第３７卷第４期 ２０１１年８月 包钢科技 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｂａｏｔｏｕ Ｓｔｅｅｌ Ｖｏ１．３７，Ｎｏ．４ Ａｕｇｕｓｔ，２０１ １
冷轧带钢的板形检测
李爱莲 ，郅晓明 ，周 鑫
（１．内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头０１４０１０；
２．内蒙古包钢钢联股份有限公司薄板坯连铸连轧厂，内蒙古包头０１４０１０）
摘要：文章介绍了包钢薄板坯连铸连轧厂冷轧带钢板形的检测设备及其测量原理，叙述了检测信号的采集及转 换方法，并进行总结。 关键词：板形检测；平直度；信号采集 中图分类号：ＴＧ３３５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—５４３８（２０１１）０４—００５５—０４
Ｓｌａｂ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｌｄ——ｓｔｒｉｐ Ｓｔｅｅｌｓ
Ａｉ—ｌｉａｎ ，ＺＨＩ Ｘｉａｏ—ｒｕｉｎｇ ，ＺＨＯＵ Ｘｉｎ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｕｎｉｖｅ￣ｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂａｏｔｏｕ ０１４０１０，Ｎｅｉ Ｍｏｎｇｇｏｌ，Ｃｈｉｎａ；
２．ＣＳＰ Ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｕｎｉｏｎ Ｃｏ．Ｌｔｄ．ｏｆ Ｂａｏｔｏｕ Ｓｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏｒｐ．，Ｂａｏｔｏｕ ０１４０１０， Ｎｅｉ Ｍｏｎｇｇｏｌ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｉｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｌｄ—ｓｔｒｉｐ ｓｔｅｅｌｓ ｉｎ ＣＳＰ Ｐｌａｎｔ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｏｆ ｓｉｇｎａｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｌａｂ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｇｌａｎｃｉｎｇ ｆｌａｔｎｅｓｓ；ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｇｎａｌｓ
随着现代工业科学技术的不断发展，冷轧薄板 生产对板带板形的质量要求越来越高，然而，要对板
形实现良好的控制，先进的板形检测方法和精确的 检测结果是生产高质量冷轧板带的前提。板形是衡 量冷轧带钢的质量指标之一，板形模式识别则是板
形控制的关键。随着板形模式识别理论的发展，其 方法大体可以分为传统识别方法和智能识别方法两
大类。由于板形检测辊直接测到的信号为模拟量， 对其进行一系列的解调、放大、检波等处理后，再经 数模变换输入计算机系统。 １ 板形检测的现状
在冷轧生产过程中，对板形控制的要求越来越
高，而板形控制系统只有将可靠的在线板形信息进 行合理的处理，才能发出正确的指令控制执行机构 工作。这些在线的板形信息，就要板形检测装置提
供。对板形检测装置的主要要求是：高精度、良好的 适应性、安装方便、结构简单、易于维护以及对带钢 不造成任何伤害。因此，板形检测是一个比较困难
的问题，也是实现良好的板形控制的先决条件。
收稿日期：２０１１—０５—１Ｉ 作者简介：李爱莲（１９７３一），女，河北省唐山市人，硕士，副教授，主要从事自动化专业的教学工作。
５６ 包钢科技 第３７卷
２ 常用板形仪简介
板形检测仪可以实时的检测冷轧板带的平直
度，安装后可以及时的调整轧辊工作方式及冷却方 式，极大的提高冷轧板带的产品质量和自动化生产 程度。板形检测仪分为两大类，接触式板形检测仪 和非接触式动态板形检测系统。
２．１ 接触式板形检测仪 ２．１．１ 优点 （１）信号检测直接，信号处理比较容易保真。 （２）测量精度高，现在已经达到±０．５Ｉ单位（实 际产品有±３．ＯＩ单位就可以满足高标准要求）。
２．１．２缺点 （１）造价高、配件昂贵，每套售价为非接触式的 ３～５倍以上。 （２）辊面磨损后必须重新打磨，否则会划伤板 面，重磨后须进行技术要求很高的重新标定。
２．２非接触式动态板型检测仪 ２．２．１ 优点 （１）硬件结构相对简单而易于维护，因而其造 价及配件要便宜得多。
（２）传感器为非传动件，安装方便。
（３）因为传感器不和板面接触而避免了划伤板 面的可能。 ２．２．２缺点 （１）板形信号为非直接信号，处理精度为±２．５Ｉ
单位左右。 （２）信号处理技术要求高，难度大，增加了软件
编写、调试费用。 非接触式板形仪是指在专用传感器与带材不接
触的条件下检测出带材板形。其采用的检测方法主 要有：电磁法、光学法、测温法、测厚法、测振法、测挠 度法及弹性辊变位测距法、张力计法等川。
从各大钢铁企业的使用情况来看，目前接触式 板形测量设备技术成熟，精度很高，应用广泛。
３ 板形检测仪的应用
冷轧平直度测量仪是在宽度方向上测量径向张 力。径向张力的分布被测量并在平直度测量系统上
显示。板形控制的任务是设定期望的板带张力分 布。带钢张力分布一致的先决条件是在宽度方向上
相应的厚度减少量是一致的，这是通过尽可能精确
地使辊缝和带钢板形匹配来实现的。 ３．１ 板形检测仪的结构
图１即为现所使用的板形测量仪——ＢＦＩ平直 度测量辊，这是一种接触式板形检测仪，它是由德国
钢铁工艺研究所（ＢＦＩ）研制的。接触式板形仪的检 测元件均为压力传感器，其检测元件的核心部分为 电阻应变片。这种辊的测压元件是石英压电晶体。 测量辊中电子仪器的供电及控制信号的输人和测量
信号的输出一样，也有接触式和无接触式两种。当 前所使用的板形仪大都采用接触式，即使用滑环装
置。
图１ ＢＦＩ测量辊
其检测元件如图２所示。
图２压电晶体传感器
其原理是：检测辊是在一个整体实心圆柱上挖
出一些小孔（如图１所示）。在小孔中埋人压电传 感器，并由螺栓固定。特种螺栓对传感器施加的预 应力使其处于线性测量范围之内。通过中心孔可将
所有的传感器和在测量辊一端的放大器连接起来。 这样的构造能避免测量辊弯曲时对传感器产生干扰 力。检测辊的直径可以选在２５０ ｍｔｒｌ至６００ ｍｍ之
间。它的表面硬度及材料也可以自由选择，如使用 橡胶或塑料。
３．２板形检测的原理 图３为平直度测量的原理图，其中Ｆ ｉ为板带 不同测量区的张力，Ｆ 。 为板带总张力。
第４期 冷轧带钢的板形检测 ５７
图３平直度测量原理图
其测量原理是：如果板带的延伸率相同，则板带
在宽度方向上不同离散点的张力应该相同。所以通 过设置测量辊测量板带的局部张力，就可以测出板 带的平直度。当板带通过转向测量辊时，会产生一
个对辊的向下压力 ，由此压力可以计算出板带 的张力 ｉ来。通过在板带宽度方向上测量若干个 点，就可得出板带的平直度。如果在板带宽度方向上
的压力不统一，相应的板带张力也是不统一的。随着 板带的运行，离散的测量＊ＬＮ方向上不同点的张力，
就会得到板带在不同点的平直度。
由于对辊的向下压力 ；的测量精度要求很 高，所以在测量辊上一般使用压电式传感器，这种传
感器将物理压力转换为电荷，电荷再通过一个放大 器转换为对应物理压力比例的直流电压 。
４ 检测信号的处理
４．１ 平直度信号的采集
平直度系统只作用在第五机架。ＰＣＭ编码单元和 ＳＩＭＡＴＩＣ—ＴＤＣ机架都容纳在控制室内的一个柜子内， 用于板形画面显示的ＷｉｎＣＣ站也置于控制室内。用
于多区冷却的冷却阀通过ｐｒｏｆｉｂｕｓ ｄｐ直接与板形控制
系统连接在一起。其余的自动化系统通过名为总体数 据存储（ＧＤＭ）与板形控制系统连接在一起。板形控制 系统通Ａ，Ｎ速以太网与画面显示系统交换数据。通过
ＷｉｎＣＣ服务器，数据被提供给了ＷｉｎＣＣ站。显示画面 会在控制室内的控制面板上实现。屏幕内容会通过与 ＨＭＩ ｂｕｓ连接的打印机打印出来。
从测量辊获得平直度信息，通过ＰＣＭ编码单 元，使用ＴＣＰ／ＩＰ网络送人控制器。控制器使用某
种算法处理后，将处理的结果信号送人现场执行机 构，以便得到期望的平直度。
其中电荷放大器、多路转换器、Ａ／Ｄ转换器、平 直度信号ＰＣＭ编码器、光电隔离转换和位置传感器
都固定在测量辊上。最多８个压电传感器可以组合 到一个通道，并被分配到一个电荷放大器。压电晶 体传感器以均匀的间隔安装在测量辊圆周面。因此 每个测量值的位置必须精确的记录。在此，用增量
位置传感器记录测量值的位置。ＰＣＭ单元将测量 值及其位置组合起来发送。
传感器检测到的压力信号经过放大处理后通过
多通道转换器送到信号输出装置，信号输出装置将检 测辊内的信号通过某种方式传送到检测辊外，计算机 接收到该信号并与位置传感器（位置传感器的作用是 将各测量元件发出的信号标上序号，以便信号输出后
能识别处理）送来的信号进行综合分析、处理然后将 处理后的信号分为两部分，一部分用于在线显示板
形，另一部分用于板形控制。由于检测元件彼此交错
排列，因此发送的信号也是彼此错开的。这样，几个 传感器可以共用一个放大器，节省了制造、保养费用。 当前使用的板形仪的数据采集与传输基本都是按此
原理来设计的，所不同的是信号输出装置。 从放大器输出的模拟信号通过Ａ／Ｄ转换器数
字化，然后经过光隔送入测量辊的接口卡，再用串行 连接送人控制柜内的ＰＣＭ解码单元。每当测量辊
转一周，ＰＣＭ解码单元就给控制器送人一个完整的
数据集合——一个ＴＣＰ／ＩＰ报文。控制器和ＰＣＭ解 码单元之间的通讯采用直接点对点通讯，ＰＣＭ解码 单元直接连接到控制器的ＴＣＰ／ＩＰ通讯卡上。控制
器接收到测量数据后，进行更进一步的处理，然后将
控制执行机构的信号送人执行机构控制单元。在该 系统中执行机构控制单元为支撑辊压下倾斜系统、
中间辊弯辊系统、工作辊弯辊系统、中间辊窜辊系 统、以及工作辊多区冷却系统。
４．２平直度信号的转换 在正常轧制时，平直度测量系统设定为测量模
式。当平直度测量辊每旋转一周时，ＰＣＭ解码单元 向平直度处理器发送一套数据报文，该数据报文包 含每个区域的径向轧制力和用于诊断的一些数据。
实际轧制过程中，为了修正因带钢中部隆起而
引起的测量值偏差，每个测量区实际测量的径向轧 制力Ｆ（ｉ），转换为标幺的径向轧制力 （ｉ），也就是
每个区域的单位张力
）＝
式中： （ｉ）为每个检测区域的单位张力；Ｆ（ｉ） 为每个区域的径向轧制力；日（ｉ）为每个区域的板带 厚度；Ｂ（ｉ
）为晶体压电传感器宽度。另外，还会求