一种热矫直机智能模型系统及其控制方法与流程

本发明涉及热矫直机控制技术领域，特别是涉及一种热矫直机智能模型系统及其控制方法。

背景技术：

热轧板带在加热、轧制、冷却、剪切、运输过程中，由于各种因素的影响，不可避免会产生各种板形缺陷或残余内应力。随着我国铁路、桥梁、建筑、石油、汽车、家电业的快速发展，用户对带钢板带的板形质量要求越来越高，为了改善热轧板带的板形缺陷、减轻残余内应力，必须通过矫直机来实现。因此，矫直机已成为热轧机组保证产品质量的关键设备。

在热轧高强钢板形控制环节，热矫机设备可以改善板形、均匀化内应力，减小后续精整区域冷矫机的压力，提高成材率。而热矫机工艺参数的计算不同于冷矫直机，其计算模型系统直接决定板形质量的关键技术，国内热矫机模型控制系统使用效果不理想，且部分矫直机无在线控制模型，完全靠操作工手动调节。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种热矫直机智能模型系统及其控制方法，不仅可以改善板形、均匀化内应力、减小后续精整区域冷矫机的压力、提高成材率，而且可以实现在线控制。

本发明所要求解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

一种热矫直机智能模型系统，包括材料机械性能输入模块、模型系统输入模块、模型系统计算模块、模型系统输出模块；

所述材料机械性能输入模块通过材料机械性能人机输入界面输入各钢种在不同温度下所对应的屈服强度和弹性模量到材料库，所述材料库通过信号线与模型系统计算模块相连；

所述模型系统输入模块接收来自上层的来料信息(包括钢种、厚度、宽度)、来自测温仪的温度信息、来自操作画面的板形信息和塑区比以及设备固有参数(包括辊间距、辊径、辊数、许用矫直力、电机额定功率)，模型系统输入模块通过信号线与材料库、模型系统计算模块相连；

所述模型系统计算模块主要以数据表的形式表示，包括模型关键工艺参数数据库、入口辊缝偏移量数据库、出口辊缝偏移量数据库、弯辊数据库，关键工艺参数数据库存储了入口和出口辊辊缝以及力能参数，入口辊缝偏移量数据库、出口辊缝偏移量数据库存储入口辊缝偏移量、出口辊缝偏移量，弯辊数据库存储了弯辊量、倾斜量，模型系统计算模块的计算结果传递给模型系统输出模块；

所述模型系统输出模块，输出关键工艺参数(包括入口辊缝、出口辊缝、弯辊量、倾斜量)，并发送给下层L1，实现在线控制。

一种热矫直机智能模型系统控制方法，包括以下步骤：

S1、通过输入接口，接收来自上层的来料信息、来自下层的板形信息、塑区比和来自测温仪的板带实测温度；

S2、将来料浪形分为操作侧单边浪、传动侧单边浪、双边浪、C翘、L翘五种，浪形等级分为轻微、严重和中等三个等级，模型机根据接收的来自板型仪或操作工操作画面的板形信息，查询弯辊数据表，获取弯辊量；

S3、根据来料钢种牌号、厚度和温度，查找材料机械性能数据表，获得材料的屈服强度和弹性模量；

S4、确定塑区比：系统中设置塑区比的极限范围为0.5-0.85，缺省塑区比为0.85，模型系统接收来自操作画面的塑区比和板形信息后，首先判断来自操作画面的塑区比是否为缺省值0.85，若是，则根据厚度和屈服强度查询塑区比表，获取该规格所需的塑区比，并判断该塑区比是否越界，若未越界则选用此值，若超越上界则塑区比取值0.85，若超过下界，则取值为0.5；若来自操作画面的塑区比不是0.85，则判断该值是否越界，若未越界，则选用此值；若越界，则根据厚度和屈服强度查询塑区比表，获取塑区比，并判断该塑区比是否越界，若未越界则选用此值，若越上界则塑区比取值0.85，若越下界则取值为0.5；

S5、根据步骤S3的查找结果以及板带厚度，查询出口辊缝偏移量数据表，获取对应的出口辊缝偏移量；

S6、根据步骤S3的查找结果以及塑区比、厚度，查询计算模型表，获取入口辊缝与出口辊缝、弯辊量、总矫直力、功率、扭矩；

S7、根据步骤S3的查找结果以及塑区比、厚度，查询入口辊缝偏移表，获取对应的入口辊缝偏移量；

S8、将步骤S6与步骤S5的查询结果相加，得到实际出口辊缝，步骤S6与步骤S7的查询结果相加，得到实际入口辊缝；

S9、将步骤S2与步骤S6的弯辊量相加即为最终输出弯辊量；

S10、判断步骤S6所得总矫直力与电机功率是否超过设备许用矫直力与许用扭矩，若未超过，则继续向下执行；若超过设备许用极限，则判断当前塑区比是否为0.5，若当前塑区比为0.5，则输出给L1做过载提示；若当前塑区比大于0.5，则降低塑区比，并重新判断降低后的塑区比值是否大于0.5，若是，则选用当前塑区比，若否，则取当前塑区比为0.5，并重复执行步骤S6至步骤S10；

S11、通过输出接口将模型计算值传递给L1，实现在现控制，同时将相关数据存入历史数据库中；

S12、定周期接收来自L1反馈的实际工艺参数和力能参数，并将相关数据存入历史数据库中，以供后期查询和下载。

本发明的有益效果：一种热矫直机智能模型系统及其控制方法，开发了热矫直机工艺参数计算方法，并提出了模型系统控制方法，便于生产过程数据的管理；该系统的投入应用取代了过去传统完全靠操作工根据经验手动设定参数所带来的产品质量不稳定的弊端，可以统一各班次操作工的操作习惯与操作规则，稳定产品质量；记录生产过程中设备状态与工艺参数的变化情况，便于历史数据的追踪和管理。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：

图1是本发明模型系统结构框图；

图2是本发明模型系统控制流程图。

具体实施方式

为了使本发明技术方案的内容和优势更加清楚明了，下面结合附图对本发明进一步描述。

结合图1一种热矫直机智能模型系统结构框图，模型系统包括以下几个模块：1材料机械性能输入模块、2模型系统输入模块、3、模型系统计算模块、4模型系统输出模块。

1材料机械性能输入模块，材料机械性能输入模块通过材料机械性能人机输入界面输入各钢种在不同温度下所对应的屈服强度和弹性模量到材料库，材料库通过信号线与模型系统计算模块相连。材料屈服强度与弹性模量是热矫直工艺参数计算的两项重要参数和前提条件。热矫直状态下，屈服强度和弹性模量的大小取决于矫直温度。同一材料，不同矫直温度下，对应不同的屈服强度和弹性模量。因此，需要建立产品大纲并开发材料物性输入界面，通过该界面输入各钢种在不同温度下所对应的屈服强度和弹性模量，保存该输入值记录到模型数据库中，以便在线计算工艺参数时查询以获得材料物性，该模块是模型系统得以有效运行的前提和基础。

2模型系统输入模块，输入模块是指模型系统接收来自上层的来料信息(包括钢种、厚度、宽度)、来自测温仪的温度信息、来自操作画面的板形信息和塑区比以及设备固有参数(包括辊间距、辊径、辊数、许用矫直力、电机额定功率)，这些参数是模型计算的前提和基础。

3模型系统计算模块，计算模块是系统的核心，主要以数据表的形式表示，具体包括模型关键工艺参数数据库、入口辊缝偏移量数据库、出口辊缝偏移量数据库、弯辊数据库，模型系统计算模块的计算结果传递给模型系统输出模块。入口辊缝偏移量数据库和出口辊缝偏移量数据库分别存储入口辊缝偏移量和出口辊缝偏移量，目的是为了使用过程中对模型关键工艺参数数据表进行补偿和优化。弯辊数据库存储了来料为边浪、中浪板形缺陷时而施加的弯辊量。

4模型系统输出模块，经过模型系统的一系列计算，输出关键工艺参数(包括入口辊缝、出口辊缝、弯辊量、倾斜量)，并发送给下层L1，实现在线控制。

具体实施时，由于热矫直状态下，板带的屈服强度与板带矫直时的温度直接相关，为了精确计算热矫机工艺参数，在热矫机的前端必须安装测温仪，实时检测来料温度，并将实测温度与来自上层的来料信息一并发给模型机，经过模型机的一系列计算，最终输出矫直工艺参数并发送给L1，实现在线控制。

结合图2，一种热矫直机智能模型系统控制方法，包括以下步骤：

S1、通过输入接口，接收来自上层的来料信息、来自下层的板形信息、塑区比和来自测温仪的板带实测温度；

S2、将来料浪形分为操作侧单边浪、传动侧单边浪、双边浪、C翘、L翘五种，浪形等级分为轻微、严重和中等三个等级，模型机根据接收的来自板型仪或操作工操作画面(若无板型仪)的板形信息，查询弯辊数据表，获取弯辊量；

S3、根据来料钢种牌号、厚度和温度，查找材料机械性能数据表，获得材料的屈服强度和弹性模量；

S4、确定塑区比：系统中设置塑区比的极限范围为0.5～0.85，缺省塑区比为0.85，模型系统接收来自操作画面的塑区比和板形信息后，首先判断来自操作画面的塑区比是否为缺省值0.85，若是(说明操作工未干预)，则根据厚度和屈服强度查询塑区比表，获取该规格所需的塑区比，并判断该塑区比是否越界，若未越界则选用此值，若超越上界则塑区比取值0.85，若超过下界，则取值为0.5；若来自操作画面的塑区比不是0.85(操作工干预)，则判断该值是否越界，若未越界，则选用此值；若越界，则根据厚度和屈服强度查询塑区比表，获取塑区比，并判断该塑区比是否越界，若未越界则选用此值，若越上界则塑区比取值0.85，若越下界则取值为0.5；

S5、根据步骤S3的查找结果以及板带厚度，查询出口辊缝偏移量数据表，获取对应的出口辊缝偏移量；

S6、根据步骤S3的查找结果以及塑区比、厚度，查询计算模型表，获取入口辊缝与出口辊缝、弯辊量、总矫直力、功率、扭矩,该弯辊量是用于补偿设备弹性变形而引起的挠度；

S7、根据步骤S3的查找结果以及塑区比、厚度，查询入口辊缝偏移表，获取对应的入口辊缝偏移量；

S8、将步骤S6与步骤S5的查询结果相加，得到实际出口辊缝，步骤S6与步骤S7的查询结果相加，得到实际入口辊缝；

S9、将步骤S2与步骤S6的弯辊量相加即为最终输出弯辊量；

S10、判断步骤S6所得总矫直力与电机功率是否超过设备许用矫直力与许用扭矩，若未超过，则继续向下执行；若超过设备许用极限，则判断当前塑区比是否为0.5，若当前塑区比为0.5，则输出给L1做过载提示；若当前塑区比大于0.5，则降低塑区比，并重新判断降低后的塑区比值是否大于0.5，若是，则选用当前塑区比，若否，则取当前塑区比为0.5，并重复执行步骤S6至步骤S10；

S11、通过输出接口将模型计算值(包括入口辊缝、出口辊缝和弯辊量)传递给L1，实现在现控制，同时将相关数据存入历史数据库中；

S12、定周期接收来自L1反馈的实际工艺参数和力能参数，并将相关数据存入历史数据库中，以供后期查询。

某热轧厂矫直机设备的工艺参数设定完全靠工人手动调节，缺乏在线控制模型。将本发明应用到该厂精矫直机实现在线控制。控制模式可选为手动、半自动和全自动三种模式，其中手动模式被激活时，模型系统不运行，操作工的操作模式和改造前相同；当半自动模式被激活时，模型系统计算值将被传递到操作工操作画面，此时操作工可根据实际矫直的板形状况，对工艺参数进行调节，对于新开发钢种，来料性能不稳定，建议选用此矫直模式；当全自动矫直模式被激活时，矫直工艺参数直接下发到L1，并自动实施矫直过程，无需操作工干预，这种矫直模式比较适用于成熟产品性能和厚度波动不大的钢种。

本发明投入现场应用后，将工艺参数固化，成为各班次不同操作工共同遵守的法则，即使在半自动模式下进行适当的微调，也是以本模型系统参数为基准，避免了不同班次不同操作工因个人习惯不同而造成的产品质量不稳定。同时，历史数据的查询和导出功能便于技术人员进行大数据分析和问题产品的历史数据追踪，对技术的进步和产品质量的稳定起到了一定的推动作用。模型系统投入现场应用后，经过半年多的在线运行，有益效果明显，主要体现在以下几个方面：

1)板形C翘控制由原来的平均12mm控制在平均5mm以下；浪形控制由原来的全长平均15mm、最大40mm，控制在全长8mm以下，每米3mm以下；

2)辊缝自动设定模型投入使用，且模型设定一次合格率在80％以上，产品下极限规格由设计时的4.6mm拓展至4mm；

3)将厚板板形原因降级率由0.167％降至0.120％以下。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。