专利名称：四辊冷连轧机组基于机理模型的虚拟凸度仪设定方法
技术领域：
本发明属于冶金行业中的计算机控制技术领域，特别涉及一种四辊冷连轧机组基于机理模型的虚拟凸度仪设定方法。
背景技术：
在冷连轧过程中，来料板凸度对冷轧成品板形和断面特性參数等具有重要影响，从而直接关系到冷轧产品的质量。在以往技术中，虽然普通四辊冷轧机具有工作辊弯辊、倾辊等断面形状调节手段，但由于生产现场并不能准确预知来料的初始断面特性，因此在实际轧制过程中无法实现对带材板凸度、楔形量等断面特性參数的有效控制。基于这一原因，通常在冷轧过程中保持了来料断面的基本形状，即如果来料具有板凸度或楔形量超差等缺陷，冷轧成品很可能会“遗传”这些缺陷，并由此引发下游エ序(如连续退火等)的产品质量异议，甚至跑偏、断带等生产事故。令一方面，用户对带材板形和板厚的要求也越来越高。所 以，如何在冷轧过程中对带材的断面特性进行有效控制就成为现场技术攻关的重点。伴随着现代计算机技术的发展，相应的热轧成品凸度再现和分析技术已逐渐成熟，ー些最新科技成果已经可以实现对热轧成品来料的断面特性数据的随时调取和分析。这样，结合以上来料相关数据，并通过机理模型计算最終的成品断面特性就成为可能。同时，由于前两机架中带钢厚度相对较大、变形抗カ较小，且压下过程对板形影响较小，故可通过对比第二机架出口实际比例凸度和目标比例凸度，并反馈调节这两个机架的工作辊弯辊力、倾辊量、窜辊量等轧制エ艺參数，从而实现对带钢断面特性的反馈控制。
发明内容
本发明的目的是针对以往现场对于冷连轧过程中断面特性无法有效准确控制，从而容易引发质量异议或下游生产事故的问题，提供一种四辊冷连轧机组基于机理模型的虚拟凸度仪设定方法，本方法可以实现对冷轧成品断面特性的准确计算，并进行反馈调节，从而最大程度保证冷轧成品的板厚质量。为了实现以上目的，本发明经过大量的现场试验和理论研究，在来料断面特性參数可随时调取的基础上，以普通四辊冷连轧机组为研究对象，利用冷轧机出ロ带材板厚分布机理模型，提出了一种四辊冷连轧机组基于机理模型的虚拟凸度仪设定方法，可以实现对冷轧成品断面特性的准确计算，并进行反馈调节，从而最大程度保证了冷轧成品的板厚质量。通过本发明所述技术可以实现以下两大功能(I)出口断面形状动态显示功能实时动态显示基于机理模型计算所得的带材出口断面形状、板凸度、楔形量，及相应轧制エ艺參数等；(2)断面特性反馈控制功能通过实时对比第二机架出口实际比例凸度和目标比例凸度，对第一、第二机架的工作辊弯辊力、倾辊量、窜辊量等进行反馈控制。參考文献[I]连家创,刘宏民.板厚板形控制[M]·兵器工业出版社.1995[2]王国栋.板形控制和板形理论[M].冶金エ业出版社.1986
本发明采用的具体技术方案如下一种四辊冷连轧机组基于机理模型的虚拟凸度仪设定方法，包括以下内容(该虚拟凸度仪的功能布置图见附图
I)(a)收集冷连轧机组各架轧机的基本设备參数，包括工作辊的辊身长度Lwk、支撑辊的辊身长度Lbk、工作辊弯辊缸距离Iwk、支撑辊压下螺丝中心距lbk、工作辊的辊径Dwk、支撑辊的辊径Dbk、工作辊的辊型Dwki、支撑辊的辊型Dbki、工作辊最大正弯辊カぢ■、工作辊最大负弯辊力·、最大正倾辊量、最大负倾辊量，下标k代表机架号，k=l，2，…，s，s为总机架数；(b)出口断面形状显示功能的实现，包括以下可由计算机执行的步骤(基本框图见附图2):
bl)收集当前冷连轧机组数据采集系统的采样周期τ s ；b2)给出虚拟凸度仪断面形状动态显示的周期τχ，该周期与安装虚拟凸度仪的计算机的主频、容量相关，并且必须保证し是Ts的整数倍以及在该周期内可以完成两次板厚分布计算；b3)给出对来料分段取样的区间间隔參数Ltl ；b4)定义长度区间參数j，来料钢卷长度參数Lj ；b5)定义轧制状态參数ξ ,其中ξ =1表示开始轧制、ξ =-1表示停止轧制，该指令由现场操作人员根据现场实际情况发送；b6)给定初始钢卷号C0ILN01 = 0，准备凸度动态显示；b7)从冷连轧机组的三级系统中收集来料钢卷基本信息，包括卷号C0ILN0、钢种代码SG、带材宽度B、来料厚度Iitl、末架轧机出ロ厚度hs ;b8)判断不等式|C0ILN01-C0ILN0|>0是否成立？如果成立，则令j=0、Lj = 0，并读取来料钢卷号为COILNO的断面特性数据，转入步骤b9);如果不等式|C0ILN01-C0ILN0|>0不成立，直接转入步骤b9)；b9)收集当前时刻第一机架入口所轧带钢长度じ；blO)判断不等式じ彡Lj是否成立，若成立，则转如步骤bll ;否则，转入步骤bl2 ；bll)提取并计算来料卷在[Lj, LJ+1]长度区间内的平均凸度曲线函数も=⑴。其中Lj+1 = Lj+L0 ;X表示在带钢宽度方向建立一维坐标系，宽度方向的中心为坐标原点时，带钢宽度方向各点在坐标系中的对应数值；bl2)通过冷连轧机组数据采集系统收集当前各机架的轧制エ艺參数实际值Vky，其中，y表示实测动态数据的类别，y=l表示轧制压力、y=2表示前张力、y=3表示后张力、y=4表示压下率、y=5表示窜棍量、y=6表示弯棍力、y=7表示倾棍量；bl3)利用文献[I]所述出ロ板厚分布机理模型计算出实际轧制エ艺參数为Vky及来料区间内平均凸度曲线函数为f>(x)吋，宽度为B、钢种代码为SG的带材的出口断面厚度分布值hy i为带材在横向的条元号，i = l,2, ···, η, η为带材总的条元数；bl4)利用计算所得出口断面厚度分布值比拟合当前断面凸度曲线函数f；(X)，X表示在带钢宽度方向建立一维坐标系，宽度方向的中心为坐标原点时，带钢宽度方向各点在坐标系中的对应数值；bl5)计算当前断面凸度值CROWN和楔形量值WEDGE，凸度值计算模型为CROWN = I (O)^,楔形量计算模型为
-EDGE =，其中fc(0)表示带钢中心厚度，fe(B/2-40)表示距
带钢一端40mm处厚度，fc (-B/2+40)表示距带钢另一端40mm处厚度；bl6)利用可视化软件的动态显示功能，将当前断面凸度曲线函数f。⑴动态显示出来，同时显示凸度值CROWN、楔形量值WEDGE，及对应钢卷信息；bl7)判断不等式ξ < O是否成立？如果不等式成立，则结束断面特性显示，虚拟板形仪停止工作；如果不等式不成立，则C0ILN01 = C0ILN0，转入步骤b7)，直到不等式ξ< O成立为止。(C)断面特性闭环反馈控制功能的实现，包括以下可由计算机执行的步骤(基本框图见附图3):
Cl)收集2#轧机出口的目标比例凸度曲线系数aE，其中，ε =0，1，2，3，4 ;c2)分别确定断面特性反馈过程中1#和2#机架中弯辊カ的单步最小调整系数Φ !> Φ2 ；c3)分别确定断面特性反馈过程中1#和2#机架中倾辊量的单步最小调整系数
V1' φ2 ；c4)确定断面特性反馈的周期Tf,该周期与安装虚拟凸度仪的计算机的主频、容量相关，并且必须保证、是的整数倍以及在该周期内可以完成
inti ιτι πi——,——j.-f-Tfiin>|——,—— ^ /欠的；c5)定义轧制时刻过程參数b、虚拟凸度仪断面特性反馈次数过程參数M ;c6)接收操作指令，判断是否开始轧制？ ξ=1表示开始轧制、ξ=_1表示停止轧制。如果已经开始轧制，记录下当前的标准北京时间t，并令tft，转入步骤c7);如果没有开始轧制，则进入等待状态；c7)给定初始钢卷号C0ILN01 = O ；c8)从冷连轧机组的三级系统中收集来料钢卷基本信息，包括卷号C0ILN0、钢种代码SG、带材宽度B、来料厚度Iitl、末架轧机出ロ厚度hs等；c9)判断不等式I C0ILN01-C0ILN01 >0是否成立？如果成立，则令j = O、Lj = O,并读取来料钢卷号为COILNO的断面特性数据，转入步骤ClO ;如果不等式
C0ILN01-C0ILN01 >0不成立，直接转入步骤clO ；clO)收集当前时刻第一机架入口所轧带钢长度じ；cll)判断不等式じ彡ら是否成立？若成立，则转如步骤cl2 ;否则，转入步骤cl3 ；cl2)提取并计算来料卷在[Lj, LJ+1]长度区间内的平均凸度曲线函数f w (X)。其中Lj+1 = Lj+L0 ;X表示在带钢宽度方向建立一维坐标系，宽度方向的中心为坐标原点时，带钢宽度方向各点在坐标系中的对应数值；cl3)通过轧机数据采集系统收集1#、2#轧机从b到τ f时刻的实际轧制エ艺參数IlV 下标V代表前两架轧机的机架号，k' =1，2;下标1'表示セ(|到セ(|+、时刻内所收集的各类实际轧制エ艺參数按照时间先后顺序的编号，r=l, 2，…，m, m表示在b到to+ τ f时刻内所收集的特定类型的轧制エ艺參数的个数，
权利要求
1.一种四辊冷连轧机组基于机理模型的虚拟凸度仪设定方法，其特征是所述设定方法包括以下由计算机执行的步骤 (a)收集冷连轧机组各架轧机的基本设备參数，包括工作辊的辊身长度Lwk、支撑辊的辊身长度Lbk、工作辊弯辊缸距离Iwk、支撑辊压下螺丝中心距lbk、工作辊的辊径Dwk、支撑辊的辊径Dbk、工作辊的辊型Dwki、支撑辊的辊型Dbki、工作辊最大正弯辊カぢ·、工作辊最大负弯親力·^·、最大正倾辊量、最大负倾辊量:，下标k代表机架号，k=l, 2，…，s，s为总机架数； (b)出口断面形状显示功能的实现，包括以下由计算机执行的步骤 bl)收集当前冷连轧机组数据采集系统的采样周期τ s ； b2)给出虚拟凸度仪断面形状动态显示的周期τχ，该周期与安装虚拟凸度仪的计算机的主频、容量相关，并且必须保证τχ是Ts的整数倍以及在该周期内可以完成两次板厚分布计算； b3)给出对来料分段取样的区间间隔參数Ltl ； b4)定义长度区间參数j，来料钢卷长度參数Lj ； b5)定义轧制状态參数ξ ,其中ξ =1表示开始轧制、ξ = -I表示停止轧制，该指令由现场操作人员根据现场实际情况发送； b6)给定初始钢卷号C0ILN01 = O，准备凸度动态显示； b7)从冷连轧机组的三级系统中收集来料钢卷基本信息，包括卷号COILNO、钢种代码SG、带材宽度B、来料厚度Iv末架轧机出ロ厚度hs ; b8)判断不等式|C0ILN01-C0ILN0|>0是否成立？如果成立，则令j = O、Lj = O，并读取来料钢卷号为COILNO的断面特性数据，转入步骤b9);如果不等式|C0ILN01-C0ILN0|>0不成立，直接转入步骤b9)； b9)收集当前时刻第一机架入口所轧带钢长度じ； blO)判断不等式じ彡是否成立，若成立，则转如步骤bll ;否则，转入步骤bl2 ；bll)提取并计算来料卷在[LpLM]长度区间内的平均凸度曲线函数⑴。其中！^i=Lj+L0 ;X表示在带钢宽度方向建立一维坐标系，宽度方向的中心为坐标原点时，带钢宽度方向各点在坐标系中的对应数值； bl2)通过冷连轧机组数据采集系统收集当前各机架的轧制エ艺參数实际值Vky，其中，y表示实测动态数据的类别，y=l表示轧制压力、y=2表示前张力、y=3表示后张力、y=4表示压下率、y=5表示窜棍量、y=6表示弯棍力、y=7表示倾棍量； bl3)利用出口板厚分布机理模型计算出实际轧制エ艺參数为Vky及来料区间内平均凸度曲线函数为A= (X)吋，宽度为B、钢种代码为SG的带材的出口断面厚度分布值hi; i为带材在横向的条元号，i = 1，2，一,η，η为带材总的条元数； bl4)利用计算所得出口断面厚度分布值Iii拟合当前断面凸度曲线函数f；(X)，X表示在带钢宽度方向建立一维坐标系，宽度方向的中心为坐标原点时，带钢宽度方向各点在坐标系中的对应数值； bl5)计算当前断面凸度值CROWN和楔形量值WEDGE，凸度值计算模型为O謂W:/,ト^^,楔形量计算模型为WEDGE = j^lIl2Z—)^1 #./2.. 40).|，其中 f。(0)表示带钢中心厚度，fc(B/2-40)表示距带钢一端40mm处厚度，fc (-B/2+40)表示距带钢另一端40mm处厚度； bl6)利用可视化软件的动态显示功能，将当前断面凸度曲线函数f。(X)动态显示出来，同时显示凸度值CROWN、楔形量值WEDGE，及对应钢卷信息； bl7)判断不等式ξ < O是否成立？如果不等式成立，则结束断面特性显示，虚拟板形仪停止工作；如果不等式不成立，则C0ILN01 = C0ILN0，转入步骤b7)，直到不等式ξ < O成立为止； (c)断面特性闭环反馈控制功能的实现，包括以下可由计算机执行的步骤 Cl)收集2#轧机出口的目标比例凸度曲线系数aE，其中，ε =0，1，2，3，4 ;c2)分别确定断面特性反馈过程中1#和2#机架中弯辊カ的单步最小调整系数ΦρΦ2 ； c3)分别确定断面特性反馈过程中1#和2#机架中倾辊量的单步最小调整系数Ψι、ft 5c4)确定断面特性反馈的周期Tf，该周期与安装虚拟凸度仪的计算机的主频、容量相关，并且必须保证Tf是的整数倍以及在该周期内可以完成inti^} + min<:—,^1* 次的板厚分布计算； V I 病矣 [Ψι Ψι J c5)定义轧制时刻过程參数b、虚拟凸度仪断面特性反馈次数过程參数M ；c6)接收操作指令,判断是否开始轧制？ ξ =1表示开始轧制、ξ =-1表示停止轧制。如果已经开始轧制，记录下当前的标准北京时间t，并令tQ = t，转入步骤c7);如果没有开始轧制，则进入等待状态； c7)给定初始钢卷号C0ILN01 = O ； c8)从冷连轧机组的三级系统中收集来料钢卷基本信息，包括卷号C0ILN0、钢种代码SG、带材宽度B、来料厚度％、末架轧机出ロ厚度hs ; c9)判断不等式|C0ILN01-C0ILN0|>0是否成立？如果成立，则令j=0、Lj = 0，并读取来料钢卷号为COILNO的断面特性数据，转入步骤ClO ;如果不等式|C0ILN01-C0ILN0|>0不成立，直接转入步骤clO ； clO)收集当前时刻第一机架入口所轧带钢长度じ； cll)判断不等式じ彡Lj是否成立？若成立，则转如步骤cl2 ;否则，转入步骤cl3 ；cl2)提取并计算来料卷在[LpLjJ长度区间内的平均凸度曲线函数fw(X)。其中h+1=Lj+L0 ;X表示在带钢宽度方向建立一维坐标系，宽度方向的中心为坐标原点时，带钢宽度方向各点在坐标系中的对应数值； cl3)通过轧机数据采集系统收集1#、2#轧机从b到τ f时刻的实际轧制エ艺參数Vk- yMr ;下标k'代表前两架轧机的机架号，k' =1，2 ;下标r表示tQ到tQ+ τ f时刻内所收集的各类实际轧制エ艺參数按照时间先后顺序的编号，r=l,2,-,m, m表示在b到τ f时刻内所收集的特定类型的轧制エ艺參数的个数，1 =デ5 cl4)引入參数剔除过程变量数组{ak, J，并将{ak, J用下式来表示
2.根据权利要求I所述的四辊冷连轧机组基于机理模型的虚拟凸度仪设定方法，其特征是步骤cl8)采用以下由计算机执行的步骤来完成cl8-l)定义目标函数初始值Ftl,并令Ftl=IOw ； C18-2)根据目标比例凸度曲线系数aE计算出2#轧机出口相应的目标比例凸度分布值
全文摘要
本发明涉及一种四辊冷连轧机组基于机理模型的虚拟凸度仪设定方法，其特征是所述设定方法包括的由计算机执行的步骤有(a)收集冷连轧机组各架轧机的基本设备参数的收集；(b)出口断面形状显示功能的实现；(c)断面特性闭环反馈控制功能的实现。其优点是实现了对冷轧成品断面特性的准确计算，并进行反馈调节，从而最大程度的保证了冷轧成品的板厚质量。
文档编号B21B37/16GK102688896SQ20121015086
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月16日 优先权日2012年5月16日
发明者冯彬, 李经州, 武利好, 白振华, 石晓东, 马续创 申请人:燕山大学