CN111767629A - 一种轧制力模型适用性评估与平稳切换的方法 - Google Patents
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Abstract
一种轧制力模型适用性评估与平稳切换的方法，属热轧过程控制领域。首先梳理模型架构，收集实际生产历史数据，开发新轧制力模型离线计算工具，计算单块带钢轧制力，计算实测轧制力与计算轧制力的比例值；然后利用生产数据对轧制力新模型计算结果进行适用性评估；在此基础上，利用离线计算的轧制力修正量，对在线***的轧制力修正系数进行预整定，进而实现在线投运时轧制力计算的平稳切换。其能保证在线投运时轧制力计算的平稳对接，避免因新轧制力模型与原轧制力模型修正量之间不匹配造成的轧制力计算异常，可有效实现热连轧设定计算所涉基础模型调整时与修正量的匹配性，从而减少对生产与产品质量的影响。可广泛用于热轧过程控制领域。
Description
技术领域
发明属于热轧过程控制领域，尤其涉及一种轧制力模型适用性的评估方法以及确保平稳切换的在线投用方法。
背景技术
轧制力模型是热轧生产与控制的核心模型。
为了不断满足产品质量提升的需求，需要持续提升模型预测准确性。
在获得新的轧制力模型时，首先需要评估其适用性；对适合于在线使用的轧制力模型需要保证切换时的稳定性。
授权公告日为2015年4月29日，授权公告号为CN103028614A的中国发明专利，公开了一种“带钢热连轧生产过程控制***的优化方法”，其提出了一种轧制力模型的优化方法，通过收集数据、异常数据处理、优化方法确定轧制力模型参数的方法。该技术方案虽然通过优化从理论上能够提高轧制力模型的计算精度，但是对于是否能够应用于在线控制缺乏评价依据；另外由于缺少将新模型与原计算体系间的切换方法，投入在线控制时难以实现平稳过渡。
授权公告日为2017年7月18日，授权公告号为CN104898430A和中国发明专利，公开了一种“基于数据挖掘的单机架冷轧轧制力模型参数优化方法”，该技术方案提出了一种根据实测数据对轧制力模型参数进行非线性回归的方法，提出了新模型预测值与实际轧制力偏差在6％以内可以投入在线应用的规则。但是由于6％是基于统计的平均值，对于部分材料的预测精度超出6％的材料而言，则无法保证投入时计算的适用性。
经分析，以上部分技术方案涉及到了轧制力模型的优化，但均未提出经过优化后的模型是否能够适用于在线应用的判定规则，同时也未提出确保新轧制力模型投入在线生产所需的平稳切换的技术。
在热轧过程控制领域的模型一般采用两层架构：由核心模型构建的基础层；与产品的品种与规格相配套的模型修正量。在生产某一特定的产品时，会由基础层的模型计算结果与品种规格相配套的修正量相结合后计算得到预测轧制力。
对于复杂的生产线，由核心模型构建的基础层也可以会有多个模块以满足不同产品生产的需要。
通常，为了提升轧制力计算的准确性，需要设计一套根据实际的轧制力测量数据对模型计算参数进行不断修正的逻辑。在进行模型参数的修正时，采取的策略是保持基础层核心模型的稳定，调整与产品的品种与规格相配套的模型修正量。
一条生产线一旦投入生产，基于轧制力计算模型的修正逻辑，会形成基础模型与修正模型的配套体系，不断适应不同品种与规格的变化。
其实，也正是由于品种、规格以及生产工艺、生产条件的变化与差异，模型的修正量之间的差异可能会非常显著。
一般轧制力模型在一个热轧过程控制***的生命周期里保持不变。因此一般不会涉及轧制力模型的切换问题。
随着对产品质量需求的不断提升，需要不断研发新的轧制力模型。新的轧制力模型投入在线应用时就需要考虑如何与原轧制力模型计算结果的平稳切换问题。如果不考虑轧制力模型切换时与模型修正量之间的匹配性而直接进行切换的话，往往会导致轧制力预测计算的异常，无法满足正常生产的需求。
发明内容
发明所要解决的技术问题是提供一种轧制力模型适用性评估与平稳切换的方法。其在模型适用性评估的基础上，利用离线计算的轧制力修正量对在线***的轧制力修正系数进行预整定，以实现在线投运时轧制力计算的平稳切换。
本发明的技术方案是：提供一种轧制力模型适用性评估与平稳切换的方法，其特征是：
1)梳理模型架构、收集实际生产历史数据、开发新轧制力模型离线计算工具、计算单块带钢轧制力、计算实测轧制力与计算轧制力的比例值：
1.1)模型架构梳理：
通过梳理，整理出轧制力基本项计算所涉及的产品、工艺或者设备分类；
根据材料的成分，加工的工艺参数，计算轧制力的基本量；
根据机架、品种、规格等不同分类确定的轧制力模型修正项；
同步整理出与基本项相对应的一份完整的材料分类、规格分类、工艺分类列表；
1.2)历史生产数据收集：
历史生产数据的收集包括计算轧制力所需的所有输入参数，历史生产数据应涵盖所有与新轧制力模型相关的材料品种、规格、工艺制度；
1.3)新轧制力模型离线计算：
根据新的轧制力计算模型建立离线计算工具；能够使用新的轧制力计算模型对历史生产的所有带钢的轧制力进行计算；
1.4)单块带钢的轧制力计算、实测轧制力与计算轧制力的比例值：
使用新的轧制力模型，计算所有与新轧制力模型相关的品种、规格、工艺的带钢各机架的轧制力数据；
在原实测轧制力与新计算得到的轧制力数据的基础上，计算实测轧制力与计算轧制力的比例值；
1.5)新模型适用性评判：
计算由1.4步骤离线计算得到的比例值的标准差记为σnew_force_coeff，同时计算所收集到的轧制实绩数据中原轧制力模型的修正量的标准差σold_force_coeff；
其比值
用来作为判定新模型的适用性；
如果ξ≤0.8，则认为新模型适用，否则判定新模型不适用；；
2)轧制力模型的平稳切换：
2.1)确定与品种规格相匹配的轧制力修正量：
根据品种、规格、工艺制度、机架号等轧制力模型修正量表格的索引键值，对由1.4步骤计算得到的实测轧制力与计算轧制力的比例值数据进行分类汇总，得到与各键值对应的实测轧制力与计算轧制力的比例值的平均值，该平均值即为与品种规格相匹配的轧制力修正量；
2.2)模型投运：
将新的轧制力计算模型以及由2.1步获得的轧制力修正量，同步应用到轧制力预测计算中，即可实现轧制力计算的平稳切换。
具体的，所述轧制力模型的平稳切换，就是对轧制力基本项的核心模型进行切换。
其所述的单块带钢的轧制力计算、原实测轧制力与计算轧制力的比例值的计算，包括在原实测轧制力与新计算得到的轧制力数据的基础上，计算原实测轧制力与计算轧制力的比例值。
根据品种、规格、工艺制度、机架号等轧制力模型修正量表格的索引键值，对计算得到的实测轧制力与新模型计算轧制力比例值数据进行分类汇总，得到与各键值对应的比例值的平均值，该平均值即为与各键值相匹配的轧制力修正量；
进一步的，所述轧制力模型的平稳切换，包括轧制力模型平稳切换的在线投用。
本发明所述的轧制力模型适用性评估与平稳切换方法，能够预先离线判定经过优化后的模型是否能够适用于在线应用。
其所述的轧制力模型适用性评估与平稳切换方法，能够确保新轧制力模型投入在线生产时的平稳切换。
本发明所述的轧制力模型适用性评估与平稳切换方法，利用生产数据对的轧制力新模型计算结果进行适用性评估；在模型适用性评估的基础上，利用离线计算的轧制力修正量，对在线***的轧制力修正系数进行预整定，进而实现在线投运时轧制力计算的平稳切换。
与现有技术比较，发明的优点是：
1.本技术方案利用生产数据对新模型计算结果进行适用性评估；在模型适用性评估的基础上，利用离线计算的轧制力修正量对在线***的轧制力修正系数进行预整定，能够实现在线投运时轧制力计算的平稳切换；
2.本技术方案能够判定新的轧制力模型的适用性，并在满足新轧制力模型适用性的基础上通过计算确定与新轧制力模型相匹配的轧制力修正量，保证在线投运时轧制力计算的平稳对接，避免因新轧制力模型与原轧制力模型修正量之间不匹配造成的轧制力计算异常，及由此引起的厚度超差等废次降、生产不稳定导致的废钢；
3.采用本发明的技术方案，可以有效实现热连轧设定计算所涉基础模型调整时与修正系数的匹配性，从而减少对生产与产品质量的影响。适合于所有基于基础模型与按品种、规格、工艺参数设置分类修正系数的***，推广应用前景广阔。
附图说明
图1是常规轧制力模型计算架构示意图；
图2是本发明与新轧制力模型相匹配的轧制力修正量的计算流程示意图；
图3是与新轧制力模型相匹配的轧制力模型修正量示意图；
图4是新模型预测轧制力与实测轧制力比较结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明做进一步说明。
一个新的轧制力模型是否能够投入在线应用，需要先对其适用性进行评估，为此本发明的技术方案提出了利用生产数据对新模型计算结果进行适用性评估的方法。其在模型适用性评估的基础上，利用离线计算的轧制力修正量对在线***的轧制力修正系数进行预整定，以实现在线投运时轧制力计算的平稳切换。
本发明的技术方案，不涉及如何研发新的轧制力模型。
1、轧制力新模型适用性评估为了对新的轧制力模型的适用性进行评估，需要梳理模型架构、收集实际生产历史数据、开发新轧制力模型离线计算工具、计算单块带钢轧制力计算值与实测轧制力间的偏差量。
1.1、模型架构梳理：
常规热连轧的轧制力模型由两大部分组成。
第一部分是轧制力计算的核心模块。根据材料的成分，加工的工艺参数如材料的温度、各机架的厚度压下量、速度，轧机的相关数据如轧辊的辊径等基本参数，计算轧制力的基本量。
第二部分则是根据机架、品种、规格等不同分类确定的轧制力模型修正项。
模型架构通常如图1中所示。
为了适应多品种生产的需求，轧制力基本项的计算大多也是根据产品、工艺或者设备的不同采用不同的模型或者模型基本参数。
通过梳理，整理出轧制力基本项计算所涉及的产品、工艺或者设备分类。
所谓的轧制力模型的切换，就是要对轧制力基本项的核心模型进行切换。
同步需要梳理的是与轧制力模型基本项相对应的轧制力修正量。需整理出与基本项相对应的一份完整的材料分类、规格分类、工艺分类列表。
1.2、历史生产数据收集：
收集历史生产数据。数据项包括计算轧制力所需的所有输入参数如成分、温度、速度、压下量、厚度、宽度、机架编号等；材料分类、厚度等级、宽度等级、温度等级数据、实测轧制力数据、原轧制力模型修正系数，等。
所收集的历史生产数据应涵盖所有与新轧制力模型相关的材料品种、规格、工艺制度。这些数据是确定与新轧制力模型相匹配的模型修正量的基础。
明显地，在实际进行数据处理时，需要进行异常数据的判定与剔除，所用的方法包括常规的上、下限检查、匹配性检查等等，以便在数据收集过程中实现对异常数据的剔除。
1.3、新轧制力模型离线计算：
根据新的轧制力计算模型建立离线计算工具。能够使用新的轧制力计算模型对历史生产的所有带钢的轧制力进行计算。
1.4、单块带钢的轧制力计算、实测轧制力与计算轧制力比例值计算：
使用新的轧制力模型，计算所有与新轧制力模型相关的品种、规格、工艺的带钢各机架的轧制力数据。
在原实测轧制力与新计算得到的轧制力数据的基础上，计算原轧制力实测值与新轧制力模型计算值的比例值。其具体计算流程如图2中所示。
1.5新模型适用性评判：
计算由1.4步离线计算得到的原轧制力实测值与新轧制力模型计算值的比例值的标准差记为σnew_force_coeff，同时计算所收集到的轧制实绩数据中原轧制力模型的修正量的标准差σold_force_coeff。
该标准差分别体现了原轧制力模型与新轧制力模型对品种、规格、轧制工艺等输入参数的变化的适用性，其比值
可以作为判定新模型的适用性。
如果ξ≤0.8，则认为新模型适用；否则判定新模型不适用。
2、轧制力模型平稳切换技术：
在满足1步骤对新轧制力模型的适用性的评估条件下，为了实现轧制力模型的平稳切换还需要先建立与轧制力新模型相匹配的轧制力模型修正量。
模型修正量基于在线模型架构中的品种、规格、工艺制度及机架号索引值展开。
2.1、确定与品种规格相匹配的轧制力修正量：
根据品种、规格、工艺制度、机架号等轧制力模型修正量表格的索引键值，对由1.4步计算得到的轧制力模型修正量数据进行分类汇总，得到与各键值对应的修正量平均值。该修正量平均值即为与新轧制力模型相匹配的轧制力修正量。
2.2、模型投运：
根据品种、规格、工艺制度、机架号等轧制力模型修正量表格的索引键值，对由1.4步计算得到的轧制力原轧制力实测值与新轧制力模型计算值的比例值数据进行分类汇总，得到与各键值对应的比例值的平均值。该比例值的平均值即为与新轧制力模型相匹配的轧制力修正量。
使用本发明的技术方案，能够判定新的轧制力模型的适用性，并在满足新轧制力模型适用性的基础上通过计算确定与新轧制力模型相匹配的轧制力修正量，保证在线投运时轧制力计算的平稳对接，避免因新轧制力模型与原轧制力模型修正量之间不匹配造成的轧制力计算异常，及由此引起的厚度超差等废次降、生产不稳定导致的废钢。
实施例
对1580热轧的轧制力模型基本参数进行了优化，应用该技术对优化后模型的适用性进行了评估。同时在投入在线生产前需要应用该技术对相关的轧制力模型修正系数进行预调整，实现了轧制力计算模型的平稳切换。
1、轧制力基本模型：
1580热轧的轧制力基本模型如下：
F＝W×ld×Km×QF×KStand (I)
式中：F——轧制力；
W——宽度；
ld——压扁接触弧长；
Km——材料变形抗力；
QF——外摩擦影响系数；
KStand——机架相关的轧制力遗传系数
压扁接触弧长ld由压扁后轧辊半径R′及压下量Δh计算，
式中，Δh为压下量，A、B、C是与轧辊材料性能及压下率有关的参数；
进一步的，
C＝H-h
其中，v——轧辊的波松系数；
E----轧辊的弹性模量。
外摩擦影响系数QF的计算由下式计算：
式中：r——压下率；
h——出口侧厚度；
R′——压扁接触半径；
aF1～aF5——轧制力模型参数。
变形抗力模型Km的计算公式为：
Km＝Km0-(aT1·Tforward+aT2·Tbock) (6)
变形率和变形速率的计算公式为：
式中：
Km-变形抗力；
ρi-C、Si、Mn、Ni、Cr、Ti、Mo、V、Nb等化学成分含量；
ρc-含碳量；
Tk-带钢温度；
ε-带钢在轧制中的形变；
aki-各成分项系数，i＝0～9；
bki-各基本项系数，i＝0～4；
Tforward，Tback-带钢前张力、后张力；
aT1，aT2-张力影响系数。
2、模型适用性评估：
1580热轧的轧制力模型按不同的材料组SFC进行分类。考虑到SFC＝2003分类材料的轧制力设定偏差较大问题，对相关的参数进行了优化。为此，收集了所有与SFC2003相关材料的轧制历史数据，利用离线计算模型对所有相关材料的轧制力计算结果进行了计算，并计算得到了与新轧制力模型相匹配的轧制力模型修正量，具体数据如图3中所示。
原轧制力模型修正量的标准差为σold_fbrce_coeff＝0.138，与轧制力新模型对应的修正量的标准差为σnew_force_coeff＝0.0685；则
3、轧制力模型参数的预调整：
再根据材料分类、材料编号、厚度等级、宽度等级、温度等级、机架号计算得到轧制力模型修正系数的平均值。部分等级的数据如下表1所示。
表1：部分轧制力修正量数据列表
| SFC010203 | QUAL_NO | THICK_CLASS | WIDTH_CLLASS | TEMP_CLASS | F1 | F2 | F3 | F4 | F5 | F6 | F7 |
| 2003 | 48 | 7 | 1 | 5 | 1.03 | 1.09 | 1.01 | 1.13 | 0.97 | 1.04 | 1.16 |
| 2003 | 48 | 7 | 2 | 5 | 0.99 | 1.06 | 0.97 | 1.05 | 0.98 | 1.02 | 1.07 |
| 2003 | 48 | 9 | 2 | 5 | 0.97 | 1.03 | 0.94 | 1.03 | 0.91 | 0.97 | 1.07 |
使用新的SFC＝2003相关的轧制力模型参数以及相应的轧制力修正系数后投入在线控制。
应用新模型及相应的修正系数对SFC＝2003，材料号QUAL_NO＝48，厚度等级THICK_CLASS＝7，宽度等级WIDTH_CLASS＝2，温度等级TEMP_CLASS＝5的编号为120208657000的带钢进行了计算。新模型计算得到的轧制力预测值与该材料生产时各机架的实测轧制力数据比较如图4中所示。
由图可知，使用新的轧制力模型及相匹配的轧制力修正量计算得到的轧制力与实测轧制力非常接近，能够确保生产的稳定顺行。
本发明的技术方案，可以有效实现热连轧设定计算所涉基础模型调整时与修正量的匹配性，从而减少对生产与产品质量的影响。适合于所有基于基础模型与按品种、规格、工艺参数设置分类修正系数的***，推广应用前景广阔。
本技术方案所述的方法，还可以推广应用到类似模型的切换过程中。
本发明可广泛用于热轧过程控制领域。
Claims (8)
1.一种轧制力模型适用性评估与平稳切换的方法，其特征是：
1)梳理模型架构、收集实际生产历史数据、开发新轧制力模型离线计算工具、计算单块带钢轧制力计算值以及实测轧制力与预测轧制力的比例值：
1.1)模型架构梳理：
通过梳理，整理出轧制力基本项计算所涉及的产品、工艺或者设备分类；
根据材料的成分，加工的工艺参数，计算轧制力的基本量；
根据机架、品种、规格等不同分类确定的轧制力模型修正项；
同步整理出与基本项相对应的一份完整的材料分类、规格分类、工艺分类列表；
1.2)历史生产数据收集：
历史生产数据的收集包括计算轧制力所需的所有输入参数，历史生产数据应涵盖所有与新轧制力模型相关的材料品种、规格、工艺制度；
1.3)新轧制力模型离线计算：
根据新的轧制力计算模型建立离线计算工具；能够使用新的轧制力计算模型对历史生产的所有带钢的轧制力进行计算；
1.4)单块带钢的轧制力计算、原实测轧制力与新模型轧制力比例值计算：
使用新的轧制力模型，计算所有与新轧制力模型相关的品种、规格、工艺的带钢各机架的轧制力数据；
在原实测轧制力与新计算得到的轧制力数据的基础上，计算原实测轧制力值与新模型轧制力之比例值；
1.5)新模型适用性评判：
计算由1.4步骤离线计算得到的比例值的标准差记为σnew_force_coeff，同时计算所收集到的轧制实绩数据中原轧制力模型的修正量的标准差σold_force_coeff；
其比值
用来作为判定新模型的适用性；
如果ξ≤0.8，则认为新模型适用，否则判定新模型不适用；；
2)轧制力模型的平稳切换：
2.1)确定与品种规格相匹配的轧制力修正量：
根据品种、规格、工艺制度、机架号等轧制力模型修正量表格的索引键值，对由1.4步骤计算得到的实测轧制力与新模型计算轧制力比例值数据进行分类汇总，得到与各键值对应的比例值的平均值，该平均值即为与各键值相匹配的轧制力修正量；
2.2)模型投运：
将新的轧制力计算模型以及由2.1步获得的轧制力修正量，同步应用到轧制力预测计算中，即可实现轧制力计算的平稳切换。
2.按照权利要求1所述的轧制力模型适用性评估与平稳切换的方法，其特征是所述轧制力模型的平稳切换，就是对轧制力基本项的核心模型进行切换。
3.按照权利要求1所述的轧制力模型适用性评估与平稳切换的方法，其特征是所述的单块带钢的轧制力计算与轧制力比例值计算，包括在原实测轧制力与新计算得到的轧制力数据的基础上，计算原实测轧制力与新计算得到的轧制力的比例值。
4.按照权利要求5所述的轧制力模型适用性评估与平稳切换的方法，其特征是所述的根据轧制力模型修正量表格索引键值进行分类统计计算得到的比例值的平均值即为与新模型相匹配的模型修正量。
5.按照权利要求1所述的轧制力模型适用性评估与平稳切换的方法，其特征是所述轧制力模型的平稳切换，包括轧制力模型平稳切换的在线投用。
6.按照权利要求1所述的轧制力模型适用性评估与平稳切换的方法，其特征是所述的轧制力模型适用性评估与平稳切换方法，能够预先离线判定经过优化后的模型是否能够适用于在线应用。
7.按照权利要求1所述的轧制力模型适用性评估与平稳切换的方法，其特征是所述的轧制力模型适用性评估与平稳切换方法，能够确保新轧制力模型投入在线生产时的平稳切换。
8.按照权利要求1所述的轧制力模型适用性评估与平稳切换的方法，其特征是所述的轧制力模型适用性评估与平稳切换方法，利用生产数据对的轧制力新模型计算结果进行适用性评估；在模型适用性评估的基础上，利用离线计算的轧制力修正量，对在线***的轧制力修正系数进行预整定，进而实现在线投运时轧制力计算的平稳切换。
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