板帶軋制過程控制系統(tǒng)及軋制力關(guān)鍵模型研究.pdf

1、過程控制系統(tǒng)是板帶材軋制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，是保證板帶材產(chǎn)品質(zhì)量的主要控制手段。本文在參與國內(nèi)外多條板帶材軋制生產(chǎn)線新建或改造的背景下，以板帶材軋制過程控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，在過程控制系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)方面開展研究工作，設(shè)計(jì)并開發(fā)了RAS-軋制過程控制系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)和數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。針對(duì)全連續(xù)熱連軋帶鋼生產(chǎn)線的特點(diǎn)，改進(jìn)了全線跟蹤功能。并將研究成果成功應(yīng)用于現(xiàn)場，取得良好的效果。同時(shí)，依托國家自然科學(xué)基金《應(yīng)變速率矢量內(nèi)

2、積解法在軋制功率變分中的應(yīng)用研究》(No.51074052)，對(duì)過程控制系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)學(xué)模型-軋制力線性化解析解法進(jìn)行了深入研究。研究內(nèi)容和取得的主要進(jìn)展如下：
　　(1)板帶材軋制過程控制系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)。參考國內(nèi)外板帶材軋制過程控制系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并考慮當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢，過程控制系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)硬件采用通用PC服務(wù)器;系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)和開發(fā)軟件采用通用Windows系列的系統(tǒng)和軟件。軟件使用多進(jìn)程多線程、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以事件

3、信號(hào)驅(qū)動(dòng)機(jī)制建立模塊間聯(lián)系。實(shí)際應(yīng)用證明這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有顯著優(yōu)勢，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，方便系統(tǒng)開發(fā)，降低了系統(tǒng)成本。同時(shí)，系統(tǒng)架構(gòu)具有很強(qiáng)的通用性和適應(yīng)性，可以按照不同軋線的特點(diǎn)自主選擇合適的模塊，對(duì)我國板帶材生產(chǎn)線的全自動(dòng)生產(chǎn)具有積極的促進(jìn)作用。
　　(2)改進(jìn)全連續(xù)熱連軋帶鋼的全線跟蹤功能。分析了全連續(xù)熱連軋軋線長、速度快的特點(diǎn)，提出其實(shí)現(xiàn)全線跟蹤面臨多塊鋼同時(shí)軋制等關(guān)鍵問題。針對(duì)這些問題提出具體的解決方案，包括將物料

4、跟蹤功能嵌入過程控制系統(tǒng)內(nèi);對(duì)軋區(qū)進(jìn)行邏輯分區(qū)，區(qū)內(nèi)劃分雙隊(duì)列，并為每一個(gè)機(jī)架設(shè)立雙存儲(chǔ)區(qū);有機(jī)的組合軋線各個(gè)儀表信號(hào);提出“最小安全間距”的概念，對(duì)后一帶鋼的最大穿帶速度進(jìn)行限制。改進(jìn)后的跟蹤功能成功的應(yīng)用于現(xiàn)場生產(chǎn)線，性能穩(wěn)定，有效的提高了軋制節(jié)奏，進(jìn)而提高產(chǎn)能。
　　(3)設(shè)計(jì)并開發(fā)板帶軋制過程控制數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件采用SIEMENS CP5613 A2作為高速數(shù)據(jù)采集卡，通用PC作為服務(wù)器，通過PROFIBUS-

5、DP連接基礎(chǔ)自動(dòng)化，軟件采用Windows后臺(tái)服務(wù)、多線程、功能模塊化設(shè)計(jì)，成功開發(fā)了最短采樣周期4ms的板帶軋制過程控制數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有成本低、采樣速率快、實(shí)用性強(qiáng)和性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，有效的提升了中小企業(yè)的裝備水平。
　　(4)分別提出針對(duì)厚板(形狀因子滿足l/(2h)＜1)和薄板（形狀因子滿足l/（2h）＞1）的滿足運(yùn)動(dòng)許可條件的簡化的整體加權(quán)速度場，并對(duì)其軋制功率泛函使用應(yīng)變矢量內(nèi)積解法、共線矢量內(nèi)積和積分中值定

6、理進(jìn)行解析。推導(dǎo)出了軋制力的解析解，并與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果誤差很小，具有較高的計(jì)算精度?？紤]雙鼓形對(duì)厚板軋制的影響，提出vz沿z方向呈拋物線分布比線性分布積分更加合理。而對(duì)于薄板熱軋，計(jì)算結(jié)果表明軋輥彈性壓扁對(duì)應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)的影響幾乎可忽略。同時(shí)，分析了摩擦因子、幾何因子對(duì)中性點(diǎn)位置和應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)的影響規(guī)律。該解法從數(shù)學(xué)的角度直接對(duì)Mises非線性功率泛函進(jìn)行線性化，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)變速率張量化為矢量內(nèi)積并求和的運(yùn)算。
　　(5)提出了

7、一個(gè)新的符合運(yùn)動(dòng)許可條件的對(duì)數(shù)速度場，并考慮軋輥彈性壓扁的影響，采用EA屈服準(zhǔn)則比塑性功率近似取代非線性的Mises比塑性功率對(duì)薄板熱連軋精軋區(qū)軋制力進(jìn)行解析，并分析各個(gè)力能參數(shù)之間的關(guān)系。結(jié)果表明，軋制力計(jì)算誤差較小，反映出的力能變化規(guī)律符合實(shí)際。以上軋制力解析解法對(duì)于軋制過程中軋制功率泛函的求解具有啟發(fā)意義。
　　(6)首次提出反對(duì)稱拋物線狗骨模型，對(duì)立軋咬入?yún)^(qū)進(jìn)行細(xì)致分區(qū)，推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)許可的速度場和應(yīng)變速率場，結(jié)合角分線法則和