板帶軋制過程控制系統(tǒng)及軋制力關鍵模型研究.pdf

1、過程控制系統(tǒng)是板帶材軋制計算機控制系統(tǒng)的重要組成部分，是保證板帶材產品質量的主要控制手段。本文在參與國內外多條板帶材軋制生產線新建或改造的背景下，以板帶材軋制過程控制系統(tǒng)為研究對象，在過程控制系統(tǒng)的系統(tǒng)架構和功能實現(xiàn)方面開展研究工作，設計并開發(fā)了RAS-軋制過程控制系統(tǒng)應用平臺和數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。針對全連續(xù)熱連軋帶鋼生產線的特點，改進了全線跟蹤功能。并將研究成果成功應用于現(xiàn)場，取得良好的效果。同時，依托國家自然科學基金《應變速率矢量內

2、積解法在軋制功率變分中的應用研究》(No.51074052)，對過程控制系統(tǒng)的關鍵數(shù)學模型-軋制力線性化解析解法進行了深入研究。研究內容和取得的主要進展如下：
　　(1)板帶材軋制過程控制系統(tǒng)應用平臺。參考國內外板帶材軋制過程控制系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)設計，并考慮當前計算機技術的發(fā)展趨勢，過程控制系統(tǒng)應用平臺硬件采用通用PC服務器;系統(tǒng)開發(fā)平臺和開發(fā)軟件采用通用Windows系列的系統(tǒng)和軟件。軟件使用多進程多線程、模塊化結構設計，以事件

3、信號驅動機制建立模塊間聯(lián)系。實際應用證明這樣的系統(tǒng)設計具有顯著優(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，系統(tǒng)架構具有很強的通用性和適應性，可以按照不同軋線的特點自主選擇合適的模塊，對我國板帶材生產線的全自動生產具有積極的促進作用。
　　(2)改進全連續(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，提出其實現(xiàn)全線跟蹤面臨多塊鋼同時軋制等關鍵問題。針對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;對軋區(qū)進行邏輯分區(qū)，區(qū)內劃分雙隊列，并為每一個機架設立雙存儲區(qū);有機的組合軋線各個儀表信號;提出“最小安全間距”的概念，對后一帶鋼的最大穿帶速度進行限制。改進后的跟蹤功能成功的應用于現(xiàn)場生產線，性能穩(wěn)定，有效的提高了軋制節(jié)奏，進而提高產能。
　　(3)設計并開發(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作為服務器，通過PROFIBUS-

5、DP連接基礎自動化，軟件采用Windows后臺服務、多線程、功能模塊化設計，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、實用性強和性能穩(wěn)定的特點，有效的提升了中小企業(yè)的裝備水平。
　　(4)分別提出針對厚板(形狀因子滿足l/(2h)＜1)和薄板（形狀因子滿足l/（2h）＞1）的滿足運動許可條件的簡化的整體加權速度場，并對其軋制功率泛函使用應變矢量內積解法、共線矢量內積和積分中值定

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

7、一個新的符合運動許可條件的對數(shù)速度場，并考慮軋輥彈性壓扁的影響，采用EA屈服準則比塑性功率近似取代非線性的Mises比塑性功率對薄板熱連軋精軋區(qū)軋制力進行解析，并分析各個力能參數(shù)之間的關系。結果表明，軋制力計算誤差較小，反映出的力能變化規(guī)律符合實際。以上軋制力解析解法對于軋制過程中軋制功率泛函的求解具有啟發(fā)意義。
　　(6)首次提出反對稱拋物線狗骨模型，對立軋咬入?yún)^(qū)進行細致分區(qū)，推導出運動許可的速度場和應變速率場，結合角分線法則和