CN101930225A - 热轧卷取宽度的自动控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种热轧卷取宽度的自动控制方法及其装置，在本发明的方法中包括：对被卷取带钢进行分类，在上位机内建立的张力系数及卷取机的超前系数数据库，使每个被卷取带钢具有相对独立的系数与之匹配，以实现正确控制；对带钢卷取宽度拉窄的现象和原因进行自动判断；分析卷取超前速度设定的准确性；对宽度拉窄的程度进行自动判断，并分别采用自适应技术。本发明不但实现了卷取宽度拉窄的自动判断，而且还实现了拉窄程度的自动判断，杜绝了漏判问题，便于系统在最短的时间内采取正确控制的措施，提高了产品质量并减少了操作人员的工作角荷。

Description

热轧卷取宽度的自动控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及热轧卷取机技术，尤其是指应用于对带钢热轧宽度精度和卷形质量进行控制的一种热轧卷取宽度的自动控制方法及其装置。

背景技术

宽度是热轧带钢产品的一项重要的质量指标。一般情况下，热轧带钢的宽度精度必须控制在0-20mm的精度范围内，否则会视为不合格产品。而且宽度只允许有20mm以内的正公差，不允许出现负公差。热轧带钢的宽度质量主要由粗轧和精轧机组控制，但位于精轧机组后的卷取机组对有些品种的带钢宽度质量也有影响。

卷取机是用于将轧制的成品热轧带钢卷成钢卷，卷取机位于精轧机组后，为热连轧生产线的最后一道工序。参见图1，卷取机主要包括将带钢由精轧机组输送至卷取机的辊道11、对中带钢用的侧导板12、夹送辊13、三根助卷辊14和卷筒15等主要部件，其中夹送辊13在头部咬钢阶段对带钢施加一定的夹紧力，同时对其实施第一次弯曲变形，在尾部卷取阶段对带钢施加稳定的张力，以保证良好的卷形质量。

卷取机在工作过程中主要有两种控制方式，即速度控制和张力控制，这两种控制方式在一定条件下进行转换。其控制结构参见图2，当精轧机组21的F1机架咬入带钢22，上位机23将带钢规格品种数据24下发给卷取机25的BA计算机26，CPU 27收到带钢规格品种数据24后，计算出电机212应输出的速度值28和转矩值29。将设定的速度值28和转矩值29经过调整后，送到控制转换开关210，供电机控制设备211控制卷筒电机212运行。卷筒电机212通过变速箱213向卷筒214输出力矩以卷取带钢22。如果当前为速度控制，则电机控制设备211接收速度设定值28为输入值，进行对卷筒电机的速度控制，输出设定转速。如果当前为转矩控制，则电机控制设备接收转矩设定值29为输入值，进行对卷筒电机的转矩控制，输出设定转矩。由于在卷取过程中，卷径会不断增加，所以必须实测电机的转速215，并对计算卷径值216。另外操作台可以对卷取张力和速度进行手动修正217，经过实际测量值计算后的带卷直径数据216和手动修正数据217也会上传至CPU 27，补偿速度值28和转矩值29的计算。可以看出，超前速度和张力的手动修正217设定是一个开环系统。

上述结构的卷取机在生产某些种类的带钢时，在距离带钢头部约150M出现不同程度的宽度拉窄现象，造成批量带钢宽度临时封锁，严重影响带钢质量。这与卷取机咬钢过程有关。

参见图3，卷取机工作中在带钢头部缠绕上卷筒以前，为了尽快绷紧松弛的带钢，夹送辊33、助卷辊34以及卷筒35均以一定的超前速度运行。当带钢头部咬入夹送辊33后，夹送辊33由速度控制切换到转矩控制，夹送辊33以前向张力使带钢穿过夹送辊；随着带钢头部在卷筒35上的卷取，夹送辊33由前向张力逐渐变为后向张力，当卷筒35建张后，夹送辊33输出后向张力以承担一部分卷取张力，其方向与卷筒35相反；同时，卷筒35在建张之后，由速度控制切换为转矩控制，通过调节电机的输出转矩设定值，使带钢承受一定的张力并以该张力进行卷取。当带钢尾部离开精轧机末端机架31时，夹送辊33承担的后向张力加大，同时，卷筒35由转矩控制切换回速度控制，以同步速度运转。当带钢尾部进入夹送辊33后，夹送辊33由转矩控制切换回速度控制，以滞后速度运转。同时卷筒35开始慢慢减速直到卷取完毕后停止。带钢由精轧末机架31轧出后，其头部缠绕上卷筒以前，辊道32、夹送辊33、助卷辊34和卷筒35都采用比带钢运行速度快的超前速度设定，当松弛的带钢突然被绷紧时就容易被拉窄。带钢头部由精轧末机架31轧出后，需要通过层流冷却装置36进行性能控制，温度骤降。所以带钢被拉窄的部位一般发生在温度最高，塑性最低的精轧出口处37。

目前，对上述情况的带钢拉窄现象是采用如图所示的人工控制方式，参见图4，当质检站418发现带钢实测宽度低于目标宽度后通知卷取操作人员，卷取操作人员根据实际操作经验对卷取机张力和相关设备的超前进行张力和速度的手动修正217。然后质检站418观察下一块带钢的宽度实测情况，如果下一块带钢宽度正常，卷取宽度的手动控制结束。如果下一块带钢的宽度仍然被拉窄，那么操作人员继续进行张力和速度的手动修正，直至卷取宽度正常。

上述这种手动控制宽度的方法存在以下问题：

卷取张力设定不精确。卷取机张力根据单位张力计算模型公式1获得，这是经验公式，虽然使用方便、简单，但是由于其经验值的获得是通过有限的试验得出，且不能持续更新，为了弥补不足，必须增加操作人员对张力的干预权限，以至出现诸多问题：

1)张力设定因人而异，差异大。由于不同的操作工对于张力系数给定的经验不尽相同，在生产同一规格带钢时，各操作人员的张力设定值差异较大，直接导致各操作人员在卷取宽度和卷形的质量业绩的显著差异。

2)张力设定错误多。由于人工手动设定，容易出现疏忽和误操作等人为不确定因素，从而人为影响设定值的准确性及质量。

卷取机对带钢施加的单位张力(以下简称张力)的计算模型如下：

$\mathrm{SMATENS}=9.81\×(\frac{2}{T}+0.1)\×\frac{\mathrm{HYP}}{206}\×1.2\·\mathrm{TenFac}1$ (公式1)

其中：SMATENS-单位张力，T-带钢厚度，

TenFact-张力系数(操作人员根据宽度和卷形的实际质量情况手动调节)，

HYP-热屈服强度，当时，取5。

2、引发其他质量缺陷。降低超前速度和张力可以有效控制宽度拉窄问题，但超前速度和张力降低到一定程度后，又容易诱发其他缺陷。

1)降低卷取机的夹送辊、助卷辊和卷筒的超前速度可以在一定程度上控制卷取宽度拉窄，但会引起内圈松卷的缺陷，使在后工序生产时，卷层之间出现打滑现象，从而引发带钢的卷取擦伤等表面缺陷。

2)降低张力设定也可以有效控制宽度拉窄，但张力减低至一定程度后，也会导致扁卷和松卷等卷形缺陷的产生。

3)未遵循速度优先原则，降低张力和超前速度都可以有效控制宽度拉窄问题，但试验证明，超前速度是主要因素。在卷取宽度拉窄发生后，应该遵循速度优先降低的原则。而在手动宽度控制方法中，往往速度和张力同时降低，这样就易造成严重的内圈松卷缺陷。

3、易判断失误。由于精轧机组也会造成宽度拉窄现象，另外因仪表也可能出现失真问题，不能简单地将宽度缺陷都视为卷取机造成，在人工判断的情况下，经常因人为判断错误导致采取错误的控制措施而引起连续的宽度不合格。

4、操作负荷大。在生产中，质监站必须对每块带钢的测宽仪记录进行检查，发现带钢宽度拉窄时必须通知操作人员手动对张力进行人工修正，工作量大。

综上所述，随着热轧产品品种的不断拓展，卷取宽度的手动控制方法已经不能满足需要。需要开发卷取宽度自动控制技术，以满足带钢宽度和卷形质量的苛刻要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种适用性广泛的热轧卷取宽度的自动控制方法，该方法对热轧卷取中带钢宽度的拉窄现象能够进行自动判断并进行自动控制，以有效地提高产品质量及节约人力。

本发明的另一目的是提供一种实施上述方法的热轧卷取宽度的装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种热轧卷取宽度的自动控制装置，其特征在于包括：精轧F1机架；卷取机；精轧测宽仪；卷取测宽仪；上位机，

所述卷取机包括夹送辊、三根助卷辊、卷筒及控制卷筒电机的卷筒控制电路，所述卷筒控制电路包含：

BA计算机，内含CPU；

与所述CPU的输出端分别连接电机速度值计算模块、电机转矩值计算模

块连接，CPU还连接一个卷径计算模块；

与所述电机速度值计算模块及电机转矩值计算模块的输出端连接的控制转换开关，该控制转换开关连接电机控制设备，该电机控制设备连接卷筒电机，该连接卷筒电机通过变速箱连接所述卷筒；

与所述卷筒电机连接的转速测量器，转速测量器的输出端连接所述卷径计算模块；

所述精轧测宽仪设置在所述精轧F1机架末端出口处，测量带钢精轧宽度；

所述卷取测宽仪设置在所述卷取机入口处，测量带钢卷取宽度；

所述上位机，是带钢在卷取过程中向所述卷取机的BA计算机中的CPU发送数据库中数据的上位计算机，所述数据库包含带钢品种规格数据库、速度自动设定数库、张力自动设定数据库，所述带钢品种规格数据库与所述精轧F1机架提供的被卷取带钢信号连接，所述上位机还包括：

与所述精轧测宽仪和卷取测宽仪输出端连接的宽度拉窄判断模块；

与所述宽度拉窄判断模块输出端连接的张力修正模块，张力修正模块连接一张力自适应模块，张力自适应模块的输出端与所述张力自动设定数据库连接；

与所述宽度拉窄判断模块输出端连接的速度修正模块，速度修正模块连接一速度自适应模块，速度自适应模块的输出端与所述速度自动设定数据库连接。

另外，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种热轧卷取宽度的自动控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S81，精轧机组的F1机架咬入带钢，咬钢信号由卷取机的BA计算机上传至上位机；

S82，上位机向卷取机的BA计算机下发设定电文，该设定电文数据包含3类数据：带钢品种规格数据，速度自动设定数据、张力自动设定数据；

S83，卷取机的BA计算机按上述设定电文数据对卷取机进行速度和张力的设定，直至带钢卷取完毕，并向上位机发送卷取结束信号；

S84，上位机内对分别由精轧测宽仪和卷取测宽仪动态实测的带钢精轧宽度实测数据及卷取宽度实测数据进行合理性校验，评价测量数据的合理性，当数据被判定为不合理时，终止卷取自动宽度控制；

S85，当S84中数据被判定为合理时，所述上位机对精轧宽度实测数据和卷取宽度实测数据进行比较，以对卷取宽度拉窄进行判断，判定为没有拉窄时终止卷取自动宽度控制；

S86，当S85中出现被判定为有拉窄，此时上位机对拉窄的程度进行判断；

S87，当S86中出现精轧宽度实测数据中最小宽度减卷取宽度实测数据中最小宽度之差≥5mm时被判定为严重拉窄，必须同时对速度和张力进行修正，先利用公式6计算张力修正附加值，公式6：

Ten Fact correct＝0.214+0.026(MinW_FM-MinW_C)

其中，TenFact correc为张力修正附加值，

MinW_FM为精轧宽度实测数据中最小宽度，

MinW_C为卷取宽度实测数据中最小宽度，

S88，继S87后再利用公式7计算张力自适应模型系数，上位机根据S87、S88计算结果对张力进行修正，

公式7：Self Adaptive Ten Fact＝OLD-Ten Fact correct＊weight coefficient

其中，SelfAdaptive Ten Fact-修正后的张力自适应模型系数，

OLD-修正前的张力模型系数，

Ten Fact correct-张力修正附加值，由公式6获得，

weight coefficient-权重0.3，当供模型优化用的同类型带钢的样本量超过20块以后，将权重修改为0.2；

S89，继S88后或当S86中出现精轧宽度实测数据中最小宽度减卷取宽度实测数据中最小宽度之差＜5mm时被判定宽度拉窄为轻微拉窄时，需要对速度进行修正，先利用公式2，3，4分别对卷取机的夹送辊超前速度修正值、助卷辊超前速度修正值、卷筒超前速度修正值进行计算，

公式2：Pinch Roll lead speed correct＝1.10-0.00368(MinW_FM-MinW_C)

其中，Pinch Roll lead speed correct为夹送辊超前速度修正值，

MinW_FM为精轧宽度实测数据中最小宽度，

MinW_C为卷取宽度实测数据中最小宽度；

公式3：Wrapper Roll lead speed correct＝1.13-0.00279(MinW_FM-MinW_C)

其中，Wrapper Roll lead speed correct为助卷辊超前速度修正值，

MinW_FM为精轧宽度实测数据中最小宽度，

MinW_C为卷取宽度实测数据中最小宽度；

公式4：Mandrel lead speed correct＝1.12-0.00368(MinW_FM-MinW_C)

其中，Mandrel lead speed correct为卷筒超前速度修正值，

MinW_FM为精轧宽度实测数据中最小宽度，

MinW_C为卷取宽度实测数据中最小宽度；

S810，继S89后再利用公式5分别计算夹送辊、助卷辊和卷筒的超前速度自适应模型系数，上位机根据S89、S810计算结果对速度进行修正，

公式5：Self Adaptive speed＝(NEW-OLD)＊weight coefficient+OLD

其中，Self Adaptive为新的速度自适应模型系数，

NEW为经过速度修正后的模型系数，

OLD为老的速度模型系数，

weight coefficient-权重0.2，当供模型优化用的同类型带钢的样本量超过20块以后，将权重修改为0.1；

S811，上位机将修正后的数据进行存储，以备以后类似品种、规格的带钢卷取时下发给卷取机的BA计算机。

本发明的有益效果：

1、本发明不但实现了卷取宽度拉窄的自动判断，而且还实现了拉窄程度的自动判断，杜绝了漏判问题，便于系统在最短的时间内采取正确控制措施。通过对不同程度的拉窄现象的判断，系统自动选择单独或同时采取速度和张力修正，在出现轻微拉窄时，只降低夹送辊、助卷辊和卷筒的超前速度，在控制宽度拉窄的同时，最大限度地减少对卷形和表面质量的影响；出现严重拉窄时，同时采取修正速度和张力的措施，保证控制措施准确高效。。

2、本发明采用新的带钢分类，可提供24000项张力系数值，使卷取张力设定精确，且具备新钢种自动生成和优化张力系数和超前系数的能力，不但完全能够满足带钢的不同特性的要求，而且具有拓展和及时更新的能力。

3、本发明卷取宽度拉窄的判定是计算机根据拉窄判断条件自动进行的，避免了人为判断的失误，杜绝了宽度不合格品连续产生的现象，提高了产品质量。

4、本发明实现了卷取宽度的自动控制，减轻了质检、操作人员的工作负荷。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为卷取机的机构示意图；

图2为现有卷取机电控制结构示意图；

图3为现有卷取机中带钢拉窄的位置示意图；

图4为现有卷取机中卷取宽度手动控制的示意图；

图5为本发明的被卷取带钢分类结构示意图；

图6为本发明的测宽仪的位置示意图；

图7为本发明中上位机与卷取机的BA计算机连接示意图；

图8为本发明的热轧卷取宽度的自动控制方法的流程图；

图9为本发明的卷取机电控制结构示意图；

图10为本发明的上位机结构图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明的设计思路是在解决带钢拉窄问题时，对易产生拉窄的材料必须尽可能减小对卷形质量的影响，防止引发卷形和表面等其他质量缺陷，即必须保证使用较低的超前速度和张力以保证宽度。而在生产其他带钢生产时，必须使用相对较高的超前速度和张力，以保证内圈卷层的致密性，从而保证表面质量。

另外，在对卷取宽度控制时，必须保证速度优先的原则：即在一般宽度拉窄时，只降低超前速度，而发生严重宽度拉窄时，超前速度和张力才同时降低，以最大限度地减少宽度控制对卷形和表面质量的影响。

本发明的热轧卷取宽度的自动控制方法主要包括以下4个组成部分，以下分别进行详细说明。

第1部分，带钢分类。在上位机内建立的张力系数数据库，使每个被卷取带钢具有相对独立的张力系数与之匹配，以实现对张力值的精确控制。

带钢的分类，必须选择与分类有关的合适的变量。

由上述式(1)可知，影响张力设定值的因素包括以下变量：带钢宽度、带钢厚度、热屈服强度、张力系数。对于现有系统来说，宽度、厚度和热屈服强度是带钢固有的属性，不能改动，而张力系数是整个张力设定值计算过程中一个很重要的调节参数。张力系数的好坏，将直接影响张力设定值的合理性，从而影响到带钢宽度和卷形的质量，因此，对带钢分类的核心问题是必须寻找各被卷取带钢所对应的准确的张力系数。但由于现有系统中式(1)对钢种特性分类过于粗略，所以原张力系数由操作人员凭借经验手动大幅调节，本发明必须重新细分类别，针对不同的被卷取带钢选择相应的张力系数。

虽然式(1)中的热屈服强度可以代表带钢的一些特性，但实际的生产应用中发现，热屈服强度分类过于粗略。在上位机中，热屈服强度值根据带钢卷取温度、硬度进行设定，其对应关系如表1。从该表1中可知，热屈服强度共分为16个等级，这对目前生产的多达上千种的带钢是明显不够的。

表1热屈服强度表

实际的张力控制经验中，影响张力系数取值的数据参数有很多。根据对系统的分析，得出影响带钢张力系数取值的相关参数变量分别为：带钢种类、带钢硬度、热屈服强度HYP、带钢厚度、终轧温度、卷取温度。如果采用上述全部参数变量，一方面会使分类工作很繁琐，另一方面，分类后的数据库在现场实际应用还有诸多问题存在。在以上相关参数中，部分参数是彼此相关联的，即使用一个或几个参数，就可以反映出另外参数的变化。因此，需要对以上相关参数进行筛选简化，以得到最佳参数。

参见图5，图5为本发明的被卷取带钢分类结构示意图，如图所示，本发明中与张力系数有关的参数为带钢种类(以下简称钢种)51、带钢厚度52和卷取温度53，由这些参数所建立的张力系数的分类区间等级划分如下：

第一级：钢种51，每一个带钢种类为一个等级；

第二级：带钢厚度52，每个钢种51根据被卷取带钢厚度52的不同，划分为m个区间(本实施例m＝6)，分别为厚度区间1、2、…、m(本实施例为厚度区间1-6，具体划分内容见表2)；

第三级：卷取温度53，带钢厚度52中每个厚度区间根据被卷取带钢的卷取温度53的不同，各划分为n个区间(本实施例n＝4)，分别为温度区间1、2、…、n(本实施例为温度区间1-4，具体划分内容见表3)，图5只图示本实施例中厚度区间1中的温度区间1-4，省略厚度区间2-6中的温度区间1-4。

由此可见，本发明的带钢分类采用塔型结构，即每一个钢种51下划分m个(本实施例为6个)厚度区间，每一个厚度区间下划分n个(本实施例为4个)温度区间，这样，每一个钢种包含m*n个(本实施例为6×4＝24个)不同的区间，即，相当每一个钢种在数据库中对应有m*n个(本实施例为24个)不同的张力系数。

表2带钢厚度区间表

带钢厚度区间	带钢厚度范围	带钢厚度区间	带钢厚度范围
				厚度区间1	0-2.38mm	厚度区间4	5.54-6.99mm
厚度区间2	2.39-4.05mm	厚度区间5	7.0-10.99mm
				厚度区间3	4.06-5.53mm	厚度区间6	11.0mm以上

表3卷取温度区间表

卷取温度区间	卷取温度范围	卷取温度区间	卷取温度范围
				温度区间1	0-600℃	温度区间3	651-700℃
温度区间2	601-650℃	温度区间4	701℃以上

本发明在上位机中建立的张力系数数据库中，钢种51为第一检索变量，带钢厚度52为第二检索变量，卷取温度53为第三检索变量。根据现场被卷取带钢的钢种、带钢厚度和卷取温度的值，在数据库中检索到相应的张力系数，进行张力值设定，从而实现对不同的被卷取带钢自动切换到所对应的张力设定值。

本发明中的带钢分类，基本能够保证有类似相同特性的带钢均有合适的张力系数与之匹配。例如，目前2050轧机生产的钢种有1000多种，那么采用本发明的带钢分类方法可相应提供24000项张力系数值，完全能够满足带钢的不同特性的要求。

此外，在现有技术中，卷取机的夹送辊、助卷辊和卷筒的超前系数完全依靠人工设定，所以必须在上位机内新建夹送辊、助卷辊和卷筒的超前系数数据库，使每个被卷取的带钢都具有相对独立的夹送辊、助卷辊和卷筒的超前系数与之匹配，以实现超前速度的精确控制。卷取机的夹送辊、助卷辊和卷筒的超前系数也使用与张力系数相同的分类方法在上位机中建立数据库。在此不赘述。

同样，本发明在上位机中新建的夹送辊、助卷辊和卷筒的超前系数数据库中，钢种51为第一检索变量，带钢厚度52为第二检索变量，卷取温度53为第三检索变量。根据现场被卷取带钢的钢种、带钢厚度和卷取温度的值，在数据库中检索到相应的夹送辊、助卷辊和卷筒的超前系数，进行超前速度设定，从而实现对不同的被卷取带钢自动切换到所对应的超前速度设定值。

第2部分，带钢卷取宽度拉窄的自动识别。在上位机内设计卷取宽度实测数据及精轧宽度实测数据的处理系统，以对带钢拉窄现象和原因进行自动判断。

本发明中带钢卷取宽度拉窄的自动识别是通过卷取测宽仪测得的卷取宽度实测数据及精轧测宽仪测得的精轧宽度实测数据进行比较处理实现的。

参见图6，图6为本发明的测宽仪位置示意图。如图所示，本发明在精轧机末端机架61出口处设置精轧测宽仪68，在卷取机夹送辊63入口处设置卷取测宽仪66(图6中其它的附图标记62、64、65分别为卷取机的辊道、助卷辊及卷筒)。本发明在上位机内增加对分别由精轧测宽仪68和卷取测宽仪66动态实测的带钢精轧宽度实测数据及卷取宽度实测数据进行比较的处理系统。

上位机中带钢的卷取宽度实测数据及精轧宽度实测数据的处理系统的工作流程包括：

采集带钢的卷取宽度实测数据及精轧宽度实测数据；

将采集的两个宽度实测数据进行合理性校验，所谓合理性校验，是指实测数据由于种种原因(如带钢板形差或测量系统失真等)出现异常数据是不可避免的，为此必须评价测量数据的合理性。目标宽度是根据直接用户或下工序要求确定的带钢宽度目标值(如，用户需要1100mm宽度的带钢，则目标宽度为1100mm)。所述合理性校验必须同时满足以下三个要求：一是精轧宽度实测数据与目标宽度之间的比较，精轧宽度实测数据与目标宽度之间的差值＜±(0-100mm)，具体取值由带钢的精度要求而定；二是卷取宽度实测数据与目标宽度之间的比较，卷取宽度实测数据与目标宽度之间的差值＜±(0-100mm)，具体取值由带钢的精度要求而定；三是精轧测宽仪实测数据和卷取测宽仪实测数据之间的比较，精轧测宽仪测量带钢的最小宽度减卷取测宽仪测量带钢的最小宽度之差＜0-15mm，具体取值由带钢要求的精度而定。同时满足这三个要求，则判定该卷取及精轧宽度实测数据是合理的，可以被系统采用。反之则被判不合理，不能被系统采用。

判定宽度实测数据是合理后，对带钢的卷取宽度实测数据及精轧宽度实测数据进行比较，就可以对卷取宽度控制情况进行判断。在实际判断时不能简单地将所有卷取宽度实测数据小于目标宽度的情况全部视为卷取拉窄。判定为卷取拉窄的带钢必须符合特定的条件，在表4中只有第5、7项可以视为卷取拉窄。如果符合第5或第7项，就必须对超前速度或张力进行修正。

表4卷取宽度拉窄判断条件表

表中：MinW_FM精轧宽度实测数据中最小宽度

      MinW_C卷取宽度实测数据中最小宽度

      W    目标宽度

由表4可知，本发明判定的带钢卷取拉窄的条件要同时符合以下2个条件：

条件1：卷取宽度实测数据中最小宽度＜目标宽度；

条件2：卷取宽度实测数据中最小宽度＜精轧宽度实测数据中最小宽度。

第3部分，卷取超前速度的自动控制及自适应技术。通过上述对卷取宽度实测数据及精轧宽度实测数据进行比较处理的情况，分析卷取超前速度设定的准确性。当精轧宽度实测数据中最小宽度减卷取宽度实测数据中最小宽度之差＜5mm时，认为轻微拉窄，这时仅对卷取超前速度进行修正调节，在控制宽度的同时兼顾卷形质量。当卷取超前速度自动修正后，系统会自动进行学习更新，将各操作人员在操作水平方面的差异减小至最低。

上述现有系统中，超前速度设定过程是一个开环控制系统，由操作工手动输入速度修正系数，卷取宽度是否正常，系统本身并不能做出判断，而必须由质检站人工判断。本发明对实测宽度数据进行自动分析，对超前速度进行动态调整，是一个闭环控制系统。

超前速度过大是造成卷取宽度拉窄的主要因素，所以在卷取宽度拉窄发生后，应该遵循速度优先降低的原则，即，只要带钢被判定为卷取拉窄(表4中除第5和第7项的条件外)，就必须进行速度修正。

当带钢被判定为卷取宽度拉窄后，上位机根据公式自动计算卷取机夹送辊、助卷辊和卷筒的超前速度修正值。修正值的公式如下：

1)夹送辊超前速度修正公式：

Pinch Roll lead speed correct＝1.10-0.00368(MinW_FM-MinW_C)公式(2)

其中：Pinch Roll lead speed correct为夹送辊超前速度修正值，

MinW_FM为精轧宽度实测数据中最小宽度，

MinW_C为卷取宽度实测数据中最小宽度，

2)助卷辊超前速度修正公式：

Wrapper Roll lead speed correct＝1.13-0.00279(MinW_FM-MinW_C)公式(3)

其中：Wrapper Roll lead speed correct为助卷辊超前速度修正值

MinW_FM为精轧宽度实测数据中最小宽度，

MinW_C为卷取宽度实测数据中最小宽度，

3)卷筒超前速度修正公式：

Mandrel lead speed correct＝1.12-0.00368(MinW_FM-MinW_C)公式(4)

Mandrel lead speed correct为卷筒超前速度修正值，

MinW_FM为精轧宽度实测数据中最小宽度，

MinW_C为卷取宽度实测数据中最小宽度，

为了保证类似特性的带钢均有最佳的超前速度与之匹配、减少人工干预对卷形和宽度的质量的影响，并将各操作人员在操作水平方面的差异减小至最低，必须开发卷取超前速度的自适应技术。通过自适应系统不断更新，设定值不断向实际值靠拢，使得超前速度达到最佳，满足正常的生产需要。所述自适应技术是指，保证类似特性的带钢均有最佳的超前速度与之匹配，，也就是说3个超前速度修正值如张力系数那样对被卷取带钢所属的钢种中有m*n个值分别存储在数据库中。

当一块带钢卷取完毕后，通过对卷取宽度的评价、对超前速度和张力的调整，而后上位机需要对超前速度进行自适应学习。也就是说，自适应总是针对当前刚刚卷取完毕的带钢进行的，经过多次自适应后，模型公式的模型系数会得到不断完善，使模型系数应适用于具有相同规格的后续带钢的卷取。这样在下次卷取该同规格的带钢时，模型系数的初始值已经是得到改善了的值。因而随着生产过程的不断进行及对同规格带钢的自适应次数的增加，超前速度系数会越来越完善，从而使预给定精度不断提高。

自适应过程的速度公式如下：

Self Adaptive speed＝(NEW-OLD)＊weight coefficient+OLD    公式(5)

其中：SelfAdaptive-速度自适应模型系数，

NEW-经过速度修正后的模型系数，

OLD-速度修正前的模型系数，

weight coefficient-权重，取值0.2，当模型优化一段时间后，可逐渐减小权重为0.1(由于设定值的最初来源于是基于操作人员的经验和模拟计算，有可能不是最佳值，在自适应功能投入的初期，为使数据尽快完善，使用较大的权重。但权重大的缺点是：当出现异常数据后，对已经接近完善的数据的负面影响很大，所以达到一定样本量后，可以减小权重。当供模型优化用的同类型带钢的样本量超过20块以后，可将权重修改为0.1)。

上述公式2、3、4分别是夹送辊、助卷辊、卷筒的超前速度修正公式，而它们使用的自适应速度公式是一样的，即夹送辊、助卷辊和卷筒都是使用公式5分别计算超前速度的自适应模型系数。就是说先利用公式2、3、4进行夹送辊、助卷辊、卷筒的超前速度修正计算，再使用公式5分别计算夹送辊、助卷辊、卷筒的超前速度的自适应模型系数。

第4部分，卷取张力的自动控制及卷取超前速度的自动控制和自适应技术。通过上述对卷取宽度实测数据及精轧宽度实测数据进行比较处理的情况，当精轧宽度实测数据中最小宽度减卷取宽度实测数据中最小宽度之差≥5mm时，认为严重拉窄，需同时对卷取张力和超前速度进行调节，最大限度满足卷取宽度控制的要求。当卷取超前速度和张力自动修正后，系统会自动进行学习更新，将各操作人员在操作水平方面的差异减小至最低。

在原系统中，张力系数的设定过程也是一个开环系统，即操作工手动输入张力系数，卷取宽度是否正常，系统本身并不能做出判断，而必须由质检站人工判断。通过卷取张力的自动控制方法，对实测宽度数据进行自动分析，对张力进行动态调整，使系统构成闭环。

本发明在卷取宽度拉窄的自动识别系统发现带钢被拉窄后，必须首先对超前速度进行修正。只有当宽度发生严重宽度拉窄后，才需要进行卷取张力自动修正。这样做的目的是在控制宽度的同时，最大限度地减少对卷形的影响。

当判断发生卷取宽度严重拉窄后，上位机根据下列公式(6)自动计算张力修正附加值，张力修正附加值的公式如下：

Ten Fact correct＝0.214+0.026(MinW_FM-MinW_C)公式(6)

其中：TenFact correc为张力修正附加值

MinW_FM为精轧宽度实测数据中最小宽度，

MinW_C为卷取宽度实测数据中最小宽度，

为了保证类似特性的带钢均有最佳的张力系数的与之匹配、减少人工干预对卷形和宽度的质量的影响，并将各操作人员在操作水平方面的差异减小至最低，必须开发张力控制的自适应技术。通过自适应系统不断更新，设定值不断向实际值靠拢，使的张力系数达到最佳，满足正常的生产需要。

自适应过程的张力系数公式如下：

Self Adaptive Ten Fact＝OLD-Ten Fact correct＊weight coefficient  公式(7)

其中：Self Adaptive Ten Fact-修正后的张力自适应模型系数

OLD-修正前的张力模型系数

Ten Fact correct-张力修正附加值(由公式6获得)

weight coefficient-权重0.3，当供模型优化用的同类型带钢的样本量超过20块以后，可将权重修改为0.2。

另外，由于带钢品种研发一直持续不断地进行，对于新的钢种或者数据库中没有存储的钢种分类，则根据经验，暂时设定张力系数为1.5，而后通过自适应对其逐步修正。当然也可以进行人工维护。

根据上述4部分的内容，同时参见图8及图7，本发明的热轧卷取宽度的自动控制方法的流程如下：

S81，精轧机组的F1机架71咬入带钢72，咬钢信号由卷取机75的BA计算机76上传至上位机73；

S82，上位机73向卷取机75的BA计算机76下发设定电文，该设定电文数据包含3类数据：带钢品种规格数据741，速度自动设定数据742(包括夹送辊、助卷辊、卷筒速度自动设定数据)，张力自动设定数据743；该3类数据是按上述第1部分中的带钢分类的方法得到的。

S83，卷取机75的BA计算机76按上述设定电文数据对卷取机进行速度和张力的设定，直至带钢卷取完毕，并向上位机73发送卷取结束信号；

根据上述第2部分带钢卷取宽度拉窄的自动识别的内容进行下列S84-S85的步骤：

S84，上位机73内设有对分别由精轧测宽仪78和卷取测宽仪77动态实测的带钢精轧宽度实测数据及卷取宽度实测数据进行比较的处理系统，该处理系统对精轧宽度实测数据和卷取宽度实测数据进行合理性校验，评价测量数据的合理性，当数据被判定为不合理时，终止卷取自动宽度控制；

S85，当S84中数据被判定为合理时，所述上位机对精轧宽度实测数据和卷取宽度实测数据进行比较，以对卷取宽度拉窄进行判断，判断条件如表4，即当同时符合卷取宽度实测数据中最小宽度＜目标宽度及卷取宽度实测数据中最小宽度＜精轧宽度实测数据中最小宽度这2个条件时被判定为有拉窄，否则被判定为没有拉窄，没有拉窄时终止卷取自动宽度控制；

根据上述第3、4部分卷取超前速度的自动控制及自适应技术、卷取张力的自动控制和自适应技术的内容进行下列S86-S811的步骤：

S86，当S85中出现被判定为有拉窄，此时上位机对拉窄的程度进行判断；

S87，当S86中出现精轧宽度实测数据中最小宽度减卷取宽度实测数据中最小宽度之差≥5mm时被判定为严重拉窄，必须同时对速度和张力进行修正，先利用公式(6)计算张力修正附加值；

S88，继S87后再利用公式(7)计算张力自适应模型系数，上位机73根据S87、S88计算结果对张力进行修正；

S89，继S88后或当S86中出现精轧宽度实测数据中最小宽度减卷取宽度实测数据中最小宽度之差＜5mm时被判定为轻微拉窄时，需要对速度进行修正，先利用公式2，3，4分别对卷取机75的夹送辊超前速度修正值、助卷辊超前速度修正值、卷筒超前速度修正值进行计算；

S810，继S89后再利用公式(6)计算速度自适应模型系数，上位机73根据S89、S810计算结果对速度进行修正；

S811，上位机73将修正后的数据进行存储，以备以后类似品种、规格带钢卷取时下发给卷取机75的BA计算机76。

参见图9-10，本发明实施上述方法所使用的热轧卷取宽度的自动控制装置包括以下部件。

精轧F1机架101；

卷取机95，包括夹送辊93、三根助卷辊94、卷筒914及控制卷筒电机912的卷筒控制电路，所述卷筒控制电路包含：

BA计算机96，内含CPU 97，CPU 97的输出端分别与电机速度值计算模块98、电机转矩值计算模块99连接，CPU 97还连接一个卷径计算模块916；

与电机速度值计算模块98及电机转矩值计算模块99的输出端连接的控制转换开关910，该控制转换开关910连接电机控制设备911，该电机控制设备911连接卷筒电机912，该连接卷筒电机912通过变速箱913连接卷筒914；

与卷筒电机912连接的转速测量器915，转速测量器915的输出端连接卷径计算模块916。

当CPU 97接收到下面提到的上位机102下发的数据后，CPU 97将计算出的电机应输出的速度值和转矩值经过调整后，送到控制转换开关910，供卷筒电机912的控制设备911控制卷筒电机912运行。卷筒电机912通过变速箱913向卷筒914输出力矩以卷取带钢。如果当前为速度控制，则电机控制设备911接收电机速度值计算模块98的输出值，进行对卷筒电机912的速度控制，输出设定转速。如果当前为转矩控制，则电机控制设备911接收电机转矩值计算模块99的输出值，进行对卷筒电机912的转矩控制，输出设定转矩。由于在卷取过程中，卷径会不断增加，所以需要转速测量器915实测电机的转速后对卷径进行计算。卷径计算模块916计算的带钢卷直径的实际值上传至CPU 97，补偿电机速度值计算模块98及电机转矩值计算模块99的计算值，如此循环进行，组成闭环控制电路。

在精轧F1机架101末端出口处设置测量带钢精轧宽度的精轧测宽仪108，在卷取机95入口处设置测量带钢卷取宽度的卷取测宽仪109，本实施例中精轧测宽仪108采用加拿大KELK公司C965测宽仪，卷取测宽仪109采用加拿大KELK公司C965A带背光源的测宽仪；

上位机102，是带钢107在卷取过程中向卷取机95的BA计算机96中的CPU97发送数据库中数据的上位计算机，所述数据库包含带钢品种规格数据库103、速度自动设定数库104、张力自动设定数据库105，该带钢品种规格数据库103与精轧F1机架101提供的被卷取带钢信号连接，上位机还包括：

与所述精轧测宽仪108和卷取测宽仪109输出端连接的宽度拉窄判断模块1010；

与所述宽度拉窄判断模块1010输出端连接的张力修正模块1013，张力修正模块1013连接一张力自适应模块1014，张力自适应模块1014的输出端与所述张力自动设定数据库105连接；

与所述宽度拉窄判断模块1010输出端连接的速度修正模块1011，速度修正模块1011连接一速度自适应模块1012，速度自适应模块1012的输出端与所述速度自动设定数据库104连接。

在整个卷取过程中，精轧测宽仪108和卷取测宽仪109不断测量带钢107的宽度，并将带钢107宽度的实测数据通过TCP/IP协议与上位机102实现通讯连接和数据传输。当带钢107卷取完毕后，上位机102比较两个测宽仪的实测数据，并由宽度拉窄判断模块1010对宽度是否拉窄进行判断。当判断带钢被轻微拉窄时，只通过速度修正模块1011及速度自适应模块1012对超前速度进行修正计算和自适应计算。当判断带钢被严重拉窄时，不但要对超前速度进行修正计算和自适应计算，还要通过张力修正模块1013及张力自适应模块1014对张力进行修正计算和自适应计算。上述计算值分别送到速度自动设定数库104、张力自动设定数据库105中，当下一块同类型带钢咬入精轧F1机架101时，经过速度自适应模块1012后速度自动设定数据或张力自适应模块1014后张力自动设定数据将通过上位机102下发给卷取机95，以卷取下一块同类型带钢。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种热轧卷取宽度的自动控制装置，其特征在于包括：

精轧F1机架；卷取机；精轧测宽仪；卷取测宽仪；上位机，

所述卷取机包括夹送辊、三根助卷辊、卷筒及控制卷筒电机的卷筒控制电路，所述卷筒控制电路包含：

BA计算机，内含CPU；

与所述CPU的输出端分别连接电机速度值计算模块、电机转矩值计算模块连接，CPU还连接一个卷径计算模块；

与所述电机速度值计算模块及电机转矩值计算模块的输出端连接的控制转换开关，该控制转换开关连接电机控制设备，该电机控制设备连接卷筒电机，该连接卷筒电机通过变速箱连接所述卷筒；

与所述卷筒电机连接的转速测量器，转速测量器的输出端连接所述卷径计算模块；

所述精轧测宽仪设置在所述精轧F1机架末端出口处，测量带钢精轧宽度；

所述卷取测宽仪设置在所述卷取机入口处，测量带钢卷取宽度；

所述上位机，是带钢在卷取过程中向所述卷取机的BA计算机中的CPU发送数据库中数据的上位计算机，所述数据库包含带钢品种规格数据库、速度自动设定数库、张力自动设定数据库，所述带钢品种规格数据库与所述精轧F1机架提供的被卷取带钢信号连接，所述上位机还包括：

与所述精轧测宽仪和卷取测宽仪输出端连接的宽度拉窄判断模块；

与所述宽度拉窄判断模块输出端连接的张力修正模块，张力修正模块连接一张力自适应模块，张力自适应模块的输出端与所述张力自动设定数据库连接；

与所述宽度拉窄判断模块输出端连接的速度修正模块，速度修正模块连接一速度自适应模块，速度自适应模块的输出端与所述速度自动设定数据库连接。

2.如权利要求1所述的热轧卷取宽度的自动控制装置，其特征在于：

所述精轧测宽仪和卷取测宽仪通过TCP/IP协议与所述上位机进行通讯连接和数据传输。

3.一种热轧卷取宽度的自动控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S81，精轧机组的F1机架咬入带钢，咬钢信号由卷取机的BA计算机上传至上位机；

S82，上位机向卷取机的BA计算机下发设定电文，该设定电文数据包含3类数据：带钢品种规格数据，速度自动设定数据、张力自动设定数据；

S83，卷取机的BA计算机按上述设定电文数据对卷取机进行速度和张力的设定，直至带钢卷取完毕，并向上位机发送卷取结束信号；

S84，上位机内对分别由精轧测宽仪和卷取测宽仪动态实测的带钢精轧宽度实测数据及卷取宽度实测数据进行合理性校验，评价测量数据的合理性，当数据被判定为不合理时，终止卷取自动宽度控制；

S85，当S84中数据被判定为合理时，所述上位机对精轧宽度实测数据和卷取宽度实测数据进行比较，以对卷取宽度拉窄进行判断，判定为没有拉窄时终止卷取自动宽度控制；

S86，当S85中出现被判定为有拉窄，此时上位机对拉窄的程度进行判断；

S87，当S86中出现精轧宽度实测数据中最小宽度减卷取宽度实测数据中最小宽度之差≥5mm时被判定为严重拉窄，必须同时对速度和张力进行修正，先利用公式6计算张力修正附加值，公式6：

Ten Fact correct＝0.214+0.026(MinW_FM-MinW_C)

其中，TenFact correc为张力修正附加值，

MinW_FM为精轧宽度实测数据中最小宽度，

MinW_C为卷取宽度实测数据中最小宽度，

S88，继S87后再利用公式7计算张力自适应模型系数，上位机根据S87、S88计算结果对张力进行修正，

公式7：Self Adaptive Ten Fact＝OLD-Ten Fact correct＊weight coefficient

其中，SelfAdaptive Ten Fact-修正后的张力自适应模型系数，

OLD-修正前的张力模型系数，

Ten Fact correct-张力修正附加值，由公式6获得，

weight coefficient-权重0.3，当供模型优化用的同类型带钢的样本量超过20块以后，将权重修改为0.2；

S89，继S88后或当S86中出现精轧宽度实测数据中最小宽度减卷取宽度实测数据中最小宽度之差＜5mm时被判定宽度拉窄为轻微拉窄时，需要对速度进行修正，先利用公式2，3，4分别对卷取机的夹送辊超前速度修正值、助卷辊超前速度修正值、卷筒超前速度修正值进行计算，

公式2：Pinch Roll lead speed correct＝1.10-0.00368(MinW_FM-MinW_C)

其中，Pinch Roll lead speed correct为夹送辊超前速度修正值，

MinW_FM为精轧宽度实测数据中最小宽度，

MinW_C为卷取宽度实测数据中最小宽度；

公式3：Wrapper Roll lead speed correct＝1.13-0.00279(MinW_FM-MinW_C)

其中，Wrapper Roll lead speed correct为助卷辊超前速度修正值，

MinW_FM为精轧宽度实测数据中最小宽度，

MinW_C为卷取宽度实测数据中最小宽度；

公式4：Mandrel lead speed correct＝1.12-0.00368(MinW_FM-MinW_C)

其中，Mandrel lead speed correct为卷筒超前速度修正值，

MinW_FM为精轧宽度实测数据中最小宽度，

MinW_C为卷取宽度实测数据中最小宽度；

S810，继S89后再利用公式5分别计算夹送辊、助卷辊和卷筒的超前速度自适应模型系数，上位机根据S89、S810计算结果对速度进行修正，

公式5：Self Adaptive speed＝(NEW-OLD)＊weight coefficient+OLD

其中，SelfAdaptive为新的速度自适应模型系数，

NEW为经过速度修正后的模型系数，

OLD为老的速度模型系数，

weight coefficient-权重0.2，当供模型优化用的同类型带钢的样本量超过20块以后，将权重修改为0.1；

S811，上位机将修正后的数据进行存储，以备以后类似品种、规格的带钢卷取时下发给卷取机的BA计算机。

4.如权利要求3所述的热轧卷取宽度的自动控制方法，其特征在于：

所述速度自动设定数据包括：夹送辊速度自动设定数据、助卷辊速度自动设定数据及卷筒速度自动设定数据。

5.如权利要求3所述的热轧卷取宽度的自动控制方法，其特征在于：

所述带钢品种规格数据中是被卷取带钢的分类数据，带钢的分类数据是按被卷取带钢的钢种、带钢厚度和卷取温度所建立的张力系数的分类区间等级划分的：

第一级：钢种，每一个钢种为一个等级；

第二级：带钢厚度，每个钢种根据被卷取带钢厚度的不同，划分为m个区间，分别为厚度区间1、2、...、m；

第三级：卷取温度，带钢厚度中每个厚度区间根据被卷取带钢的卷取温度的不同，各划分为n个区间，分别为温度区间1、2、...、n，这样，每一个钢种包含m*n个不同的区间。

6.如权利要求3所述的热轧卷取宽度的自动控制方法，其特征在于：

所述S84步骤中的合理性校验是指测得的卷取宽度实测数据及精轧宽度实测数据必须同时满足以下三个条件：

一是精轧宽度实测数据与目标宽度之间的差值＜±(0-100mm)；

二是卷取宽度实测数据与目标宽度之间的差值＜±(0-100mm)；

三是精轧测宽仪测量带钢的最小宽度减卷取测宽仪测量带钢的最小宽度之差＜0-15mm；

其中所述目标宽度是根据直接用户或下工序要求确定的带钢宽度目标值。

7.如权利要求3所述的热轧卷取宽度的自动控制方法，其特征在于：

所述S85步骤中，所述对卷取宽度拉窄进行判断，判断有拉窄的条件是同时符合以下2个条件：

条件1：卷取宽度实测数据中最小宽度＜目标宽度；

条件2：卷取宽度实测数据中最小宽度＜精轧宽度实测数据中最小宽度。

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