CN117299833A - 一种计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法，属于轧制信息化技术领域。该方法是定义设备基类并派生主要设备类，采用拖拽设备图标等方式自由配置轧制生产线，程序通过定义设备基类序列的方式解析轧制生产线设备配置方案，根据设备速度限制属性确定轧件速度制度并计算轧件通过各设备的状态参数；通过粗轧机架和精轧机架是否与下架连轧和轧制道次数属性，对轧机进行分组，依次计算轧件在各组轧机的各个大道次内通过各个机架的温度和力能参数，并根据计算结果迭代优化各道次的压下量，完成轧制规程计算。本发明大大增强代码的通用性，显著节省开发时间和成本，便于维护和标准化管理，有利于产线设计、调试及新工艺的研发。

Description

一种计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法

技术领域

本发明属于轧制信息化技术领域，涉及一种计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法。

背景技术

计算轧制规程是轧制过程中各道次压下量分配以及相应力能参数设定的前提，是轧制生产过程自动化控制的重要依据，也是轧制生产线设计过程中设备布置方式设计优化、设备选型与设备能力校核、温度制度校核、产能核算等环节的主要手段，在轧制生产线的设计、调试、生产、新品种开发等各个阶段中都起到重要作用。计算轧制规程主要根据产品的技术要求、原料条件以及生产线设备布置及设备基本参数，运用数学模型对轧制生产过程进行模拟计算，准确计算轧件移动过程的速度制度来确定轧件位置随时间变化的关系，从而计算轧件移动过程的温度变化，然后计算轧制过程中各道次的轧制力能参数，并根据力能参数的限制条件，优化各道次的压下量分配。

当前，无论是离线的轧制表计算软件或其他轧制过程模拟计算软件，亦或是生产企业的二级控制系统中的轧制规程计算模块，都是根据具体的(固定的)产线形式开发的轧制规程计算代码，仅能计算固定的某一类轧制生产工艺的轧制规程。若轧制生产线中新增或减少了某设备，亦或是工艺形式发生了变化，例如由粗轧双机架单道次可逆轧制工艺变成粗轧双机架串列式可逆连轧工艺，则原有轧制规程计算代码将不再适用，需要根据新的产线布置和工艺形式重新开发新的轧制规程计算代码。

传统的轧钢生产线为了生产不同品种、不同规格的产品，生产线布置形式多种多样，如热轧领域的1/2连轧生产线、3/4连轧生产线、串列式可逆连轧生产线、粗轧全连轧生产线、炉卷轧制生产线、单机架或双机架宽厚板轧制生产线等等，连铸连轧领域近几十年也涌现出了各种各样的工艺形式，如QSP、CSP、ESP、MCCR、DSCCR、Castrip等。若每一次遇到新的生产线设备布置方案或新的工艺形式，都重新开发轧制规程计算代码，既需要耗费大量的人力、物力和时间，也不利于代码的维护。因此，亟需开发一种能够适用于不同生产线设备布置形式和不同轧制工艺的轧制规程计算方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法，实现对各种轧制生产线配置方案和不同轧制工艺形式的轧制规程计算，不受产线设备数量、设备顺序、工艺形式的限制，避免根据具体的产线布置采用枚举的方式重复开发轧制规程计算代码，减少人力物力和时间投入，提高计算代码的通用性、统一性和可维护性，为轧制生产线的设计、调试、生产、新品种和新工艺的开发提供通用、便捷、快速、准确的计算分析手段。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法，定义设备基类并派生主要设备类，采用拖拽设备图标等方式自由配置轧制生产线，程序通过定义设备基类序列的方式解析轧制生产线设备配置方案，根据设备速度限制属性确定轧件速度制度并计算轧件通过各设备的状态参数；通过粗轧机架和精轧机架的否与下架连轧和轧制道次数属性，对轧机进行分组，依次计算轧件在各组轧机的各个大道次内通过各个机架的温度和力能参数，并根据计算结果迭代优化各道次的压下量，完成轧制规程计算。该方法具体包括以下步骤：

S1：配置轧制生产线主要设备布置方案：定义设备基类并派生主要设备类，采用拖拽设备图标等方式自由配置轧制生产线，形成轧制生产线主要设备布置方案。

具体的，从设备清单栏拖拽设备图标到生产线配置区域或者从设备库添加设备到生产线配置区域，对生产线配置区域已经存在的设备可以进行删除或交换设备位置操作，自由灵活配置轧制生产线，形成生产线主要设备布置方案。

S2：设定计算轧制规程所需的各类参数值，包括主要设备布置方案中各设备的设备参数值、设备位置参数、各处的辊道参数、板坯参数、中间坯参数、目标成品参数、轧制策略参数和各轧制道次设定参数等；

S3：通过定义设备基类序列的方式解析轧制生产线主要设备布置方案，并保存各类计算参数值；

S4：计算轧制规程的关键工艺参数；

S5：根据所述关键工艺参数计算结果及轧制策略，修改各道次的压下量分配，再重复关键工艺参数计算过程，直至达到理想的压下量分配，保存计算结果，完成轧制规程计算。

S6：完成轧制规程计算后，对计算结果进行处理，根据需要输出显示轧制表、温度历程图、轧制时序图、除鳞时序图、功率时序图、速度锥曲线图、功率落点图、道次力能参数曲线图等。

进一步，步骤S1中，在配置轧制生产线主要设备布置方案时，应遵守轧制生产基本原则，如精轧机架应配置在粗轧机架的下游，若配置连铸机则应为生产线沿轧制方向的第一台设备，生产线最后一台设备应配置为卷取机或冷床。

进一步，步骤S1中，定义的设备基类包括设备序号、设备名称、入口坐标、中心坐标、出口坐标、设备长度和速度限制等数据成员以及计算所需的用于操作数据成员的属性和方法；例如使用入口坐标属性获取或修改设备入口坐标数据成员的值，利用设备内轧件温降计算函数方法计算轧件通过设备时的温度变化情况。

所述设备序号是指在轧制生产线中沿着轧制方向依次为所配置的设备进行编号，可以根据设备序号区分轧制生产线中设备之间的相对位置关系；所述入口坐标、中心坐标、出口坐标和设备长度，分别指的是在轧制生产线中沿着轧制方向、设备上游侧边缘的位置坐标、设备下游侧边缘的位置坐标以及设备中心线处的位置坐标和设备沿着轧制方向的占地长度；所述速度限制是指设备是否对轧件移动过程中的速度制度产生影响，即正常生产时轧件运动到该设备处是否需要升速或降速到某一限制速度。

进一步，步骤S1中，派生的主要设备类包括但不限于连铸机、板坯加热炉、除鳞箱、定宽压力机、摆剪、轧机、保温罩、感应加热炉、卷取炉、热卷箱、中间冷却装置、轧后冷却装置、飞剪、矫直机、卷取机、冷床和辊道等设备，均由设备基类派生。轧制生产线中对计算轧制规程影响很小或者不影响轧制节奏和轧件温度变化的设备可以不定义其设备类，如测宽仪、测厚仪等仪器仪表及侧导板等辅助设备。各主要设备类，继承了设备基类的数据成员、属性和方法，并根据设备特征和计算需要，分别添加特有的数据成员、属性和方法，或对设备基类的方法进行重写，例如，板坯加热炉类中添加加热温度数据成员和属性，并添加获取板坯出炉后的温度分布函数方法，除鳞箱类中添加水量、喷射压力、喷淋段长度、水温以及除鳞速度等数据成员及属性并对设备内轧件温降计算函数进行重写等等，轧机类中添加轧机是否空过、轧机辊系、入口立辊、出口立辊、是否立辊调宽、轧辊、入口轧件、出口轧件、传动电机、最大轧制力等数据成员和属性，并添加道次压下率计算、道次咬入角计算、平辊轧制轧件宽度计算、变形抗力计算、辊缝内轧件温度计算、轧制力计算、轧制力矩计算、轧制功率计算等函数方法。

所述轧机包括立辊轧机、粗轧机架或精轧机架，均由轧机类派生，继承了轧机类的数据成员、属性和方法，并根据设备特征和计算需要，分别添加特有的数据成员、属性和方法，或对基类的方法进行重写，例如立辊轧机类中添加立辊最大侧压量数据成员和属性，并添加立辊侧压轧件宽度计算函数方法，粗轧机架和精轧机架中根据各自轧制特点添加速度制度计算、能耗计算、电机发热校核计算、机上除鳞温降计算、机架间冷却温降计算等函数方法。

进一步，步骤S2中，主要设备布置方案中各设备的设备参数值包括但不限于设备速度限制、除鳞箱水量、立辊轧机最大侧压量，粗轧机架(或精轧机架)是否与下架连轧、轧制道次数、轧辊辊系和对应的轧辊参数、电机参数以及最大轧制力限制等；所述设备位置参数包括设备长度和相邻设备之间的距离；所述辊道参数包括辊道最大运行速度、辊道加速度、辊道减速度、辊道直径和辊道温度等；所述板坯参数包括板坯钢种类别、钢种牌号、碳含量、密度、厚度、宽度、长度、板坯平均温度或温度分布值等；所述中间坯参数包括中间坯的目标厚度、宽度和待温温度等；所述目标成品参数包括厚度、宽度和终轧温度等；所述轧制策略参数包括单一工况或批量计算模式、是否自动优化分配压下量、负荷分配模式和轧制过程速度策略等；所述轧制道次设定参数包括各道次出口轧件厚度、咬钢速度、最大轧制速度、抛钢速度、道次间隙时间、道次是否除鳞、道次是否转钢、道次是否立辊调宽和道次是否进行机架间冷却。

进一步，步骤S2中，设定计算轧制规程所需的各类参数值时，对于各立辊轧机、粗轧机架和精轧机架，其辊系参数可以设置为二辊、四辊、六辊等，确定辊系参数值后，再设置对应轧辊的各项参数值。例如，若某一立辊轧机的辊系选择为二辊，则只需设定该立辊轧机的轧机工作辊的各项参数值；若某一粗轧机架的辊系选择为四辊，则需要设定该粗轧机架轧机工作辊、支承辊的各项参数值；若某一精轧机架的辊系选择为六辊，则需要设定该精轧机架轧机工作辊、中间辊、支承辊的各项参数值。

进一步，步骤S2中，设定各粗轧机架和精轧机架的设备参数值时，应根据具体的轧制工艺合理设置是否与下架连轧和轧制道次数的参数值，并在解析轧制生产线主要设备布置方案时将设定值分别赋值给对应的粗轧机架类和精轧机架类的是否与下架连轧和轧制道次数这两个数据成员；根据粗轧机架类和精轧机架类是否与下架连轧的取值情况，将轧制生产线上所有的粗轧机架(或所有精轧机架)分别划分为若干组轧机，每组轧机内的粗轧机架(或精轧机架)沿轧制方向依次构成连轧关系，组与组之间的粗轧机架(或精轧机架)不构成连轧关系，同一组轧机内的各个粗轧机架(或精轧机架)轧制道次数必须相同；根据分组情况，按照轧制顺序分别设定各粗轧机架类和精轧机架类的分组序号。

进一步，步骤S2中，主要设备布置方案中同时含有粗轧机架和精轧机架时，板坯是指粗轧机架轧制前的轧件，目标成品是指精轧机架轧制完成后的轧件，中间坯是指粗轧机架轧制完成后，精轧机架轧制开始前的轧件；当生产线配置中仅存在粗轧机架或精轧机架时，轧制策略参数中设置是否需要中间坯，若不需要中间坯，则中间坯参数将不参与计算，若需要中间坯，则还需设置轧制策略参数中的粗轧总道次数N，将轧制N道次后的轧件视为中间坯。

进一步，步骤S3中，解析所述轧制生产线主要设备布置方案时，根据设备基类序列第一台设备是否为连铸机来区分生产线配置工艺是常规轧制还是连铸连轧，若所述第一台设备是连铸机，则为连铸连轧，否则为常规轧制。

进一步，步骤S3中，将设备基类序列定义为对象数组、集合、泛型集合或字典等能够用来存储多个对象的变量，具体是：根据主要设备的设备序号、设备参数值、设备位置参数，声明并实例化各设备类以保存设备参数和位置信息，并将实例化的设备类按设备序号依次添加到设备基类序列中；根据获取的各处的辊道参数、板坯参数、中间坯参数、目标成品参数和轧制策略参数值，分别声明各处的辊道、板坯、中间坯、目标成品和轧制策略类，并以相应的参数对类进行实例化，以保存这些计算所需的参数值；根据各机架的轧制道次数，声明并实例化各立辊轧机、粗轧机架、精轧机架的辊缝入口轧件和辊缝出口轧件类，将各轧制道次设定参数值分别赋值给立辊轧机、粗轧机架或精轧机架类自身的对应数据成员，或辊缝入口轧件和辊缝出口轧件类的对应数据成员。

进一步，步骤S4中，计算轧制规程的关键工艺参数，具体包括：根据设备基类序列中各设备的速度限制以及相邻设备之间的间距和轧件的长度，确定轧件在设备间移动过程的速度制度，并根据轧件在各设备内的运动速度要求以及各轧制道次的速度要求，确定轧件通过各设备时的速度制度，根据轧件运动轨迹，构建完整的轧件运动速度制度序列；在此基础上，按照设备序号依次计算轧件沿轧制方向各节点抵达所述设备基类序列中各设备入口和出口的时刻，获得通过设备以及在相邻设备之间运动的时间，然后计算轧件温度变化情况，计算立辊轧机、粗轧机架和精轧机架各轧制道次的压下率、咬入角、轧制时间、间隙时间、轧件尺寸、轧制力、轧制力矩、电机转动力矩、电机实际功率和电机力矩过载系数等关键工艺参数。

进一步，步骤S4中，在计算轧制规程时，将轧件从任意一组依次构成连轧关系的粗轧机架或精轧机架的入口机架开始咬钢，到轧件尾部离开该组轧机的出口机架的轧制过程称之为一个大道次；当计算到第一台粗轧机架(或第一台精轧机架)时，对整个粗轧(或精轧)阶段进行计算，按照粗轧机架(或精轧机架)分组序号依次对各组轧机进行计算；对任意一组轧机，按照轧制顺序对该组轧机各个大道次依次进行计算，首先根据大道次的轧制方向确定入口机架和出口轧件，然后计算该大道次从入口机架咬钢到出口机架抛钢直至或抛钢后轧件减速静止在出口机架出口侧或抛钢后轧件进入卷取炉、热卷箱、卷取机等卷取设备的速度制度，以此计算轧件在该大道次依次通过该组轧机内各个机架的时刻，以及运动过程中轧件通过其他设备(如该组轧机之间布置的保温罩等)的时刻，并在此基础上计算轧件温度变化和轧制力能参数；根据粗轧机架(或精轧机架)的分组情况及各机架的轧制道次数，即可灵活模拟单机架可逆轧制、双机架单道次可逆轧制、双机架串列式可逆连轧、多机架单道次非连续轧制、多机架连续轧制、以及其他各种若干机架、连续或不连轧轧制、可逆或不可逆轧制等各种轧制工艺形式，实现对自由配置的各种轧制生产线的轧制规程计算功能。

进一步，步骤S4中，计算轧件在设备之间的速度制度时，对设备基类序列中的设备类按照设备序号从小到大顺序进行搜索，根据设备类的速度限制取值，确定各个影响速度制度的设备序号，相邻两个影响轧件速度制度设备限制速度值以及相邻两个影响速度制度设备之间的辊道速度参数为参考，再考虑相邻两个影响速度制度设备的设备间距和轧件长度，以此确定轧件在相邻两个影响速度制度设备之间运动的速度制度。

本发明的有益效果在于：

1)本发明通过拖拽设备图标或者采用其他方式自由配置轧制生产线，并定义设备基类序列对配置的轧制生产线主要设备布置方案进行解析，并通过对连铸机的识别区分轧制工艺，通过粗轧机架类和精轧机架类的是否与下架连轧数据成员对轧机进行分组，根据轧机分组情况及粗轧机架类和精轧机架类的轧制道次数，将各组轧机的轧制过程划分为若干个大道次，对轧制阶段依次计算轧件通过各组轧机的各个大道次内的各个机架的温度变化和力能参数，可以计算各种设备布置形式和生产工艺的轧制规程，极大增强轧制规程计算代码的通用性，大大节省针对具体工艺重新开发计算代码的时间和成本。

2)本发明采用一套代码进行各种轧制生产线的轧制规程计算，可以实现代码计算模型的统一，便于代码测试与维护，有利于在同一标准下进行不同的轧制生产线布置方案和生产工艺的对比计算，为优化生产线设计方案和设备选型提供依据。

3)本发明采用一套代码进行各种轧制生产线的轧制规程计算，除了节省开发时间和成本外，还有利于缩短轧制生产线二级控制系统的调试时间。

4)本发明基于轧制规程计算代码的通用性和产线自由配置功能，还可以进行新工艺的模拟计算，为新工艺、新材料的研发提供技术手段。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法流程图；

图2为实施例1的连铸连轧生产线主要设备布置方案示意图；

图3为实施例2的常规轧制生产线主要设备布置方案示意图；

图4为实施例1的轧件温度变化历程图；

图5为实施例2的轧制时序图；

图6为实施例2的除鳞时序图；

图7为实施例2的功率时序图。

附图标记：1-连铸机、2-粗轧机架、3-保温罩、4感应加热炉(即感应加热器)、5-除鳞箱、6-精轧机架、7-轧后冷却装置、8-飞剪、9-卷取机、10-板坯加热炉、11-定宽压力机。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图7，本发明提供一种计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法，适用于不同生产线设备布置形式和不同轧制工艺的轧制规程，可以极大增强代码的通用性，大大节省针对具体工艺重新开发计算代码的时间和成本；可以实现代码计算模型的统一，便于代码测试与维护；可以实现对各种不同的生产线设计方案的对比计算从而优化配置；还有利于缩短轧制生产线二级控制系统的调试时间。此外，由于轧制规程计算代码的通用性，还可以进行新工艺的模拟计算，为新工艺、新材料的研发提供技术手段。

该方法需提前准备的工作为：

定义轧件、电机、轧辊、轧制策略等类，根据计算需要在以上数据类中添加各自的数据成员以及计算所需的用于操作数据成员的属性和方法。例如，向轧件类中添加轧件种类、轧件牌号、轧件碳含量、轧件密度、轧件导热系数、轧件比热容、轧件厚度、轧件宽度、轧件长度、轧件重量、轧件温度、轧件速度、轧件加速度、轧件变形抗力模型变量等数据成员和属性，并添加轧件导热系数计算、轧件比热容计算、获取轧件变形抗力模型变量、轧件变形抗力计算、保存轧件温度等函数方法；向电机类中添加额定功率、电机基速、电机最大转速、减速比、电机实际转速、电机实际转动力矩、传动效率等数据成员和属性，并添加电机转速计算、电机转动力矩计算等函数方法；向轧辊类中添加轧辊材质、轧辊辊身长度、轧辊辊身直径、轧辊辊颈直径、轧辊温度、轧辊弹性模量、泊松比等数据成员和属性。

定义设备基类，其包含设备序号、设备名称、入口坐标、中心坐标、出口坐标、设备长度、速度限制等数据成员以及计算所需的用于操作数据成员的属性和方法，例如使用入口坐标属性获取或修改设备入口坐标数据成员的值，利用设备内轧件温降计算函数方法计算轧件通过设备时的温度变化情况。所述设备序号是指在轧制生产线中沿着轧制方向依次为所配置的设备进行编号，可以根据设备序号区分轧制生产线中设备之间的相对位置关系；入口坐标、中心坐标、出口坐标和设备长度，分别指的是在轧制生产线中沿着轧制方向，设备上游侧边缘的位置坐标、设备下游侧边缘的位置坐标，设备中心线处的位置坐标和设备沿着轧制方向的占地长度；所述速度限制是指设备是否对轧件移动过程中的速度制度产生影响，即正常生产时轧件运动到该设备处是否需要升速或降速到某一限制速度。

定义轧制生产线上可能配置的主要设备类，包括但不限于连铸机、板坯加热炉、除鳞箱、定宽压力机、摆剪、轧机、保温罩、感应加热炉、卷取炉、热卷箱、中间冷却装置、轧后冷却装置、飞剪、矫直机、卷取机、冷床、辊道等设备类，均由设备基类派生。轧制生产线中对计算轧制规程影响很小或者不影响轧制节奏和轧件温度变化的设备可以不定义其设备类，如测宽仪、测厚仪等仪器仪表及侧导板等辅助设备。所述各主要设备类，继承了所述设备基类的数据成员、属性和方法，并根据设备特征和计算需要，分别添加特有的数据成员、属性和方法，或对设备基类的方法进行重写，例如，板坯加热炉类中添加加热温度数据成员和属性，并添加获取板坯出炉后的温度分布函数方法，除鳞箱类中添加水量、喷射压力、喷淋段长度、水温以及除鳞速度等数据成员及属性并对设备内轧件温降计算函数进行重写等等，轧机类中添加轧机是否空过、轧机辊系、入口立辊、出口立辊、是否立辊调宽、轧辊、入口轧件、出口轧件、传动电机、最大轧制力等数据成员和属性，并添加道次压下率计算、道次咬入角计算、平辊轧制轧件宽度计算、变形抗力计算、辊缝内轧件温度计算、轧制力计算、轧制力矩计算、轧制功率计算等函数方法。

定义立辊轧机、粗轧机架、精轧机架类，均由轧机类派生，继承了轧机类的数据成员、属性和方法，并根据设备特征和计算需要，分别添加特有的数据成员、属性和方法，或对基类的方法进行重写，例如立辊轧机类中添加立辊最大侧压量数据成员和属性，并添加立辊侧压轧件宽度计算函数方法，粗轧机架和精轧机架中根据各自轧制特点添加速度制度计算、能耗计算、电机发热校核计算、机上除鳞温降计算、机架间冷却温降计算等函数方法。

为了实现对灵活配置的各种轧制生产线工艺形式进行轧制规程计算，粗轧机架类和精轧机架类含有是否与下架连轧、分组序号、轧制道次数数据成员和属性。

如图1所示，上述计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法具体包括以下步骤：

步骤1：配置轧制生产线主要设备布置方案。从设备清单栏拖拽设备图标到产线配置区域或者从设备库添加设备到生产线配置区域，对生产线配置区域已经存在的设备可以进行删除或交换设备位置操作，自由灵活配置轧制生产线，形成生产线主要设备布置示意图。

步骤2：设定计算轧制规程所需的各类参数值，包括主要设备布置方案中各设备的设备参数值、设备位置参数、各处的辊道参数、板坯参数、中间坯参数、目标成品参数、轧制策略参数、各轧制道次设定参数等。

主要设备布置方案中各设备的设备参数值包括但不限于设备速度限制、除鳞箱水量、立辊轧机最大侧压量，粗轧机架(或精轧机架)是否与下架连轧、轧制道次数、轧辊辊系和对应的轧辊参数、电机参数以及最大轧制力限制等；设备位置参数包括但不限于设备长度、相邻设备之间的距离等；辊道参数包括辊道最大运行速度，辊道加速度，辊道减速度，辊道直径，辊道温度等；板坯参数包括板坯钢种类别、钢种牌号、碳含量、密度、厚度、宽度、长度、板坯平均温度或温度分布值等；中间坯参数包括中间坯的目标厚度、宽度、待温温度等；所述目标成品参数包括厚度、宽度、终轧温度等；轧制策略参数包括单一工况或批量计算模式、是否自动优化分配压下量、负荷分配模式、轧制过程速度策略等；轧制道次设定参数包括各道次出口轧件厚度、咬钢速度、最大轧制速度、抛钢速度、道次间隙时间、道次是否除鳞、道次是否转钢、道次是否立辊调宽、道次是否进行机架间冷却等。

步骤3：解析轧制生产线主要设备布置方案并保存各类计算参数值。定义一个设备基类序列，根据主要设备的设备序号、设备参数值、设备位置参数，声明并实例化各设备类以保存设备参数和位置信息，并将实例化的设备类按设备序号依次添加到所述设备基类序列中。根据获取的所述各处的辊道参数、板坯参数、中间坯参数、目标成品参数和轧制策略参数值，分别声明各处的辊道、板坯、中间坯、目标成品、轧制策略类，并以相应的参数对类进行实例化，以保存这些计算所需的参数值。根据各机架的轧制道次数，声明并实例化各立辊轧机、粗轧机架、精轧机架的辊缝入口轧件和辊缝出口轧件类，将各轧制道次设定参数值分别赋值给立辊轧机、粗轧机架、精轧机架类自身的对应数据成员，或辊缝入口轧件、辊缝出口轧件类的对应数据成员。

步骤4：计算轧制过规程的关键工艺参数。根据所述设备基类序列中各设备的速度限制以及相邻设备之间的间距和轧件的长度，确定轧件在设备间移动过程的速度制度，并根据轧件在各设备内的运动速度要求以及各轧制道次的速度要求，确定轧件通过各设备时的速度制度，根据轧件运动轨迹，构建完整的轧件运动速度制度序列。在此基础上，按照设备序号依次计算轧件沿轧制方向各节点抵达设备基类序列中各设备入口和出口的时刻，获得通过设备以及在相邻设备之间运动的时间，然后计算轧件温度变化情况，计算立辊轧机、粗轧机架和精轧机架各轧制道次的压下率、咬入角、轧制时间、间隙时间、轧件尺寸、轧制力、轧制力矩、电机转动力矩、电机实际功率、电机力矩过载系数等关键工艺参数。

步骤5：根据关键工艺参数计算结果及轧制策略，修改各道次的压下量分配，再重复所述关键工艺参数计算过程，直至达到理想的压下量分配，保存计算结果，完成轧制规程计算。

步骤6：完成轧制规程计算后，对计算结果进行处理，根据需要输出显示轧制表、温度历程图、轧制时序图、除鳞时序图、功率时序图、速度锥曲线图、功率落点图、道次力能参数曲线图等。

实施例1：

采用拖拽设备图标的方式在生产线配置区域配置如图2所示的轧制生产线，生产线沿着轧制方向依次为连铸机1、三台连续布置的粗轧机架2、保温罩3、感应加热炉4、精轧前除鳞箱5、五台连续布置的精轧机架6、轧后冷却装置7、高速飞剪8、卷取机9。在轧制生产线中，粗轧机架和感应加热炉之间还布置有摆剪、废坯推出装置和事故剪，由于这些设备对计算轧制规程影响很小，不影响轧制节奏和轧件温度变化计算，故可以不拖拽添加到轧制生产线主要设备配置方案中。

根据拖拽的轧制生产线主要设备配置方案，设定计算轧制规程所需的各类参数值。特别的，设置三台连续布置的粗轧机架2和五台连续布置的精轧机架6是否与下架连轧参数值为“是”，轧制道次数参数值设置为1，并设定连铸机1为速度限制设备，其他设备都非速度限制设备。

程序通过设备基类序列及辊道、板坯、中间坯、目标成品、轧制策略等类来解析轧制生产线主要设备布置方案并获取计算所需的各类参数值。

计算轧制过程的关键工艺参数。由于产线第一台设备为连铸机，判定该生产线为连铸连轧生产线，轧件移动速度主要取决于连铸拉速，其他设备均不影响速度制度，轧件速度根据连铸拉速和秒流量相等原则换算得到。按照设备序号依次计算轧件沿轧制方向各节点抵达设备基类序列中各设备入口和出口的时刻，获得通过设备以及在相邻设备之间运动的时间，然后计算轧件温度变化情况，计算粗轧机架和精轧机架各轧制道次的压下率、咬入角、轧制时间、间隙时间、轧件尺寸、轧制力、轧制力矩、电机转动力矩、电机实际功率、电机力矩过载系数等关键工艺参数。在计算粗轧阶段和精轧阶段时，由于各台粗轧机架和各台精轧机架依次构成连轧关系，并且轧制道次数为1，则整个轧制过程形成了多机架单道次连续轧制，只需计算轧机依次通过一组粗轧机架或精轧机架的一个大道次内各个机架的温度变化和关键工艺参数，即可实现对轧制阶段的模拟计算。

根据关键工艺参数计算结果及轧制策略，修改各道次的压下量分配，再重复所述关键工艺参数计算过程，直至达到理想的压下量分配，保存计算结果，完成轧制规程计算。

完成轧制规程计算后，对计算结果进行处理，根据需要输出显示轧制表(如表1)、温度历程图(如图4)等。

表1轧制规程计算轧制表

实施例2：

采用拖拽设备图标的方式在生产线配置区域配置如图3所示的轧制生产线，生产线沿着轧制方向依次为板坯加热炉10、粗除鳞箱5、定宽压力机11、三台粗轧机架2(R1～R3)、保温罩3、切头飞剪8、精除鳞箱5、七台精轧机架6(F1～F7)、轧后冷却装置7、卷取机9。

根据拖拽的轧制生产线主要设备配置方案，设定计算轧制规程所需的各类参数值。特别的，设置粗轧机架R1与下架连轧参数值为“是”，R2和R3与下架连轧参数值为“否”，R1、R2和R3的轧制道次数参数值都设置为3，精轧机架F1～F6与下架连轧参数值为“是”，F7与下架连轧参数值为“否”，F1～F7的轧制道次数参数值都设置为1，设置保温罩3和轧后冷却装置7为非速度限制速度，其他设备均设置为速度限制设备。

程序通过设备基类序列及辊道、板坯、中间坯、目标成品、轧制策略等类来解析轧制生产线主要设备布置方案并获取计算所需的各类参数值。根据粗轧机架类和精轧机架类是否与下架连轧的取值情况，可以将粗轧机架R1和R2划分为一组轧机，分组序号设定为1、粗轧机架R3单独成为另一组轧机，分组序号设定为2；精轧机架F1～F7可以划分为一组连轧机架，分组序号设定为1。

计算轧制过程的关键工艺参数。根据所述设备基类序列中各设备的速度限制以及相邻设备之间的间距和轧件的长度，确定轧件在设备间移动过程的速度制度(例如，在计算粗轧轧制前轧件运动过程的速度制度时，按照设备序号依次搜索，发现第一台设备板坯加热炉10是速度限制设备，第二台设备粗除鳞箱5也是速度限制设备，则板坯从板坯加热炉10出炉后，应由静止加速到该段辊道的运行速度，再控制速度使板坯头部抵达粗除鳞箱5入口时速度降低至粗除鳞箱5的限制速度；若第二台设备粗除鳞箱5非速度限制设备，则继续搜索判断第三台设备定宽压力机11是否为速度限制设备，若定宽压力机11是速度限制设备，则板坯从板坯加热炉10出炉后，应由静止加速到该段辊道的运行速度，然后保持恒速运行，只需控制轧件头部抵达定宽压力机11入口时刻的速度降低至定宽压力机11的速度限制值即可。若两台相邻的速度限制设备之间的设备间距小于等于经过此处的轧件长度，则需要控制轧件在两台相邻的速度限制设备之间的运行速度为所述两台相邻的速度限制设备限制速度的较小值)。再根据轧件在各设备内的运动速度要求以及各轧制道次的速度要求，确定轧件通过各设备时的速度制度，根据轧件运动轨迹，构建完整的轧件运动速度制度序列。

在此基础上，按照设备序号依次计算轧件沿轧制方向各节点抵达所述设备基类序列中各设备入口和出口的时刻，获得通过设备以及在相邻设备之间运动的时间，然后计算轧件温度变化情况，计算立辊轧机、粗轧机架和精轧机架各轧制道次的压下率、咬入角、轧制时间、间隙时间、轧件尺寸、轧制力、轧制力矩、电机转动力矩、电机实际功率、电机力矩过载系数等关键工艺参数。在进行粗轧轧制和精轧轧制阶段的关键工艺参数时，将轧件从任意一组依次构成连轧关系的粗轧机架或精轧机架的入口机架开始咬钢，到轧件尾部离开该组轧机的出口机架的轧制过程称之为一个大道次。粗轧阶段可以分为两组轧机、第一组轧机R1和R2构成连轧关系，且轧制道次数为3，则进行的是3个大道次的可逆式连轧，第二组轧机仅有R3一台粗轧机架，轧制道次数为3，则进行的是3个单道次的可逆轧制；精轧阶段七台精轧机架依次构成连轧关系，且轧制道次数为1，则形成的是一个大道次的七机架连续轧制。当计算到第一台粗轧机架(或第一台精轧机架)时，对整个粗轧(或精轧)阶段按照粗轧机架(或精轧机架)分组序号依次对各组轧机进行计算。对所述任意一组轧机，按照轧制顺序对该组轧机各个大道次依次进行计算，首先根据大道次的轧制方向确定入口机架和出口轧件，然后计算该大道次从入口机架咬钢到出口机架抛钢或抛钢后轧件减速静止在出口机架出口侧或抛钢后轧件进入卷取炉、热卷箱、卷取机等卷取设备的速度制度，以此计算轧件在该大道次依次通过该组轧机内各个机架的时刻，以及运动过程中轧件通过其他设备(如该组轧机之间布置的保温罩等)的时刻，并在此基础上计算轧件温度变化和轧制力能参数。

根据所述关键工艺参数计算结果及轧制策略，修改各道次的压下量分配，再重复所述关键工艺参数计算过程，直至达到理想的压下量分配，保存计算结果，完成轧制规程计算。

完成轧制规程计算后，对计算结果进行处理，根据需要输出显示轧制表(如表2、表3)、轧制时序图(如图5)、除鳞时序图(如图6)、功率时序图(如图7)等。

表2粗轧轧制规程计算轧制表

表3精轧轧制规程计算轧制表

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1：配置轧制生产线主要设备布置方案：定义设备基类并派生主要设备类，采用拖拽设备图标方式自由配置轧制生产线，形成轧制生产线主要设备布置方案；

S2：设定计算轧制规程所需的各类参数值，包括主要设备布置方案中各设备的设备参数值、设备位置参数、各处的辊道参数、板坯参数、中间坯参数、目标成品参数、轧制策略参数和各轧制道次设定参数；

S3：通过定义设备基类序列的方式解析轧制生产线主要设备布置方案，并保存各类计算参数值；

S4：计算轧制规程的关键工艺参数；

S5：根据所述关键工艺参数计算结果及轧制策略，修改各道次的压下量分配，再重复关键工艺参数计算过程，直至达到理想的压下量分配，保存计算结果，完成轧制规程计算。

2.根据权利要求1所述的计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法，其特征在于，步骤S1中，定义的设备基类包括设备序号、设备名称、入口坐标、中心坐标、出口坐标、设备长度和速度限制以及计算所需的用于操作数据成员的属性和方法；

所述设备序号是指在轧制生产线中沿着轧制方向依次为所配置的设备进行编号，根据设备序号区分轧制生产线中设备之间的相对位置关系；所述入口坐标、中心坐标、出口坐标和设备长度，分别指的是在轧制生产线中沿着轧制方向、设备上游侧边缘的位置坐标、设备下游侧边缘的位置坐标以及设备中心线处的位置坐标和设备沿着轧制方向的占地长度；所述速度限制是指设备是否对轧件移动过程中的速度制度产生影响，即正常生产时轧件运动到该设备处是否需要升速或降速到某一限制速度。

3.根据权利要求1所述的计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法，其特征在于，步骤S1中，派生的主要设备类包括连铸机、板坯加热炉、除鳞箱、定宽压力机、摆剪、轧机、保温罩、感应加热炉、卷取炉、热卷箱、中间冷却装置、轧后冷却装置、飞剪、矫直机、卷取机、冷床和辊道，均由设备基类派生；各主要设备类，继承了设备基类的数据成员、属性和方法，并根据设备特征和计算需要，分别添加特有的数据成员、属性和方法，或对设备基类的方法进行重写；

所述轧机包括立辊轧机、粗轧机架或精轧机架，均由轧机类派生，继承了轧机类的数据成员、属性和方法，并根据设备特征和计算需要，分别添加特有的数据成员、属性和方法，或对基类的方法进行重写。

4.根据权利要求1所述的计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法，其特征在于，步骤S2中，主要设备布置方案中各设备的设备参数值包括设备速度限制、除鳞箱水量、立辊轧机最大侧压量，粗轧机架或精轧机架是否与下架连轧、轧制道次数、轧辊辊系和对应的轧辊参数、电机参数以及最大轧制力限制；所述设备位置参数包括设备长度和相邻设备之间的距离；所述辊道参数包括辊道最大运行速度、辊道加速度、辊道减速度、辊道直径和辊道温度；所述板坯参数包括板坯钢种类别、钢种牌号、碳含量、密度、厚度、宽度、长度、板坯平均温度或温度分布值；所述中间坯参数包括中间坯的目标厚度、宽度和待温温度；所述目标成品参数包括厚度、宽度和终轧温度；所述轧制策略参数包括单一工况或批量计算模式、是否自动优化分配压下量、负荷分配模式和轧制过程速度策略；所述轧制道次设定参数包括各道次出口轧件厚度、咬钢速度、最大轧制速度、抛钢速度、道次间隙时间、道次是否除鳞、道次是否转钢、道次是否立辊调宽和道次是否进行机架间冷却。

5.根据权利要求1或4所述的计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法，其特征在于，步骤S2中，设定计算轧制规程所需的各类参数值时，对于各立辊轧机、粗轧机架和精轧机架，确定辊系参数值后，再设置对应轧辊的各项参数值；

步骤S2中，设定各粗轧机架和精轧机架的设备参数值时，根据具体的轧制工艺合理设置是否与下架连轧和轧制道次数的参数值，并在解析轧制生产线主要设备布置方案时将设定值分别赋值给对应的粗轧机架类和精轧机架类的是否与下架连轧和轧制道次数这两个数据成员；根据粗轧机架类和精轧机架类是否与下架连轧的取值情况，将轧制生产线上所有的粗轧机架或所有精轧机架分别划分为若干组轧机，每组轧机内的粗轧机架或精轧机架沿轧制方向依次构成连轧关系，组与组之间的粗轧机架或精轧机架不构成连轧关系，同一组轧机内的各个粗轧机架或精轧机架轧制道次数必须相同；根据分组情况，按照轧制顺序分别设定各粗轧机架类和精轧机架类的分组序号。

6.根据权利要求5所述的计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法，其特征在于，步骤S2中，主要设备布置方案中同时含有粗轧机架和精轧机架时，板坯是指粗轧机架轧制前的轧件，目标成品是指精轧机架轧制完成后的轧件，中间坯是指粗轧机架轧制完成后，精轧机架轧制开始前的轧件；当生产线配置中仅存在粗轧机架或精轧机架时，轧制策略参数中设置是否需要中间坯，若不需要中间坯，则中间坯参数将不参与计算，若需要中间坯，则还需设置轧制策略参数中的粗轧总道次数N，将轧制N道次后的轧件视为中间坯。

7.根据权利要求1所述的计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法，其特征在于，步骤S3中，将设备基类序列定义为对象数组、集合、泛型集合或字典能够用来存储多个对象的变量，具体是：根据主要设备的设备序号、设备参数值、设备位置参数，声明并实例化各设备类以保存设备参数和位置信息，并将实例化的设备类按设备序号依次添加到设备基类序列中；根据获取的各处的辊道参数、板坯参数、中间坯参数、目标成品参数和轧制策略参数值，分别声明各处的辊道、板坯、中间坯、目标成品和轧制策略类，并以相应的参数对类进行实例化，以保存这些计算所需的参数值；根据各机架的轧制道次数，声明并实例化各立辊轧机、粗轧机架、精轧机架的辊缝入口轧件和辊缝出口轧件类，将各轧制道次设定参数值分别赋值给立辊轧机、粗轧机架或精轧机架类自身的对应数据成员，或辊缝入口轧件和辊缝出口轧件类的对应数据成员。

8.根据权利要求1所述的计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法，其特征在于，步骤S4中，计算轧制规程的关键工艺参数，具体包括：根据设备基类序列中各设备的速度限制以及相邻设备之间的间距和轧件的长度，确定轧件在设备间移动过程的速度制度，并根据轧件在各设备内的运动速度要求以及各轧制道次的速度要求，确定轧件通过各设备时的速度制度，根据轧件运动轨迹，构建完整的轧件运动速度制度序列；在此基础上，按照设备序号依次计算轧件沿轧制方向各节点抵达所述设备基类序列中各设备入口和出口的时刻，获得通过设备以及在相邻设备之间运动的时间，然后计算轧件温度变化情况，计算立辊轧机、粗轧机架和精轧机架各轧制道次的压下率、咬入角、轧制时间、间隙时间、轧件尺寸、轧制力、轧制力矩、电机转动力矩、电机实际功率和电机力矩过载系数。

9.根据权利要求8所述的计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法，其特征在于，步骤S4中，在计算轧制规程时，将轧件从任意一组依次构成连轧关系的粗轧机架或精轧机架的入口机架开始咬钢，到轧件尾部离开该组轧机的出口机架的轧制过程称之为一个大道次；当计算到第一台粗轧机架或第一台精轧机架时，对整个粗轧或精轧阶段进行计算，按照粗轧机架或精轧机架分组序号依次对各组轧机进行计算；对任意一组轧机，按照轧制顺序对该组轧机各个大道次依次进行计算，首先根据大道次的轧制方向确定入口机架和出口轧件，然后计算该大道次从入口机架咬钢到出口机架抛钢或抛钢后轧件减速静止在出口机架出口侧或抛钢后轧件进入卷取炉、热卷箱、卷取机等卷取设备的速度制度，以此计算轧件在该大道次依次通过该组轧机内各个机架的时刻，以及运动过程中轧件通过其他设备的时刻，并在此基础上计算轧件温度变化和轧制力能参数；根据粗轧机架或精轧机架的分组情况及各机架的轧制道次数，即可灵活模拟单机架可逆轧制、双机架单道次可逆轧制、双机架串列式可逆连轧、多机架单道次非连续轧制、多机架连续轧制、以及其他各种若干机架、连续或不连轧轧制、可逆或不可逆轧制工艺形式，实现对自由配置的各种轧制生产线的轧制规程计算功能。

10.根据权利要求8所述的计算自由配置的轧制生产线轧制规程的方法，其特征在于，步骤S4中，计算轧件在设备之间的速度制度时，对设备基类序列中的设备类按照设备序号从小到大顺序进行搜索，根据设备类的速度限制取值，确定各个影响速度制度的设备序号，相邻两个影响轧件速度制度设备限制速度值以及相邻两个影响速度制度设备之间的辊道速度参数为参考，再考虑相邻两个影响速度制度设备的设备间距和轧件长度，以此确定轧件在相邻两个影响速度制度设备之间运动的速度制度。