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“1+1”热粗轧热精轧前、后滑数学模型开发应用

作　者: 徐桂全
导　师: 丁桦
学　校: 东北大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 数学模型前滑后滑理论模型统计模型 WinCC PLC
分类号: TG335.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

从广泛的意义来说,前滑、后滑现象是广义的纵变形,它是纵变形研究的基本内容。在轧制过程中建立精确的前滑、后滑模型有利于更好地控制总变形过程。在连轧过程中,张力是一个非常积极、活跃的工艺参数。在带有张力轧制时必须建立精确的前滑、后滑模型,有利于控制堆铝和轧件拉断现象。另外轧辊圆周速度的设定精度主要取决于前滑模型的预报精度,因此,轧制过程要求有较高精度的前、后滑模型,这关系到速度设定的准确性和张力的稳定性。本文针对中铝洛阳热轧厂现状,对该厂生产中出现的情况进行了研究分析,对不同铝合金生产过程中采用激光测速仪来测定轧件的速度和轧辊速度,对精轧和粗轧过程,分别开发出相应的前滑,后滑的数学模型,并通过人机交互的方式采用西门子WinCC组态软件实现模型的应用。获得的主要研究成果如下:(1)由秒流量恒定原理和前后滑定义,推导出前滑和后滑的关系,通过建立压力模型,摩擦系数理论模型,中性角模型,变形抗力模型等,在遵循Mises塑性条件下,根据Dresden公式和Bland&Ford单位压力模型建立了精轧的前后滑关系的数学模型,同时根据Fink公式和西姆斯单位压力模型建立了粗轧的前后滑关系的数学模型。将理论计算值和实测数据进行了比较,粗轧和精轧过程中的理论计算值与实测值的误差分别小于±12%和±13%,表明了所建立的粗轧和精轧理论模型和实际粗轧和精轧过程能较好的吻合。(2)根据实测数据,考虑了轧件出口厚度、轧件变形程度、轧辊圆周速度、摩擦系数、张力等相关因子,通过多元线性回归建立了统计模型。比较了各系铝合金在精轧和粗轧的过程中前滑值的统计计算值与实测值,其误差不超过±13%,模型的显著性系数R值为接近于1,F值均小于0.0001。统计计算值与实测值能较好的吻合,表明了所建立的统计型模型和实际轧制过程中的前滑值能较好的吻合。(3)通过WinCC实现模型的应用。在WinCC中,通过建立变量、编辑全局脚本将模型编辑成程序的基础上创建了过程画面,采用触摸屏来实现过程可视化,并通过WinCC与PLC的通讯实现人机界面交互连接,可实现数学模型的应用。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-13
第一章绪论  13-31
  1.1 铝工业概况  13-21
    1.1.1 国内外铝加工业的发展现状  13-14
    1.1.2 我国铝加工业的发展水平及其与世界先进水平的主要差距  14-15
    1.1.3 我国铝轧制工业与国际先进水平的主要差距  15-21
      1.1.3.1 企业规模与现代化水平  15-17
      1.1.3.2 工艺装备及设计制造能力  17-20
      1.1.3.3 生产工艺与轧制技术  20-21
  1.2 我国铝轧制设备普遍存在的问题与分析  21-22
  1.3 轧制过程中的数学模型  22-24
    1.3.1 数学模型的特点  22
    1.3.2 数学模型的类型  22-23
      1.3.2.1 基础理论模型或机理模型  22-23
      1.3.2.2 统计模型  23
      1.3.2.3 理论统计模型  23
    1.3.3 前滑后滑数学模型建立和应用的基本方法和步骤  23-24
      1.3.3.1 前滑后滑理论模型的建立的基本方法和步骤  23
      1.3.3.2 统计模型的建立的基本方法和步骤  23-24
  1.4 本课题研究的背景与意义  24-31
    1.4.1 生产现场的基本概况  24-25
      1.4.1.1 设备情况  24-25
      1.4.1.2 产品规格和轧制道次  25
    1.4.2 工艺过程  25-28
      1.4.2.1 几个概念  25-26
      1.4.2.2 上料及轧制准备  26
      1.4.2.3 粗轧机的单道次轧制  26
      1.4.2.4 粗轧机双道次轧制  26-27
      1.4.2.5 重型液压切头剪工作  27
      1.4.2.6 粗轧机两端轻型切头剪工作  27-28
      1.4.2.7 精轧机及卷取机、圆盘机和卸卷装置工作  28
    1.4.3 生产过程中的问题与分析  28-30
      1.4.3.1 出现的问题  28-29
      1.4.3.2 问题出现的原因  29-30
    1.4.4 研究的目的与内容  30-31
第二章统计模型  31-47
  2.1 统计模型建立的基础  31-33
    2.1.1 前滑和后滑  31-33
  2.2 线性回归的计算方法  33-36
    2.2.1 一元线性回归的计算方法  33-34
    2.2.2 二元线性回归的计算  34-36
  2.3 多元线性回归模型  36-40
    2.3.1 多元线性回归的计算方法  36-37
    2.3.2 多元线性回归的估计  37-38
      2.3.2.1 回归系数的估计  37
      2.3.2.2 最小二乘法  37-38
    2.3.3 显著性检验  38-39
      2.3.3.1 回归系数的显著性检验  38
      2.3.3.2 回归方程的显著性检验  38-39
    2.3.4 复相关系数  39-40
  2.4 统计模型的建立与实测值的比较  40-45
    2.4.1 1系铝合金的粗轧统计模型  40-41
    2.4.2 3系铝合金的粗轧统计模型  41
    2.4.3 5系铝合金的粗轧统计模型  41-42
    2.4.4 6系铝合金的粗轧统计模型  42-43
    2.4.5 8系铝合金的粗轧统计模型  43-44
    2.4.6 铝合金的精轧统计模型  44-45
  2.5 本章小结  45-47
第三章理论模型  47-69
  3.1 精轧前滑模型的建立  47-53
    3.1.1 Dresden公式  47-49
    3.1.2 中性角的模型  49-50
    3.1.3 摩擦系数的模型  50-53
    3.1.4 轧件的平面变形抗力的计算  53
  3.2 粗轧前滑的理论模型  53-57
    3.2.1 单位宽度上轧制压力的模型  55-56
      3.2.1.1 平面变形抗力的理论模型  55
      3.2.1.2 变形区长度的理论模型  55-56
    3.2.2 平均单位压力的模型  56-57
    3.2.3 粗轧过程摩擦系数模型  57
  3.3 前滑理论模型与实测值的比较  57-59
  3.4 前滑后滑的影响因素  59-66
    3.4.1 变形程度的影响  59-60
    3.4.2 轧辊直径的影响  60-61
    3.4.3 前张力的影响  61-62
    3.4.4 后张力的影响  62-63
    3.4.5 摩擦系数的影响  63-65
    3.4.6 轧辊辊速的影响  65-66
  3.5 本章小结  66-69
第四章数学模型的应用  69-89
  4.1 人机界面简介  69-71
    4.1.1 人机界面的概念  69
    4.1.2 人工界面工作的原理  69-71
  4.2 组态软件西门子WinCC在工业中的应用  71-73
    4.2.1 西门子WinCC简介  71-72
    4.2.2 WinCC的特点  72-73
  4.3 数学模型在WinCC的应用过程  73-83
    4.3.1 建立项目  73-74
    4.3.2 创建结构变量  74-79
      4.3.2.1 创建内部变量  74-75
      4.3.2.2 建立外部变量  75-76
      4.3.2.3 创建C脚本程序  76-79
    4.3.3 创建过程画面  79-83
  4.4 WinCC与PLC的通讯  83-89
    4.4.1 创建站与自动化系统的物理连接  84
    4.4.2 添加驱动程序  84-85
    4.4.3 PROFIBUS通道单元建立WinCC和PLC通讯  85-89
      4.4.3.1 硬件组态  85-86
      4.4.3.2 在WinCC站的PC设置参数  86-89
第五章结论  89-91
参考文献  91-95
致谢  95

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