统
4．板形控制新技术的研发
近3年来，完成或正在承担的科研和课程建设项目 30余项；近5年来，先后发表著作和各种学术论文80 余篇。
板带轧机系统自动控制
8
板形离线设定控制的机理模型是最基本的板形理论和控 制模型：
·轧件三维塑性变形模型 ·辊系弹性变形（包括热变形）模型 ·轧件和轧辊的温度场模型 ·辊系磨损模型 ·板形良好判别模型 ·板形偏差模式识别（分解）模型 ·板形标准曲线模型 ·板形控制策略模型
课程介绍
一、课程内容简介>>>
1．轧制生系统自动控制
2
1. 轧制生产自动控制
（1） 热轧生产线
板带轧机系统自动控制
3
（2） 冷轧生产流程
板带轧机系统自动控制
4
2. 轧制产品控制
y
z x H h
板厚 —— 沿板材纵向（x向）的厚度（y向）差
机理模型特点：理论分析能力强，模型庞大完善，计算时间长， 适合离线仿真
智能模型特点：模型简单，计算时间短，快速响应，能够自适应
和自学习，适合在线计算 在前述完整系统的板形理论和控制模型的基础上，可以开发出多 种板形控制模型和技术，如机理离线仿真技术、辊型优化模型和技术、 轧辊横移模型和技术、弯辊模型和技术、轧辊分段冷却模型和技术、 边部减薄控制模型和技术、板形在线控制技术，等等。
板带轧机系统自动控制 14
课程组专著：
板带轧机系统自动控制
15
谢 谢！
板带轧机系统自动控制
16
板带轧机系统自动控制
10
板带轧机系统自动控制
11
二、课程科研简介>>>
1．板形离线设定控制的机理模型和数字仿真
2．板形在线控制的快速智能模型和数字仿真 3．面向板形控制的仿真系统
4．板形控制新技术的研发
近3年来，完成或正在承担的科研和课程建设项目 30余项；近5年来，先后发表著作和各种学术论文80 余篇。
板带轧机系统自动控制
8
板形离线设定控制的机理模型是最基本的板形理论和控 制模型：
·轧件三维塑性变形模型 ·辊系弹性变形（包括热变形）模型 ·轧件和轧辊的温度场模型 ·辊系磨损模型 ·板形良好判别模型 ·板形偏差模式识别（分解）模型 ·板形标准曲线模型 ·板形控制策略模型
轧机电气系统 ppt课件
二次仪表，按钮指示灯 • EWS：台式机配备WINCC，PROTOOL，STEP7 • 网络结构：Profibus-DP ，Ethernet • 传感器：接近开关、激光传感器、超声波、磁尺、行程开
关、编码器 • 防爆措施：隔离栅、防爆型操作盒、隔爆型行程开关 • 控制方式：厚度控制、张力控制、速度控制、自动化控制、
11
FM458
SIMATIC FM 458-1 DP 集成在SIMATIC S7-400 中： • 为高性能和在SIMATICS7-400 中自由组态闭环控制任务而设 计 • 可根据需要采用为：开环控制，闭环控制和运动控制；这样可 以在复杂的应用中显著地提高灵活性。 • 包含约300 个功能块的库函数，例如诸如AND、ADD 和OR 等 简单的功能到复杂的GMC(GeneralMotion Control)控制的功能 块 • 有SIMATIC Engineering Tool CFC(连续功能图)用户友好的图 形化组态软件；用编译器对程序代码的生成进行优化，所以不 需要SCL • 本机带有PROFIBUS DP接口 SIMATIC FM 458-1 DP 是将15年来高性能闭环控制系统的经验 和SIMATIC 高技术有机结合的结晶，与其它静态结构和功能的 SIMADYN D家族一员 功能模板相比，FM 458-1 DP 可满足各种应用的要求。
Printer 主控制器
HMI 伺服阀放大板
2020/11/24
压力传感器
磁尺
磁尺放大板
伺服阀
21
MM440系列变频器
优点
1.结构紧凑，体积小，2.便于安装，3.具有现代先进技术水平的矢量控制系统(速 度/转矩控制)，4.多用途的输入和输出，5.调试可以按说明书进行，6.过载能力强， 7.利用电动机脉冲编码器(选件)的反馈信号进行控制参数的计算，在最低速度(甚 至速度为0)时可实现最大的转矩输出，8.系统采用模块化结构设计，利用选件可 对系统进行扩展，9.可以选择CT(恒转矩控制)或VT(平方转矩控制或变转矩控制) 运行方式，10·具有负载转矩监控功能，11·可以设置3组驱动数据，使变频器能够 在条件不同的3种驱动数据下工作，12·动态缓冲功能，当电源电压短时突降时不 影响变频器的工作，13·复合制动功能可实现可控的快速制动，14·变频器具有内 置的用于制动的斩波器，其功率输出最高可达90kW(125HP)，15·自由功能块可 以实现多种逻辑控制，16·允许设置4个跳转频率，可以在传动系统出现谐振时把 机械所受的应力降低到最小，17·自动再起动功能，18·当变频器与正在转动的电 动机接通时，电动机所受的冲击应力最小(捕捉再起动功能)，19·变频器对电动机 的实际温度进行计算，并根据计算结果触发电动机内置的过温保护功能，20·可以 接入IT网络中使用，21·变频器具有多种型号(带有集成的EMC滤波器或不带集成 的EMC滤波器)，可供用户选用 MICROMASTER 440变频器具有保持机械磨损最小所需要的一切功能。
关、编码器 • 防爆措施：隔离栅、防爆型操作盒、隔爆型行程开关 • 控制方式：厚度控制、张力控制、速度控制、自动化控制、
11
FM458
SIMATIC FM 458-1 DP 集成在SIMATIC S7-400 中： • 为高性能和在SIMATICS7-400 中自由组态闭环控制任务而设 计 • 可根据需要采用为：开环控制，闭环控制和运动控制；这样可 以在复杂的应用中显著地提高灵活性。 • 包含约300 个功能块的库函数，例如诸如AND、ADD 和OR 等 简单的功能到复杂的GMC(GeneralMotion Control)控制的功能 块 • 有SIMATIC Engineering Tool CFC(连续功能图)用户友好的图 形化组态软件；用编译器对程序代码的生成进行优化，所以不 需要SCL • 本机带有PROFIBUS DP接口 SIMATIC FM 458-1 DP 是将15年来高性能闭环控制系统的经验 和SIMATIC 高技术有机结合的结晶，与其它静态结构和功能的 SIMADYN D家族一员 功能模板相比，FM 458-1 DP 可满足各种应用的要求。
Printer 主控制器
HMI 伺服阀放大板
2020/11/24
压力传感器
磁尺
磁尺放大板
伺服阀
21
MM440系列变频器
优点
1.结构紧凑，体积小，2.便于安装，3.具有现代先进技术水平的矢量控制系统(速 度/转矩控制)，4.多用途的输入和输出，5.调试可以按说明书进行，6.过载能力强， 7.利用电动机脉冲编码器(选件)的反馈信号进行控制参数的计算，在最低速度(甚 至速度为0)时可实现最大的转矩输出，8.系统采用模块化结构设计，利用选件可 对系统进行扩展，9.可以选择CT(恒转矩控制)或VT(平方转矩控制或变转矩控制) 运行方式，10·具有负载转矩监控功能，11·可以设置3组驱动数据，使变频器能够 在条件不同的3种驱动数据下工作，12·动态缓冲功能，当电源电压短时突降时不 影响变频器的工作，13·复合制动功能可实现可控的快速制动，14·变频器具有内 置的用于制动的斩波器，其功率输出最高可达90kW(125HP)，15·自由功能块可 以实现多种逻辑控制，16·允许设置4个跳转频率，可以在传动系统出现谐振时把 机械所受的应力降低到最小，17·自动再起动功能，18·当变频器与正在转动的电 动机接通时，电动机所受的冲击应力最小(捕捉再起动功能)，19·变频器对电动机 的实际温度进行计算，并根据计算结果触发电动机内置的过温保护功能，20·可以 接入IT网络中使用，21·变频器具有多种型号(带有集成的EMC滤波器或不带集成 的EMC滤波器)，可供用户选用 MICROMASTER 440变频器具有保持机械磨损最小所需要的一切功能。
板带轧机系统自动控制第3章 板厚控制
板带轧机系统自动控制
17
➢ 3.3.1 轧制压力及其影响因素
2. 影响轧制压力的主要因素 （1）相对压下量 在其它条件一定的情况下，随着相对压下量的增加，轧制
压力增大。这是由于随相对压下量的增加，不仅变形区长度增 加，而且单位轧制压力也增加。
板带轧机系统自动控制
18
➢ 3.3.1 轧制压力及其影响因素
)
板带轧机系统自动控制
9
➢ 3.2.3 影响空载辊缝的因素
实际的空载辊缝S0或人工零位后空载辊缝指示值S'0 • 主要取决于压下装置的调整位置 • 支撑辊偏心的影响
它是周期性变化的，其频率与轧辊转速成正比。 • 轧辊和机座零件的温度上升产生的热膨胀 • 轧制过程中轧辊的磨损
轧制过程中，轧辊不断地磨损，使辊缝发生变化或“漂移”。
板带轧机系统自动控制
10
➢ 3.2.4 轧机弹性变形曲线的测定
（1）轧制法
在保持空载辊缝不变的条件下， P
P
轧制不同厚度的轧件，测出轧制压力
P和轧后的轧件厚度h。
α
S0
h
h
板带轧机系统自动控制
11
➢ 3.2.4 轧机弹性变形曲线的测定
（2）轧辊压靠法 没有轧件，工作辊直接接触。 保持轧辊旋转的情况下，调节压下
2. 轧制压力
• 轧前厚度（H）
当来料厚度不均匀时，轧 P
件的轧出厚度就会出现相应的
波动。这种情况虽然通过厚度
控制能够得到改善，但难以完
A
全消除。因此，要得到高精度
的轧出厚度，必须要求来料厚
度在一定的公差范围内。
板带轧机系统自动控制
B
h1 h2
H1 H2 h
板带轧机电动及液压压下联合控制系统(最新版)
When the lives of employees or national property are endangered, production activities are stopped to rectify and eliminate dangerous factors.（安全管理）单位：___________________姓名：___________________日期：___________________板带轧机电动及液压压下联合控制系统(最新版)板带轧机电动及液压压下联合控制系统(最新版)导语：生产有了安全保障，才能持续、稳定发展。
生产活动中事故层出不穷，生产势必陷于混乱、甚至瘫痪状态。
当生产与安全发生矛盾、危及职工生命或国家财产时，生产活动停下来整治、消除危险因素以后，生产形势会变得更好。
"安全第一"的提法，决非把安全摆到生产之上;忽视安全自然是一种错误。
随着科学技术的进步，我国经济得到了快速的发展，汽车、电子等行业对板带钢材的质量要求越来越高。
厚度是板带材最重要的质量指标之一，厚度自动控制AGC控制性能的优劣将直接影响轧制产品的质量。
本文对该轧机采取的改造方案为电动压下和液压压下联合控制板厚，由电动压下进行辊缝粗调，液压压下系统负责辊缝精调。
板带轧机厚度控制理论1.1.影响轧制产品厚度的因素轧制过程中，影响轧制产品厚度的因素很多，根据弹跳方程，生产实际中影响轧制产品厚度的因素主要如下：1.1.1.轧机的机械装置和液压装置在轧机加工装配过程中，零部件之间的误差对轧机的刚度和空载辊缝造成直接影响，从而使得轧制产品的厚度偏离目标值。
轧机开始运作之后，其零部件会发生变形或扭曲，这都会改变轧机辊缝的大小和形状。
一般情况，轧机的刚度越大，轧机的弹跳量越小，辊缝的变化程度和轧制产品厚度偏差都越小，产品尺寸精度就越高。
1.1.2.轧件的来料特性厚度不均、硬度变化、截面变化、平直度变化等来料特性会对轧制生产过程中的轧制力大小和辊缝值变化产生一定影响。
板带轧机系统自动控制第2章 轧制过程设定
燕山大学 机械工程学院
板带轧机系统自动控制
1
➢ 2.1 轧制力模型 ➢ 2.2 压下方式 ➢ 2.3 负荷分配方法 ➢ 2.4 辊缝设定 ➢ 2.5 速度设定 ➢ 2.6 轧制过程中的张力
板带轧机系统自动控制
2
P = Bm·l'c·pm = Bm·l'c·QPKTK
（2-1）
Bm —— 轧件平均宽度； l'c —— 轧件压扁后的变形区接触面积和接触弧长； pm —— 平均单位压力； QP —— 考虑压扁后的外摩擦力状态影响系数； KT —— 张力影响系数； K —— 考虑宽度方向主应力影响后的变形阻力，宽展很小时，
A-3 0.8239 + 0.2365(l'c /hm) + 0.1152ε·(l'c /hm) - 0.4120ε - 0.00095ε·(l'c /hm) 2
B-1 0.7911 + 0.0344
+ 0.4723ε· - 0.2812ε
B-2 0.8072 + 0.0394
+ 0.4092ε· - 0.3413ε + 0.1157ε2·
（1）压力和力矩的判别
P = B ·lC ·pm
M
=
P
·lC
·ψ
=
b
·l
2 C
·pm
lC为压下量临界值ΔhC时的接触弧长
压下量ΔhC的临界值为
Δh > ΔhC时，主要矛盾是力矩；Δh < ΔhC时，主要4 等主负荷条件负荷分配模型
（2）力矩和功率的判别
以五机架冷连轧为例： （1）MODE1
hi = (1 – εi) hi-1 hi-1 = hi /(1 – εi)
板带轧机系统自动控制
1
➢ 2.1 轧制力模型 ➢ 2.2 压下方式 ➢ 2.3 负荷分配方法 ➢ 2.4 辊缝设定 ➢ 2.5 速度设定 ➢ 2.6 轧制过程中的张力
板带轧机系统自动控制
2
P = Bm·l'c·pm = Bm·l'c·QPKTK
（2-1）
Bm —— 轧件平均宽度； l'c —— 轧件压扁后的变形区接触面积和接触弧长； pm —— 平均单位压力； QP —— 考虑压扁后的外摩擦力状态影响系数； KT —— 张力影响系数； K —— 考虑宽度方向主应力影响后的变形阻力，宽展很小时，
A-3 0.8239 + 0.2365(l'c /hm) + 0.1152ε·(l'c /hm) - 0.4120ε - 0.00095ε·(l'c /hm) 2
B-1 0.7911 + 0.0344
+ 0.4723ε· - 0.2812ε
B-2 0.8072 + 0.0394
+ 0.4092ε· - 0.3413ε + 0.1157ε2·
（1）压力和力矩的判别
P = B ·lC ·pm
M
=
P
·lC
·ψ
=
b
·l
2 C
·pm
lC为压下量临界值ΔhC时的接触弧长
压下量ΔhC的临界值为
Δh > ΔhC时，主要矛盾是力矩；Δh < ΔhC时，主要4 等主负荷条件负荷分配模型
（2）力矩和功率的判别
以五机架冷连轧为例： （1）MODE1
hi = (1 – εi) hi-1 hi-1 = hi /(1 – εi)
轧钢自动化原理幻灯片
炉温控制系统方框图
•19
三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例）
闭环控制系统的特点：具有自动补偿由于系统内部和外部 干扰所引起的系统误差的能力，因而能够有效提高系统的 精度；系统参数应适当选择，否则可能不能正常工作。
3.3.3复合控制
复合控制是开环和闭环控制相结合的一种控制方式。它在 闭环控制回路的基础上，附加一个输入信号或扰动信号的 畅馈通路，用来提高系统的控制精度。此畅馈通路通常由 对输入信号的补偿器或对扰动信号的补偿器组成。 优点：高控制精度，可抑制几乎所有的可量测扰动。 缺点：补偿器的参数要有较高的稳定性。
复合控制系统简图（下页）
•20
三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例） 复合控制系统简图
•21
轧钢生产自动化
结束！
谢谢！
•22
1.2.2 自动控制基本理论发展简史
稳定性理论的早期发展 根轨迹法的建立 脉冲控制理论的建立与发展 经典控制理论（或古典控制理论）（19世纪初） 现代控制理论（20世纪60年代） 大系统控制理论 智能控制理论（20世纪70年代）
•4
一、轧钢与自动化的背景介绍
1.2.3 自动控制技术的发展
自动化技术形成时期是在18世纪末~20世纪30年代，两种典 型的动力技术为风车技术和蒸汽机技术。1935~1950年左右为其经 典控制时期。50年代末进入现代控制时期，随着现代控制理论和电 子计算机的推广应用，自动控制与信息处理结合起来，自动化控制技 术日渐得到广泛应用，如我国863高技术计划、神舟飞船发射等都与 其有着密切联系。
•14
三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例）
反馈控制系统的组成、名词术语、定义（有 图）（下16）
•15
•19
三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例）
闭环控制系统的特点：具有自动补偿由于系统内部和外部 干扰所引起的系统误差的能力，因而能够有效提高系统的 精度；系统参数应适当选择，否则可能不能正常工作。
3.3.3复合控制
复合控制是开环和闭环控制相结合的一种控制方式。它在 闭环控制回路的基础上，附加一个输入信号或扰动信号的 畅馈通路，用来提高系统的控制精度。此畅馈通路通常由 对输入信号的补偿器或对扰动信号的补偿器组成。 优点：高控制精度，可抑制几乎所有的可量测扰动。 缺点：补偿器的参数要有较高的稳定性。
复合控制系统简图（下页）
•20
三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例） 复合控制系统简图
•21
轧钢生产自动化
结束！
谢谢！
•22
1.2.2 自动控制基本理论发展简史
稳定性理论的早期发展 根轨迹法的建立 脉冲控制理论的建立与发展 经典控制理论（或古典控制理论）（19世纪初） 现代控制理论（20世纪60年代） 大系统控制理论 智能控制理论（20世纪70年代）
•4
一、轧钢与自动化的背景介绍
1.2.3 自动控制技术的发展
自动化技术形成时期是在18世纪末~20世纪30年代，两种典 型的动力技术为风车技术和蒸汽机技术。1935~1950年左右为其经 典控制时期。50年代末进入现代控制时期，随着现代控制理论和电 子计算机的推广应用，自动控制与信息处理结合起来，自动化控制技 术日渐得到广泛应用，如我国863高技术计划、神舟飞船发射等都与 其有着密切联系。
•14
三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例）
反馈控制系统的组成、名词术语、定义（有 图）（下16）
•15
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
与基准值之差，通常采用轧辊在使用一个轧制周期后的径向尺 寸变化量来表示。
d1
d2
wE1 wc
操作侧
wE2
驱动侧
边部
定常部分
边部
轧辊磨损示意图
0.05 0 -0.05 -0.10 -0.15 -0.20 -0.25 -0.30 -0.35 -0.40
轧辊磨损量/mm
0
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 与轧辊端部距离/m
型，对轧制过程轧辊磨损进行预测。
按表面性质分类
磨损
按环境与介质分类
金 属 金 属
磨 损
金 属 磨 料
磨 损
金 属 流 体
磨 损
按 机 理 分 类干 磨 损Fra bibliotek湿 磨 损
流 体 磨 损
粘 着 磨 损
磨 料 磨 损
腐 蚀 磨 损 按 力 的 作 用 特 点 分
凿 削 式 磨 损 碾 压 式 磨 损 划 伤 式 磨 损
●
技术现状：大中型板带轧机几十套，板形控制技术整体落后 原因——自制设备,控制能力不强，缺少先进模型
——引进设备,缺乏配套的先进模型
● ● 技术关键：先进的板形控制模型，技术提高的瓶颈 成果意义：适应重大装备技术需求，为板形控制系统提供实用 模型，提升板形控制水平，旧轧机改造、新轧机设 计、引进轧机能力的充分发挥和提高，提供控制模 型和软件，提高板形质量和成才率，钢铁大国走向 钢铁强国。
轧件方面
轧辊磨损的影响因素 轧辊方面
轧制工艺方面
轧件的温度 轧件的材质 轧件的宽度 轧件的厚度 轧件的表面状态 ......
轧辊的材质 轧辊的直径 轧辊的原始辊型 轧辊的硬度 轧辊的表面粗糙度 ......
轧制压力 轧制速度 轧制长度 润滑状态 冷却条件 轧制计划 ......
轧辊磨损量是指以轧后辊径最大值为基准，其他位置直径
板带轧机系统 自动控制
板形控制
一、板形与横向厚差>>> 二、影响负载辊缝形状的因素 >>> 三、板形控制的工艺理论 >>>
一、板形与横向厚差
1. 横向厚差和板形概念
板带的几何尺寸精度三大质量指标： 纵向厚差、横向厚差(板凸度)和板形(平直度)
纵 向 厚 差 控制：理论简单，技术容易实现。 板形和板凸度控制：理论复杂，技术难以实现。
根据以上分析阐述，板形理论拟重点进行如下研究:
首钢3500中厚板轧机工作辊磨损实测值
三、板形控制的工艺理论
●
● ● ● ● ●
钢
铁：最主要工程材料，中国钢铁产量居世界第1位
板 带 钢：最主要的钢材产品，约占钢材总量的45％ 应 板 用：汽车、造船、桥梁、建筑、家用电器等 形：板带材重要质量指标（平直度，板凸度）
板带轧机：板带材生产的关键设备 板形控制：板带轧机的关键技术和高难度技术
2.轧辊磨损
轧辊是轧制过程中直接作用于金属轧件的压力加工工具。 轧制时轧辊与轧件之间以及轧辊之间的相互接触摩擦，导致了 轧辊的磨损。在轧制生产中，轧辊承受伴有较硬氧化物研磨的 周期性载荷和温度波动，并处于水蒸气和空气的氧化性气氛中， 与周围液体及气体介质相互作用，受到多种类型磨损机理的共 同作用。在热轧中是按轧制单位来组织生产的，即每轧完一定 数量的轧件后更换轧辊。在整个轧制单位内，轧辊的辊型经历 了很大的变化，存在较大的磨损量。 由于轧辊磨损影响辊系变形的计算精度，同时会对前张应 力，轧制压力及辊间压力造成一定影响，故建立了轧辊磨损模
H ( y) const h( y ) 新观念：板形平直度和横向厚差相互影响。
优
点：考虑了金属横向流动，保证板形平直度和
横向厚差都满足要求。
d u( y) H ( y ) L( y )y h( y )l ( y ) 1 y dy
二、影响负载辊缝形状的因素
双边浪
两肋浪
单边浪
中浪
2.横向厚差和板形表示方法
Hz Hb
hb hz
H b H z H b hb hz hb
板形：宽度上最长和最短条之间的相对长度差度量 单位：相对长度差以10-5作为一个单位，称为I
3.保持板材平直度的条件
旧观念：认为延伸率沿宽度处处相同板形就良好。
缺
点：没有考虑金属横向流动。
板形离线设定控制的机理模型是最基本的板形理论和控制
模型，包括八个方面： （1）轧件三维塑性变形模型 （2）辊系弹性变形（包括热变形）模型 （3）轧件和轧辊的温度场模型
（4）辊系磨损模型
（5）板形良好判别模型 （6）板形偏差模式识别（分解）模型 （7）板形标准曲线模型 （8）板形控制策略模型
板形理论和板形控制数学模型及仿真系统
主要包括：板形离线设定控制的机理模型与仿真
板形在线控制的快速智能模型与仿真
板形控制数学模型从研究的内容和作用分为：
板形模式识别模型、板形预报模型
板形控制模型、液压弯辊力控制(板形主要调节手段)模型 板形控制数学模型从研究的原理和方法分为： 基于轧机基本理论的机理模型 基于经验和数据的智能模型
板形在线控制的快速智能模型主要包括板形预报和板形控 制的智能模型及其自适应和自学习
机理模型特点：理论分析能力强，模型庞大完善，计算时间长，适合 离线仿真 智能模型特点：模型简单，计算时间短，快速响应，能够自适应和自
学习，适合在线计算
在前述完整系统的板形理论和控制模型的基础上，可以开发出多 种板形控制模型和技术，如机理离线仿真技术、辊型优化模型和技术、 轧辊横移模型和技术、弯辊模型和技术、轧辊分段冷却模型和技术、 边部减薄控制模型和技术、板形在线控制技术，等等。
1.轧辊热膨胀
板形计算精度很大程度上取决于轧辊温度场的计算精度。 辊型在线检测技术限制，很难在线准确测量轧辊热凸度，往
往通过轧辊温度场的计算来预报和控制轧辊热变形。
计算方法主要有两种：理论公式法和实测数据法 理论公式法：可考虑复杂边界条件，精度高，速度慢 有限元法、有限差分法 实测数据法：无法考虑边界条件，精度较低、速度快
接 触 疲 劳 磨 损 按 磨 损 表 面 分
三 体 磨 料 磨 损 二 体 磨 料 磨 损
冲 蚀 磨 损
微 动 磨 损
冲 击 磨 损
严 重 磨 损
轻 微 磨 损
按 相 对 硬 度 分
软 磨 料 磨 损 硬 磨 料 磨 损 固 定 磨 料 磨 损
按 相 对 运 动 分
自 由 磨 料 磨 损
咬 咬 擦 胶 死 焊 伤 合
d1
d2
wE1 wc
操作侧
wE2
驱动侧
边部
定常部分
边部
轧辊磨损示意图
0.05 0 -0.05 -0.10 -0.15 -0.20 -0.25 -0.30 -0.35 -0.40
轧辊磨损量/mm
0
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 与轧辊端部距离/m
型，对轧制过程轧辊磨损进行预测。
按表面性质分类
磨损
按环境与介质分类
金 属 金 属
磨 损
金 属 磨 料
磨 损
金 属 流 体
磨 损
按 机 理 分 类干 磨 损Fra bibliotek湿 磨 损
流 体 磨 损
粘 着 磨 损
磨 料 磨 损
腐 蚀 磨 损 按 力 的 作 用 特 点 分
凿 削 式 磨 损 碾 压 式 磨 损 划 伤 式 磨 损
●
技术现状：大中型板带轧机几十套，板形控制技术整体落后 原因——自制设备,控制能力不强，缺少先进模型
——引进设备,缺乏配套的先进模型
● ● 技术关键：先进的板形控制模型，技术提高的瓶颈 成果意义：适应重大装备技术需求，为板形控制系统提供实用 模型，提升板形控制水平，旧轧机改造、新轧机设 计、引进轧机能力的充分发挥和提高，提供控制模 型和软件，提高板形质量和成才率，钢铁大国走向 钢铁强国。
轧件方面
轧辊磨损的影响因素 轧辊方面
轧制工艺方面
轧件的温度 轧件的材质 轧件的宽度 轧件的厚度 轧件的表面状态 ......
轧辊的材质 轧辊的直径 轧辊的原始辊型 轧辊的硬度 轧辊的表面粗糙度 ......
轧制压力 轧制速度 轧制长度 润滑状态 冷却条件 轧制计划 ......
轧辊磨损量是指以轧后辊径最大值为基准，其他位置直径
板带轧机系统 自动控制
板形控制
一、板形与横向厚差>>> 二、影响负载辊缝形状的因素 >>> 三、板形控制的工艺理论 >>>
一、板形与横向厚差
1. 横向厚差和板形概念
板带的几何尺寸精度三大质量指标： 纵向厚差、横向厚差(板凸度)和板形(平直度)
纵 向 厚 差 控制：理论简单，技术容易实现。 板形和板凸度控制：理论复杂，技术难以实现。
根据以上分析阐述，板形理论拟重点进行如下研究:
首钢3500中厚板轧机工作辊磨损实测值
三、板形控制的工艺理论
●
● ● ● ● ●
钢
铁：最主要工程材料，中国钢铁产量居世界第1位
板 带 钢：最主要的钢材产品，约占钢材总量的45％ 应 板 用：汽车、造船、桥梁、建筑、家用电器等 形：板带材重要质量指标（平直度，板凸度）
板带轧机：板带材生产的关键设备 板形控制：板带轧机的关键技术和高难度技术
2.轧辊磨损
轧辊是轧制过程中直接作用于金属轧件的压力加工工具。 轧制时轧辊与轧件之间以及轧辊之间的相互接触摩擦，导致了 轧辊的磨损。在轧制生产中，轧辊承受伴有较硬氧化物研磨的 周期性载荷和温度波动，并处于水蒸气和空气的氧化性气氛中， 与周围液体及气体介质相互作用，受到多种类型磨损机理的共 同作用。在热轧中是按轧制单位来组织生产的，即每轧完一定 数量的轧件后更换轧辊。在整个轧制单位内，轧辊的辊型经历 了很大的变化，存在较大的磨损量。 由于轧辊磨损影响辊系变形的计算精度，同时会对前张应 力，轧制压力及辊间压力造成一定影响，故建立了轧辊磨损模
H ( y) const h( y ) 新观念：板形平直度和横向厚差相互影响。
优
点：考虑了金属横向流动，保证板形平直度和
横向厚差都满足要求。
d u( y) H ( y ) L( y )y h( y )l ( y ) 1 y dy
二、影响负载辊缝形状的因素
双边浪
两肋浪
单边浪
中浪
2.横向厚差和板形表示方法
Hz Hb
hb hz
H b H z H b hb hz hb
板形：宽度上最长和最短条之间的相对长度差度量 单位：相对长度差以10-5作为一个单位，称为I
3.保持板材平直度的条件
旧观念：认为延伸率沿宽度处处相同板形就良好。
缺
点：没有考虑金属横向流动。
板形离线设定控制的机理模型是最基本的板形理论和控制
模型，包括八个方面： （1）轧件三维塑性变形模型 （2）辊系弹性变形（包括热变形）模型 （3）轧件和轧辊的温度场模型
（4）辊系磨损模型
（5）板形良好判别模型 （6）板形偏差模式识别（分解）模型 （7）板形标准曲线模型 （8）板形控制策略模型
板形理论和板形控制数学模型及仿真系统
主要包括：板形离线设定控制的机理模型与仿真
板形在线控制的快速智能模型与仿真
板形控制数学模型从研究的内容和作用分为：
板形模式识别模型、板形预报模型
板形控制模型、液压弯辊力控制(板形主要调节手段)模型 板形控制数学模型从研究的原理和方法分为： 基于轧机基本理论的机理模型 基于经验和数据的智能模型
板形在线控制的快速智能模型主要包括板形预报和板形控 制的智能模型及其自适应和自学习
机理模型特点：理论分析能力强，模型庞大完善，计算时间长，适合 离线仿真 智能模型特点：模型简单，计算时间短，快速响应，能够自适应和自
学习，适合在线计算
在前述完整系统的板形理论和控制模型的基础上，可以开发出多 种板形控制模型和技术，如机理离线仿真技术、辊型优化模型和技术、 轧辊横移模型和技术、弯辊模型和技术、轧辊分段冷却模型和技术、 边部减薄控制模型和技术、板形在线控制技术，等等。
1.轧辊热膨胀
板形计算精度很大程度上取决于轧辊温度场的计算精度。 辊型在线检测技术限制，很难在线准确测量轧辊热凸度，往
往通过轧辊温度场的计算来预报和控制轧辊热变形。
计算方法主要有两种：理论公式法和实测数据法 理论公式法：可考虑复杂边界条件，精度高，速度慢 有限元法、有限差分法 实测数据法：无法考虑边界条件，精度较低、速度快
接 触 疲 劳 磨 损 按 磨 损 表 面 分
三 体 磨 料 磨 损 二 体 磨 料 磨 损
冲 蚀 磨 损
微 动 磨 损
冲 击 磨 损
严 重 磨 损
轻 微 磨 损
按 相 对 硬 度 分
软 磨 料 磨 损 硬 磨 料 磨 损 固 定 磨 料 磨 损
按 相 对 运 动 分
自 由 磨 料 磨 损
咬 咬 擦 胶 死 焊 伤 合