CN103286142A - 一种冷连轧动态变规格时的动态辊缝补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种冷连轧动态变规格时的动态辊缝补偿方法，属于冷连轧的自动控制技术领域。包括两部分，一部分是焊缝位置在轧机入口前测厚仪处的辊缝补偿；另一部分是焊缝位置在各个轧机出口测厚仪位置处的辊缝补偿。由于动态变规格过程中大部分AGC功能不会投入，所以辊缝调整值将在很大程度上由过程计算机的模型系统计算值决定。因而模型系统的计算精确度直接影响了动态变规格时的厚度控制精度。在轧机入口前测厚仪处通过采用实际测厚仪获得的实际入口厚度代替原料厚度，提高设定模型的初始数据精度，根据计算的前后钢卷辊缝偏差值来修正FGC 辊缝的设定值，从而提高辊缝的设定精度。在各个轧机出口测厚仪位置处，通过动态自适应，获得更精确的轧制力精度，提高了辊缝的设定精度，进而对动态变规格时的辊缝值进行补偿。

Description

一种冷连轧动态变规格时的动态辊缝补偿方法

技术领域

本发明属于冷连轧的自动控制技术领域，特别是提供了一种冷连轧动态变规格时的动态辊缝补偿方法。 

背景技术

冷连轧动态变规格FGC ( Flying Gauge Control ) 是在不停轧机情况下，将前一卷带钢轧制规程变化到后一卷带钢轧制规程，完成前后带钢厚度、宽度的变化。FGC 是一个复杂的变化过程，在这个过程中冷连轧机组各个机架的辊缝和辊速将进行多次调整，各机架张力、轧制力也将随之变化，各机架出口厚度不可避免地将发生波动，从而影响成品带钢的厚度精度。另外，由于辊缝和辊速要多次调整，因此冷连轧机组大部分AGC 功能将不再FGC过程中投入，辊缝和辊速调整值将在很大程度上由过程计算机的模型系统计算值决定。因而模型系统的计算精确度直接影响了FGC时厚度控制精度。 

为了提高动态变规格时的厚度控制精度，减少头尾厚度超差，保证变规格轧制过程稳定，酸轧过程计算机中采用了动态辊缝补偿方法。动态变规格时的动态辊缝补偿方法是通过轧机段入口测厚仪实测出机架入口厚度，计算出实际的压下率，根据设定模型，计算得到动态变规格时辊缝偏差值来修正FGC时的辊缝设定值，从而提高辊缝的设定精度；同时在轧机出口测厚仪处，根据实测数据进行动态自适应计算，在提高轧制力计算精度的同时也提高了辊缝的设定精度，对辊缝设定值进行补偿。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷连轧动态变规格时的动态辊缝补偿方法，解决了动态变规格时的厚度控制精度低、头尾厚度超差的技术问题；提高冷轧板带的成材率。 

本发明包括两部分，一部分是焊缝位置在轧机入口前测厚仪处的辊缝补偿；另一部分是焊缝位置在各个轧机出口测厚仪位置处的辊缝补偿。由于动态变规格过程中大部分AGC功能不会投入，所以辊缝调整值将在很大程度上由过程计算机的模型系统计算值决定。因而模型系统的计算精确度直接影响了动态变规格时的厚度控制精度。在轧机入口前测厚仪处通过采用实际测厚仪获得的实际入口厚度代替原料厚度，提高设定模型的初始数据精度，根据计算的前后钢卷辊缝偏差值来修正FGC 辊缝的设定值，从而提高辊缝的设定精度。在各个轧机出口测厚仪位置处，通过动态自适应，获得更精确的轧制力精度，提高了辊缝的设定精度，进而对动态变规格时的辊缝值进行补偿。工艺步骤如下： 

1）轧机段入口前测厚仪处，根据实测数据，进行设定计算，提高模型设定精度，对辊缝设定值进行动态补偿； 

2）各个轧机出口测厚仪处，根据实时测量数据，通过动态自适应，提高轧制力计 算精度，对辊缝设定值进行动态补偿； 

作为本发明的进一步改进是，步骤1）中包括以下步骤： 

第一步，将轧机段入口处测厚仪测量到的带钢实际入口厚度H_a替代原料厚度H，同时根据实际入口厚度得到实际的压下率， 2#、3#、4#、5#机架的压力率不变； 

第二步，根据获得的实际入口厚度和压下率，使用轧制力模型、轧制力矩模型、轧制功率模型、摩擦系数模型、变形抗力模型、压扁半径模型、前滑模型、辊缝计算模型，塑性变形系数模型，计算不同轧制状态下（稳态高速、剪切低速和动态变规格）的轧制参数，最后获得动态变规格轧制状态时前后钢卷的辊缝差值，作为辊缝补偿值下发给L1级PLC控制执行机构。 

作为本发明的进一步改进是，步骤2）中包括以下步骤： 

第一步，各个轧机出口测厚仪处，根据收集来自于过程控制系统的实际轧制参数（实际带钢厚度、轧制速度、轧制力、前滑、辊缝、功率），计算得到动态轧制力自适应系数和前滑系数；具体步骤如下： 

a．各个轧机出口测厚仪处，收集来自于过程控制系统的实际轧制参数，获得实际轧制力p_a，同时根据实际轧制参数，得到计算轧制力p_ca，然后计算得到实际轧制力自适应系数zp_a=p_ca/p_a。 

b．将实际轧制力自适应系数zp_a和反馈表里的轧制力自适应系数zp_f进行指数平滑，获得新的动态轧制力自适应系数zp=zp_f(1-ε)+zp_a；其中ε为指数平衡因子。 

c．根据收集来自于过程控制系统的实际轧制参数，计算各个机架的实际前滑值。 

第二步，在轧制数学模型使用动态自适应系数，重新计算轧制参数值，包括轧制速度、轧制力、辊缝，从而对机架出口测厚仪处的辊缝值进行动态补偿；具体步骤如下： 

计算轧制参数通过以下步骤和公式进行计算，首先检查动态自适应系数是否在合理范围内；然后在不同轧制状态下（包括稳态高速、低速剪切、动态变规格）根据轧制参数模型，计算摩擦系数、轧制力、压扁半径、轧制力矩、轧制功率、辊缝等轧制参数；最后获得动态变规格轧制状态时前后钢卷的辊缝差值，作为辊缝补偿值下发给基础自动化。 

本发明的优点在于，通过对轧机入口和出口测厚仪处获得实际数据进行动态辊缝补偿计算，提高了模型辊缝设定精度，减少了动态变规格时的头部厚度偏差。 

附图说明

图1轧机入口前动态辊缝补偿计算流程图。 

图2动态辊缝补偿自适应计算流程图。 

图3轧机出口处动态辊缝补偿计算流程图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。 

该动态辊缝补偿方法是与冷轧生产线轧机前后是否安装有测厚仪相关，只有焊缝在遇到测厚仪时才会进行动态补偿计算。此发明方法应用于某冷轧硅钢生产线，该厂使用五机架六辊轧制，总共安装了4台测厚仪，分别在#1轧机前后安装有测厚仪2台，#5轧机前后安装测厚仪2台。 

所以该动态辊缝补偿方法分别在#1轧机入口处进行计算，在#1轧机出口、#4轧机出口和#5轧机出口处进行计算。轧机入口测厚仪处的动态补偿计算与轧机出口测厚仪处的动态补偿计算并不相同。 

首先，进行#1轧机入口测厚仪处的动态辊缝补偿计算。冷连轧轧制过程中动态变规格时，当焊缝点通过#1轧机入口测厚仪时，基础自动化向过程控制系统发送实时数据，设定计算模型使用实际厚度代替原料厚度，并计算得到实际压力率。 

h[0]=h_a

r[0]=1-h[1]/h[0] 

其中，h_a为#1机架的入口厚度，r[i]为各个机架的压下率，h[i]为各个机架的厚度。#1机架的压下率r[0]由实际入口厚度计算得到，而其他机架的压下率不变。 

根据各个机架的出入口厚度和压下率，轧辊数据和其他原始数据，调用设定计算数学模型，计算各种轧制状态下（稳态轧制状态、低速剪切状态、动态变规格状态）的轧制速度、张力、轧制力、压扁半径、辊缝等轧制参数值。计算流程图如图1所示。 

以下为计算过程： 

1）根据#1机架的最大入口速度和来料的入口厚度与最大出口速度和成品厚度的对比分析，获得轧制计算中的最大秒流量； 

2  依照轧制带钢的钢种、入口厚度、宽度、出口厚度等规格，查询常数表格，对带钢的张力进行了设定，包括机架间的张力和卷取张力等； 

3）根据数学模型计算压扁半径、摩擦系数和前滑，然后对带钢速度、轧辊速度以及电机转速进行了设定； 

4）根据数学模型计算轧制力、轧制力矩、轧制功率等轧制参数。 

理论上采用Bland-Ford-Hill模型和Hitchcock模型联解的显式形式进行轧制力计算，其基本的理论模型如下： 

$p=b\·k_p\·k\·D_P\·\sqrt{R^{\′}\·(H-h)}$

$D_P=1.08+1.79\·r\·\sqrt{1-r}\·\mathrm{\μ}\·\sqrt{\frac{R^{\′}}{h}}-1.02\·r$

其中：p为轧制力，b为轧料宽度，k_p为变形抗力，μ为摩擦系数，D_p为hill的计算因子，k 为张力影响因子，R′为压扁半径，H为轧机入口厚度，h为轧机出口厚度，r为压下率。 

其中，张力影响系数的计算公式如下： 

$t=(1-\frac{t_b}{k_s})\×1.05+0.1\×(1-\frac{t_f}{k_s})-0.15\×\frac{{(1-\frac{t_b}{k_s})}^2}{1-\frac{t_f}{k_s}}$

其中，k_s为静态变形抗力，t_b为带钢的后向单位张力，t_f为前向单位张力。 

其中，动态变形抗力的计算公式如下： 

其中，k_s为静态变形抗力，

 为敏感系数

 。 

5）根据数学模型计算轧辊辊缝值，以及由于接触长度的变化（如由窄变宽）导致的辊缝变化值； 

$p\≤p_c,s=h-(\frac{p}{K}+s^{\′})+s_0+s_z$

$p>p_c,s=h-(\frac{p}{K}+s^{\′})+s_0+s_z-C_p\·(p-p_c)$

K=b₁·log(x)-b₂

其中，K为轧机模量，p_c为轧制力常数，p为计算轧制力，s为辊缝值，s′为修正因弯辊力导致辊缝变化量的修正因子，s₀为调零时的零点位置，s_z为调零时的辊缝位置，C_p为修正因子。 

6）通过相应的数学计算公式，计算电机转速，然后根据数学公式计算电压和电流，最后计算了每个机架的功率平衡和轧制速度； 

7）通过塑性变形系数的计算数学公式，区分末机架是否为毛辊后，然后依次计算入口、出口塑性变形系数

 、

 以及张力塑性系数 。 

8）根据动态变规格时前后钢卷的辊缝值，计算前后钢卷的动态变规格时的辊缝差值以及低速剪切状态时与动态变规格状态时辊缝的变化量的差值（该值一般为0）。 

ds[0]=dsw[0]-dsb[0] 

其中dsw[0]为动态变规格时#1机架下一卷带钢的辊缝值，dsb[0]为动态变规格时#1机架当前卷带钢的辊缝值。ds[0]为动态变规格时#1机架前后钢卷的辊缝差值。 

焊缝在轧机入口处的动态辊缝补偿完成后，当焊缝经过在#1轧机出口、#4轧机出口和#5轧机出口测厚仪处，再次进行动态辊缝补偿计算。 

当焊缝点通过轧机出口测厚仪时，基础自动化向过程控制系统发送实时数据，此时首先进行动态自适应计算，计算得到动态轧制力系数和前滑值，并对收集的实际数据进行检查，计算流程如图2所示；然后再按照焊缝在轧机入口处的计算步骤，进行设定计算，得到动态辊缝补偿值，下发给基础自动化。 

动态轧制力自适应系数计算步骤如下： 

a．各个轧机出口测厚仪处，收集来自于过程控制系统的实际轧制参数，获得实际轧制力p_a，同时根据实际轧制参数，得到计算轧制力p_ca，然后计算得到实际轧制力自适应系数zp_a=p_ca/p_a。 

b．将实际轧制力自适应系数zp_a和反馈表里的轧制力自适应系数zp_f进行指数平滑，获得新的动态轧制力自适应系数zp=zp_f(1-ε)+zp_a。 

其中ε为指数平衡因子，p_a为实际轧制力，p_ca为计算轧制力，zp_a为实际轧制力自适应系数，zp_f为反馈轧制力自适应系数，zp为动态轧制力自适应系数。 

使用动态自适应计算得到动态自适应轧制力系数后，将zp使用在模型设定计算中，得到更加精确的轧制力值。 

p=p_c×zp 

其中，p为轧制力，p_c为未使用自适应系数的计算轧制力，zp为动态轧制力自适应系数。 

将zp结果存放在动态设定表，供#1出口、#4出口和#5机架出口处动态设定使用。动态自适应可以提高动态变规格时辊缝变化量的设定精度，并具有参数记录分析功能，为参数的优化提供了条件。 

动态自适应计算完成后，再依次在#1出口、#4出口和#5出口处进行动态设定计算，进行动态辊缝补偿。首先调用设定计算数学模型，计算各种轧制状态下（稳态轧制状态、低速剪切状态、动态变规格状态）的轧制速度、张力、轧制力、压扁半径、辊缝等轧制参数值，计算流程图如图3所示。 

将计算的轧制参数值存储在相对应的数据文件中。 

最后，根据动态变规格时前后钢卷的辊缝值，计算前后钢卷的动态变规格时的辊缝差值以及低速剪切状态时与动态变规格状态时辊缝的变化量的差值（该值一般为0）。 

ds[0]=dsw[0]-dsb[0] 

其中dsw[0]为动态变规格时#1机架下一卷带钢的辊缝值，dsb[0]为动态变规格时#1机架当前卷带钢的辊缝值。ds[0]为动态变规格时#1机架前后钢卷的辊缝差值。 

为了对动态变规格时的动态辊缝补偿方法在现场实际使用效果进行评价，根据测厚仪实际测量数据，分别计算了动态变规格时未使用动态辊缝补偿方法的52卷带钢和使用动态辊缝补偿方法后的57卷带钢的头部厚度偏差长度、尾部厚度偏差长度的平均值、最大值和最小值，以及对头尾厚度偏差长度的统计； 

以3um为评价指标，分别对优化参数投入前后的每一卷带钢头部取50m，尾部取30m，在此范围内找到首个超差点后，然后以该点后的10m为界，10m内如果出现超差点，则将10m内最后一个点作为下一超差点，如此反复计算，找到带钢头部50m和尾部30m内的最后一个超差点，作为该卷带钢的超差长度。 

依照上述方法，计算了所选取的每一卷带钢头尾超差长度，计算这些超差长度的 最大值、最小值和平均值。 

通过对优化参数前后各个钢卷头尾厚度超差长度的计算分析，有如下的对比结果。

纵向厚差超差长度对比： 

表1带钢纵向厚差超差长度数据对比 

（以3um作为标准） 

根据边降实际测量数据，分别计算动态辊缝补偿方法使用前的41卷带钢和使用后的48卷带钢每一个采样周期（200ms）对应的横向厚差数据； 

分别计算计算动态辊缝补偿方法使用前后每一卷带钢在各采样周期横向厚差数据的最大值、最小值、平均值和均方差； 

以10um为评价指标，分别计算优化参数投入前后每一卷带钢头部、尾部和整体的横向厚差的质量统计结果，包括最大值、最小值、平均值和均方差； 

对以上的质量统计结果进行对比分析； 

表2带钢横向头部厚差超差长度数据对比 

（以10um作为标准） 

从表1和表2可以看出动态变规格时投入动态辊缝补偿功能可以使带钢头部纵向厚度超差长度、横向厚差超差长度平均值分别减小1.15m、4.46m。从带钢头部横向偏差的均方差还可以看出使用动态辊缝补偿功能可以使带钢头部横向厚差控制更加稳定。 

Claims (5)

1.一种冷连轧动态变规格时的动态辊缝补偿方法，其特征在于：工艺步骤为：

（1）轧机段入口前测厚仪处，用实测数据代替原始数据，提高模型设定精度，计算动态变规格时前后钢卷的辊缝差，对辊缝设定值进行补偿；

（ 2）各个轧机出口测厚仪处，根据实时测量数据，通过动态自适应计算动态轧制力系数和前滑，提高轧制力计算精度，根据设定计算模型计算变规格时前后钢卷的辊缝差，对辊缝设定值进行补偿。

2.根据权利要求1所述的动态辊缝补偿方法，其特征在于，步骤（1）中包括以下步骤：

第一步，将轧机段入口处测厚仪测量到的带钢实际入口厚度H_a替代原料厚度H，同时根据实际入口厚度得到实际的压下率，2#、3#、4#、5#机架的压力率不变；

第二步，根据获得的实际入口厚度和压下率，使用轧制力模型、轧制力矩模型、轧制功率模型、摩擦系数模型、变形抗力模型、压扁半径模型、前滑模型、辊缝计算模型，塑性变形系数模型，计算不同轧制状态下稳态高速、剪切低速和动态变规格的轧制参数，最后获得动态变规格轧制状态时前后钢卷的辊缝差值，作为辊缝补偿值下发给L1级PLC控制执行机构。

3.根据权利要求1所述的动态辊缝补偿方法，其特征在于，步骤（2）中包括以下步骤：

第一步，各个轧机出口测厚仪处，根据收集来自于过程控制系统的实际轧制参数，计算得到动态轧制力自适应系数和前滑系数；实际轧制参数包括实际带钢厚度、轧制速度、轧制力、前滑、辊缝、功率；

第二步，在轧制数学模型使用动态自适应系数，重新计算轧制参数值，包括轧制速度、轧制力、辊缝，从而对机架出口测厚仪处的辊缝值进行动态补偿。

4.根据权利要求3所述的动态辊缝补偿方法，其特征在于，第一步中包括以下步骤：

a．各个轧机出口测厚仪处，收集来自于过程控制系统的实际轧制参数，获得实际轧制力p_a，同时根据实际轧制参数，得到计算轧制力p_ca，然后计算得到实际轧制力自适应系数zp_a=p_ca/p_a；

b．将实际轧制力自适应系数zp_a和反馈表里的轧制力自适应系数zp_f进行指数平滑，获得新的动态轧制力自适应系数zp=zp_f(1-ε)+zp_a；其中ε为指数平衡因子；

c．根据收集来自于过程控制系统的实际轧制参数，计算各个机架的实际前滑值。

5.根据权利要求3所述的动态辊缝补偿方法，其特征在于，第二步中计算轧制参数通过以下步骤和公式进行计算，首先检查动态自适应系数是否在合理范围内；然后在稳态高速、低速剪切、动态变规格不同轧制状态下根据轧制参数模型，计算摩擦系数、轧制力、压扁半径、轧制力矩、轧制功率、辊缝轧制参数；最后获得动态变规格轧制状态时前后钢卷的辊缝差值，作为辊缝补偿值下发给基础自动化。

Images