CN105268747A - 一种热轧板带凸度在线闭环控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热轧板带凸度在线闭环控制方法，其特征在于，所述方法步骤如下，1）带钢到达精轧机组入口，精轧模型依据带钢的温度、厚度、宽度、材质、轧辊的实时辊型来计算精轧各机架所需的弯辊力设定值；2）精轧各机架咬钢后，各机架的弯辊力从平衡力切换到精轧模型计算的弯辊设定值；3）在精轧机组轧制过程中，板形保持功能根据各机架的轧制力变化对弯辊力进行一定的调整；4）增加带钢凸度的闭环控制，在精轧机组轧制过程中，根据精轧出口凸度仪实时检测的带钢凸度反馈值与设定值的偏差，依靠一种凸度转换弯辊力的算法，计算出各机架所需弯辊力的调整值，对精轧机组各机架的弯辊力进行实时调整，实现带钢凸度的闭环控制。

Description

一种热轧板带凸度在线闭环控制方法

技术领域

本发明涉及一种闭环控制方法，特别涉及一种热轧板带凸度在线闭环控制方法。

背景技术

随着市场的需求，热轧企业为了实现盈利，产品不断向高端拓展，产品质量控制精度越来越高，除了以前关注的厚度、宽度控制精度外，对热轧产品的凸度控制精度也要求非常严格，特别是针对汽车板、硅钢等高端产品，它除了要求产品整体的控制精度高外，还要求在整体控制精度高的前提下，产品的同质性高，即控制精度波动越小越好。但是，目前热轧企业板带的凸度控制都是以精轧模型通过带辊型的窜辊（有的轧机是交叉辊）及弯辊来实现控制的，精轧模型依据带钢的来料温度、厚度、宽度、材质、轧辊的实时辊型来计算精轧各机架所需窜辊量（或交叉角）及弯辊力的设定值，从而实现对产品的凸度控制。这样就存在以下两个问题，一、精轧模型对凸度的控制是滞后的。当本块钢的头部凸度控制超标时，它只能通过对下一块钢的自学习调整来优化精轧各机架的弯辊力与窜辊位置，从而改进凸度控制精度，这个过程往往需要几块钢的不断自学习才能达到较好的效果；二、精轧模型对凸度的控制不是在线闭环控制的。对于同一块钢，模型对精轧各机架的弯辊力设定是一次性的，在轧制过程中不会改变，对弯辊力的调整是通过板形保持功能来实现，即根据轧制过程中机架轧制力的变化对弯辊力做一定的调整，它不是以带钢的实际检测到的凸度作为参考的，实践证明这种板形保持功能对弯辊力的调整相对于带钢的凸度控制效果很差，即使模型设定的弯辊力使带钢头部的凸度精度很好，在轧制过程中，由于带钢长度方向温度、厚度等工艺条件的变化，也会造成带钢中尾部凸度精度很差。所以，开发一种热轧板带凸度在线闭环控制方法，对提高产品的凸度控制精度非常必要。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种热轧板带凸度闭环控制的方法，解决目前热轧企业中轧制这类产品时，产品凸度控制精度不高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下，一种热轧板带凸度在线闭环控制方法，其特征在于，所述方法步骤如下，1）带钢到达精轧机组入口，精轧模型依据带钢的温度、厚度、宽度、材质、轧辊的实时辊型来计算精轧各机架所需的弯辊力设定值；2）精轧各机架咬钢后，各机架的弯辊力从平衡力切换到精轧模型计算的弯辊设定值；3）在精轧机组轧制过程中，板形保持功能根据各机架的轧制力变化对弯辊力进行一定的调整；4）增加带钢凸度的闭环控制，在精轧机组轧制过程中，根据精轧出口凸度仪实时检测的带钢凸度反馈值与设定值的偏差，依靠一种凸度转换弯辊力的算法，计算出各机架所需弯辊力的调整值，对精轧机组各机架的弯辊力进行实时调整，实现带钢凸度的闭环控制。

作为本发明的一种改进，所述步骤4中带钢凸度的闭环控制具体方法如下，

4.1）计算带钢凸度的偏差，

模型下发的凸度设定值：Pref单位um；

模型下发的带钢厚度设定值：Href单位mm；

凸度设定系数：Pref_k单位pu；

Pref_k＝Pref/1000/Href；

凸度反馈值：Pfbk单位um；

凸度反馈系数：Pfbk_k单位pu；

Pfbk_k＝Pfbk/1000/Href；

凸度偏差：Perr单位pu；

Perr＝Pref_k-Pfbk_k；

4.2）接收模型下发的凸度偏差转换各机架弯辊力的系数，

模型下发的凸度偏差转换各机架弯辊力的系数：F1_P_B、F2_P_B、F3_P_B、F4_P_B、F5_P_B、F6_P_B、F7_P_B单位kn/pu；

此系数由模型根据带钢在精轧机组入口的温度、厚度、宽度、材质以及各机架的设定负荷计算得出；

4.3）计算机组弯辊力可调节系数；

各机架允许最大弯辊力：F1_Mx_B、F2_Mx_B、F3_Mx_B、F4_Mx_B、F5_Mx_B、F6_Mx_B、F7_Mx_B单位kn；

各机架允许最小弯辊力：F1_Min_B、F2_Min_B、F3_Min_B、F4_Min_B、F5_Min_B、F6_Min_B、F7_Min_B单位kn；

各机架弯辊反馈值：F1_B_F、F2_B_F、F3_B_F、F4_B_F、F5_B_F、F6_B_F、F7_B_F单位kn；

各机架弯辊力可调节系数：F1_B_K、F2_B_K、F3_B_K、F4_B_K、F5_B_K、F6_B_K、F7_B_K单位pu；

F1_B_K＝CLAMP((Perr*F1_P_B)、（F1_Mx_B-F1_B_F）、（F1_Min_B-F1_B_F））/(Perr*F1_P_B)；

注释：CLAMP(A、B、C）函数的意思是A为输入变量，B为最大值，C为最小值，当C≤A≤B时，函数输出值为A，当A＜C时，函数输出值为C，当A＞B时，函数输出值为B；

F2_B_K、F3_B_K、F4_B_K、F5_B_K、F6_B_K、F7_B_K同理计算得出；

机组弯辊力可调节系数：F_B_K单位pu；

F_B_K＝CLAMP(MIN(F1_B_K、F2_B_K、F3_B_K、F4_B_K、F5_B_K、F6_B_K、F7_B_K）、1、0）；

注释：MIN（A、B、C、D.......）函数的意思是输出值为A、B、C、D.......的最小值；

计算机组弯辊力可调节系数是为了保证带钢凸度闭环控制过程中，各机架的弯辊力都是可调节的，避免出现个别机架弯辊力到达最大或最小值，而不能调节的现象；

4.4）设定凸度偏差转换各机架弯辊力的应用系数；

凸度偏差转换各机架弯辊力的应用系数F1_P_B_K、F2_P_B_K、F3_P_B_K、F4_P_B_K、F5_P_B_K、F6_P_B_K、F7_P_B_K单位pu；

凸度偏差转换各机架弯辊力的应用系数由控制人员人为设定，其原则是：考虑前段机架是带钢凸度控制及保持中尾部板形良好的关键，故前端机架的系数设定较大，后端机架系数设定较小，其大小必须在0～1之间；如此设定的原理是：带钢的凸度控制主要是前端机架，后端机架主要是用于控制平直度；且在带钢轧制过程中，特别是薄规格带钢，轧制到后机架，带钢的厚度已经非常薄了，如果后机架弯辊力变化很大容易导致带钢板形突变，引起废钢；

4.5）计算各机架凸度偏差转换的弯辊力；

各机架凸度偏差转换的弯辊力：F1_err、F2_err、F3_err、F4_err、F5_err、F6_err、F7_err单位kn；

F1_err＝Perr*F1_P_B*F_B_K*F1_P_B_K；

F2_err、F3_err、F4_err、F5_err、F6_err、F7_err同理计算得出；

4.6）计算各机架凸度闭环弯辊力调整量；

各机架凸度闭环弯辊力调整量：F1_P_Cor、F2_P_Cor、F3_P_Cor、F4_P_Cor、F5_P_Cor、F6_P_Cor、F7_P_Cor单位kn；

F1_P_Cor＝F1_P_Cor＋F1_err，注释：凸度闭环弯辊力调整量累加方程；

带钢凸度闭环控制是：带钢通过精轧机组出口凸度仪延时4秒后，延时4秒是因为带钢头部容易起飘不稳定，凸度检测不准确，避免错误的调节，凸度仪检测到带钢的凸度反馈，计算出带钢凸度的偏差以及各机架凸度偏差转换的弯辊力，并在以后的轧制过程中，每隔2秒周期性地读取一次凸度仪检测到带钢的凸度反馈，周期性地计算出带钢凸度的偏差以及各机架凸度偏差转换的弯辊力，所以，各机架凸度偏差转换的弯辊力是每隔2秒计算一次，各机架凸度闭环弯辊力调整量是每隔2秒累加一次，直至各机架抛钢，对应机架的凸度闭环控制结束，并对各机架凸度闭环弯辊力调整量进行清零；

F2_P_Cor、F3_P_Cor、F4_P_Cor、F5_P_Cor、F6_P_Cor、F7_P_Cor同理计算得出。

相对于现有技术，本发明的优点如下，本发明开发了一种带钢凸度闭环控制方法，在精轧机组轧制过程中，根据凸度仪检测的带钢凸度反馈值，实时、周期性计算出与凸度设定值的偏差，并通过一种特定的算法计算出精轧各机架对应的改变凸度偏差所需要的弯辊力调整值，不断地改变各机架弯辊力，从而实现带钢凸度的闭环控制；本项发明技术与原有技术相比，改变了带钢凸度不能闭环控制，凸度控制精度差的缺陷，尤其是当生产含碳量低，带钢组织在精轧前段机架就进入铁素体区域，随着中间坯温度降低，轧制力反而逐步减小，而采用以前SM功能是减小弯辊力，会使产品的凸度减小。通过凸度控制理论的应用及凸度闭环控制技术实施，实现了根据带钢凸度的偏差来闭环调整各机架的弯辊力，从而大大提高了带钢的凸度控制精度，尤其是能满足低碳及超低碳钢，如汽车板、硅钢等高端产品质量需求，为企业的盈利提供了技术保障。

附图说明

图1为本发明凸度控制流程图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

实施例1：参见图1，一种热轧板带凸度在线闭环控制方法，以生产厚度Href＝2.5mm，凸度设定值Pref＝20um的带钢为例：

1、带钢到达精轧机组入口，精轧模型依据带钢的温度、厚度、宽度、材质、轧辊的实时辊型来计算精轧各机架所需的弯辊力设定值。F1～7机架的弯辊设定值：850kn、670kn、950kn、540kn、、640kn、、720kn、、814kn；

2、精轧各机架咬钢后，各机架的弯辊力从平衡力切换到精轧模型计算的弯辊设定值；

F1～7机架的弯辊力从固定平衡力800kn切换到弯辊设定值，各机架的弯辊力反馈值为设定值：F1_B_F＝850kn、F2_B_F＝670kn、F3_B_F＝950kn、F4_B_F＝540kn、F5_B_F＝640kn、F6_B_F＝720kn、F7_B_F＝814kn

3、在精轧机组轧制过程中，板形保持功能根据各机架的轧制力变化对弯辊力进行一定的调整；

精轧机组轧制过程中，在板形保持功能作用下，各机架的弯辊力随机架轧制力的变化而变化，轧制力增大，弯辊力增大，轧制力减小弯辊力减小，即：板形保持功能对弯辊力的调整量是随轧制力增大而增大，随轧制力减小而减小，它不是以带钢凸度反馈值与目标值的偏差变化而变化的，而弯辊力控制带钢凸度的理论是：凸度反馈值小于目标值，需要增大弯辊力，凸度反馈值大于目标值，需要减小弯辊力，所以，板形保持功能对弯辊力的调整量存在与凸度控制理论相反的情况，这就是板形保持功能对凸度控制存在的缺陷。

4、带钢凸度闭环控制：

4.1、计算带钢凸度偏差：

凸度设定系数Pref_k＝Pref/1000/Href＝20/1000/2.5=0.008

第一次检测到的带钢凸度反馈值为：Pfbk＝30um

凸度反馈系数Pfbk_k＝Pfbk/1000/Href＝30/1000/2.5=0.012

凸度偏差Perr＝Pref_k-Pfbk_k＝0.008－0.012＝-0.004

4.2、接收模型下发的凸度偏差转换各机架弯辊力的系数

接收模型根据带钢在精轧入口的温度、厚度、材质以及各机架的负荷计算得出的凸度偏差转换各机架弯辊力的系数（此系数由模型计算，每块钢计算的数据都不一样，本文不做详细解释）：

F1_P_B＝316821、F2_P_B＝272216、F3_P_B＝228111

F4_P_B＝184563、F5_P_B＝144704、F6_P_B＝131925、F7_P_B＝91849

4.3、计算机组弯辊力可调节系数

各机架允许最大弯辊力：F1_Mx_B＝F2_Mx_B＝F3_Mx_B＝F4_Mx_B＝F5_Mx_B＝F6_Mx_B＝F7_Mx_B＝2140kn

各机架允许最小弯辊力：F1_Min_B＝F2_Min_B＝F3_Min_B＝F4_Min_B＝F5_Min_B、F6_Min_B＝F7_Min_B＝200kn

各机架弯辊反馈值：

F1_B_F＝850kn、F2_B_F＝670kn、F3_B_F＝950kn

F4_B_F＝540kn、F5_B_F＝640kn、F6_B_F＝720kn、F7_B_F＝814kn

各机架弯辊力可调节系数：

F1_B_K＝CLAMP((Perr*F1_P_B)、（F1_Mx_B-F1_B_F）、（F1_Min_B-F1_B_F））/(Perr*F1_P_B)

＝CLAMP((-0.004*316821)、（2140-850）、（200-850））/(-0.004*316821)

＝CLAMP(-1267.284、1290、-650）/(-1267.284)

＝（-650）/(-1267.284)

＝0.5129

同理计算得出：

F2_B_K=0.4316、F3_B_K=0.8219、F4_B_K=0.4605

F5_B_K＝0.7601、F6_B_K＝0.9854、F7_B_K＝1.6712

机组弯辊力可调节系数：

F_B_K＝CLAMP(MIN(F1_B_K、F2_B_K、F3_B_K、F4_B_K、F5_B_K、F6_B_K、F7_B_K）、1、0）

＝CLAMP(MIN(0.5129、0.4316、0.8219、0.4605、0.7601、0.9854、1.6712）、1、0）

＝CLAMP(0.4316、1、0）

＝0.4316

4.4、设定凸度偏差转换各机架弯辊力的应用系数

凸度偏差转换各机架弯辊力的应用系数：

F1_P_B_K＝0.85、F2_P_B_K＝0.65、F3_P_B_K＝0.55

F4_P_B_K＝0.45、F5_P_B_K＝0.35、F6_P_B_K＝0.3、F7_P_B_K＝0.25

4.5、计算凸度偏差转换的各机架弯辊力：

凸度偏差转换的各机架弯辊力：

F1_err＝Perr*F1_P_B*F_B_K*F1_P_B_K

＝-0.004*316821*0.4316*0.85

＝-464.9kN

同理计算得出：

F2_err＝-305.4kN、F3_err＝-216.5kN、F4_err＝-143.3kN

F5_err＝-87.4kN、F6_err＝-68.3kN、F7_err＝-39.6kN

4.6、计算各机架凸度闭环弯辊力调整量

由于这是第一次计算各机架凸度闭环弯辊力调整量，所以F1_P_Cor、F2_P_Cor、F3_P_Cor、F4_P_Cor、F5_P_Cor、F6_P_Cor、F7_P_Cor的初始值为0

F1_P_Cor＝F1_P_Cor＋F1_err

＝0＋-305.4

＝-305.4kN

同理计算得出：

F2_P_Cor＝-305.4kN、F3_P_Cor＝-216.5kN、F4_P_Cor＝-143.3kN

F5_P_Cor＝-87.4kN、F6_P_Cor＝-68.3kN、F7_P_Cor＝-39.6kN

根据上述凸度闭环控制计算的各机架弯辊力调整量的计算结果得出：当带钢的凸度反馈为30um，大于凸度目标值20um时，F1~7机架的弯辊力调节量都为负值；

同理：根据弯辊力调节量计算公式：Perr*F1_P_B*F_B_K*F1_P_B_K，当带钢凸度反馈小于凸度目标值时，凸度偏差Perr变为正值，而，模型下发的凸度偏差转换各机架弯辊力的系数F1_P_B、机组弯辊力可调节系数F_B_K、凸度偏差转换各机架弯辊力的应用系数F1_P_B_K都恒为正值，所以，F1~7机架的弯辊力调节量也为正值。

所以，凸度闭环控制计算的各机架弯辊力的调整量符合弯辊力对带钢凸度控制的理论：凸度反馈值小于目标值，需要增大弯辊力，凸度反馈值大于目标值，需要减小弯辊力。并且是根据凸度偏差为调整目标的。

以后相隔2秒，凸度闭环控制根据当时凸度仪检测的带钢凸度反馈值，重复以上1～5的计算步骤，计算出当时凸度偏差转换的各机架弯辊力，并根据步骤6的累加公式计算各机架凸度闭环弯辊力调整量，直至各机架抛钢，对应机架的凸度闭环控制结束，并对各机架凸度闭环弯辊力调整量进行清零，等待下一块带钢轧制过程中重新计算。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (2)

1.一种热轧板带凸度在线闭环控制方法，其特征在于，所述方法步骤如下，1）带钢到达精轧机组入口，精轧模型依据带钢的温度、厚度、宽度、材质、轧辊的实时辊型来计算精轧各机架所需的弯辊力设定值；2）精轧各机架咬钢后，各机架的弯辊力从平衡力切换到精轧模型计算的弯辊设定值；3）在精轧机组轧制过程中，板形保持功能根据各机架的轧制力变化对弯辊力进行一定的调整；4）增加带钢凸度的闭环控制，在精轧机组轧制过程中，根据精轧出口凸度仪实时检测的带钢凸度反馈值与设定值的偏差，依靠一种凸度转换弯辊力的算法，计算出各机架所需弯辊力的调整值，对精轧机组各机架的弯辊力进行实时调整，实现带钢凸度的闭环控制。

2.如权利要求1所述一种热轧板带凸度在线闭环控制方法，其特征在于，所述步骤4中带钢凸度的闭环控制具体方法如下，

4.1）计算带钢凸度的偏差，

模型下发的凸度设定值：Pref单位um；

模型下发的带钢厚度设定值：Href单位mm；

凸度设定系数：Pref_k单位pu；

Pref_k＝Pref/1000/Href；

凸度反馈值：Pfbk单位um；

凸度反馈系数：Pfbk_k单位pu；

Pfbk_k＝Pfbk/1000/Href；

凸度偏差：Perr单位pu；

Perr＝Pref_k-Pfbk_k；

4.2）接收模型下发的凸度偏差转换各机架弯辊力的系数，

模型下发的凸度偏差转换各机架弯辊力的系数：F1_P_B、F2_P_B、F3_P_B、F4_P_B、F5_P_B、F6_P_B、F7_P_B单位kn/pu；

此系数由模型根据带钢在精轧机组入口的温度、厚度、宽度、材质以及各机架的设定负荷计算得出；

4.3）计算机组弯辊力可调节系数；

各机架允许最大弯辊力：F1_Mx_B、F2_Mx_B、F3_Mx_B、F4_Mx_B、F5_Mx_B、F6_Mx_B、F7_Mx_B单位kn；

各机架允许最小弯辊力：F1_Min_B、F2_Min_B、F3_Min_B、F4_Min_B、F5_Min_B、F6_Min_B、F7_Min_B单位kn；

各机架弯辊反馈值：F1_B_F、F2_B_F、F3_B_F、F4_B_F、F5_B_F、F6_B_F、F7_B_F单位kn；

各机架弯辊力可调节系数：F1_B_K、F2_B_K、F3_B_K、F4_B_K、F5_B_K、F6_B_K、F7_B_K单位pu；

F1_B_K＝CLAMP((Perr*F1_P_B)、（F1_Mx_B-F1_B_F）、（F1_Min_B-F1_B_F））/(Perr*F1_P_B)；

注释：CLAMP(A、B、C）函数的意思是A为输入变量，B为最大值，C为最小值，当C≤A≤B时，函数输出值为A，当A＜C时，函数输出值为C，当A＞B时，函数输出值为B；

F2_B_K、F3_B_K、F4_B_K、F5_B_K、F6_B_K、F7_B_K同理计算得出；

机组弯辊力可调节系数：F_B_K单位pu；

F_B_K＝CLAMP(MIN(F1_B_K、F2_B_K、F3_B_K、F4_B_K、F5_B_K、F6_B_K、F7_B_K）、1、0）；

注释：MIN（A、B、C、D.......）函数的意思是输出值为A、B、C、D.......的最小值；

计算机组弯辊力可调节系数是为了保证带钢凸度闭环控制过程中，各机架的弯辊力都是可调节的，避免出现个别机架弯辊力到达最大或最小值，而不能调节的现象；

4.4）设定凸度偏差转换各机架弯辊力的应用系数；

凸度偏差转换各机架弯辊力的应用系数F1_P_B_K、F2_P_B_K、F3_P_B_K、F4_P_B_K、F5_P_B_K、F6_P_B_K、F7_P_B_K单位pu；

凸度偏差转换各机架弯辊力的应用系数由控制人员人为设定，其原则是：考虑前段机架是带钢凸度控制及保持中尾部板形良好的关键，故前端机架的系数设定较大，后端机架系数设定较小，其大小必须在0～1之间；如此设定的原理是：带钢的凸度控制主要是前端机架，后端机架主要是用于控制平直度；且在带钢轧制过程中，特别是薄规格带钢，轧制到后机架，带钢的厚度已经非常薄了，如果后机架弯辊力变化很大容易导致带钢板形突变，引起废钢；

4.5）计算各机架凸度偏差转换的弯辊力；

各机架凸度偏差转换的弯辊力：F1_err、F2_err、F3_err、F4_err、F5_err、F6_err、F7_err单位kn；

F1_err＝Perr*F1_P_B*F_B_K*F1_P_B_K；

F2_err、F3_err、F4_err、F5_err、F6_err、F7_err同理计算得出；

4.6）计算各机架凸度闭环弯辊力调整量；

各机架凸度闭环弯辊力调整量：F1_P_Cor、F2_P_Cor、F3_P_Cor、F4_P_Cor、F5_P_Cor、F6_P_Cor、F7_P_Cor单位kn；

F1_P_Cor＝F1_P_Cor＋F1_err，注释：凸度闭环弯辊力调整量累加方程；

带钢凸度闭环控制是：带钢通过精轧机组出口凸度仪延时4秒后，凸度仪检测到带钢的凸度反馈，计算出带钢凸度的偏差以及各机架凸度偏差转换的弯辊力，并在以后的轧制过程中，每隔2秒周期性地读取一次凸度仪检测到带钢的凸度反馈，周期性地计算出带钢凸度的偏差以及各机架凸度偏差转换的弯辊力，所以，各机架凸度偏差转换的弯辊力是每隔2秒计算一次，各机架凸度闭环弯辊力调整量是每隔2秒累加一次，直至各机架抛钢，对应机架的凸度闭环控制结束，并对各机架凸度闭环弯辊力调整量进行清零；

F2_P_Cor、F3_P_Cor、F4_P_Cor、F5_P_Cor、F6_P_Cor、F7_P_Cor同理计算得出。