優(yōu)化厚度控制模型，提高寬厚板厚度控制命中率

張　麗

(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動化部，山東 萊蕪 271104)

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優(yōu)化厚度控制模型，提高寬厚板厚度控制命中率

張麗

(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動化部，山東 萊蕪 271104)

寬厚板厚度精度表征控制水平高低，也是最基本的質(zhì)量指標(biāo)之一。本文介紹了萊鋼4 300 mm寬厚板軋機(jī)厚度控制現(xiàn)狀，詳細(xì)論述了控制模型優(yōu)化措施，通過優(yōu)化彈跳曲線，改善厚度預(yù)報偏差，同時研究二級數(shù)學(xué)模型計算，對輥縫短期自學(xué)習(xí)與長期自學(xué)習(xí)的自適應(yīng)過程進(jìn)行優(yōu)化和完善，采用道次間自學(xué)習(xí)來初步消除計算偏差，提高寬厚板厚度命中率。

彈跳曲線； 二級數(shù)學(xué)模型； 自學(xué)習(xí)

1　概　述

寬厚板厚度精度表征控制水平高低，同時也是厚板的最重要的，也是最基本的質(zhì)量指標(biāo)之一。包括:

a)厚度均勻性命中率；即：鋼板寬度1/2處沿長度方向上各個位置的厚度值落在平均厚度若干個標(biāo)準(zhǔn)偏差內(nèi)的比率。

b)平均厚度相對于目標(biāo)厚度的命中率；即：軋制完成的鋼板平均厚度相在合同公差范圍內(nèi)的比率。由于國外裝備先進(jìn)，采用天然氣對板坯加熱，熱值穩(wěn)定，溫度均勻，軋機(jī)精度高，再加上控制技術(shù)成熟，因此厚度均勻性命中率一般能達(dá)到97%；平均厚度相對于目標(biāo)厚度的命中率能達(dá)到98%左右。由于國內(nèi)裝備水平相對較低，普遍采用高爐、焦?fàn)t混合煤氣對板坯加熱，熱值不穩(wěn)定，溫度不均勻，再加上控制技術(shù)不成熟，厚度均勻性較低，一般厚度均勻性命中率在94%，平均厚度相對于目標(biāo)厚度的命中率在95%左右。萊鋼寬厚板生產(chǎn)線的工藝裝備水平比較先進(jìn)，由西門子奧鋼聯(lián)設(shè)計，目前的研究手段可以滿足要求，但目前厚度控制精度情況不是很理想，2014年1到4月份厚度控制精度如表1所示，因此研究程序，優(yōu)化厚度控制模型,以期提高寬厚板厚度命中率。

表1　1到4月份厚度命中率

2　控制模型優(yōu)化

厚度控制由一、二兩級自動化系統(tǒng)組成：

二級系統(tǒng)主要通過數(shù)學(xué)模型生成道次計劃表。分為預(yù)計算，后計算、再計算三個步驟。

一級系統(tǒng)主要通過AGC來動態(tài)調(diào)整輥縫以達(dá)到保證鋼板厚板一致。AGC系統(tǒng)是以液壓缸驅(qū)動對輥縫進(jìn)行動態(tài)微調(diào)，具備兩個基本內(nèi)閉環(huán)，即軋制力閉環(huán)和位置閉環(huán)。一般與自動位置控制系統(tǒng)即APC系統(tǒng)(電動或液壓驅(qū)動)一起使用。首先根據(jù)二級軋制模型由APC系統(tǒng)設(shè)定一個輥縫參考位置，即進(jìn)行輥縫粗調(diào)，在此基礎(chǔ)上，采用高響應(yīng)的伺服油缸來修正軋制過程中的輥縫變化，即進(jìn)行輥縫精調(diào)。

2.1改善厚度預(yù)報偏差，優(yōu)化彈跳曲線

通過對厚度模型進(jìn)行推演，得到控制用的模型公式。使用現(xiàn)場數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行驗(yàn)證。對厚度控制情況進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)在軋制力發(fā)生較大偏差時，極易造成厚度偏差。通過優(yōu)化彈跳曲線，進(jìn)一步減小預(yù)報偏差。彈跳曲線的測量一般由軋機(jī)零調(diào)過程產(chǎn)生,同時通過液壓缸上安裝的壓力傳感器和位移傳感器按一定的采樣周期自動記錄實(shí)測的軋制壓力和機(jī)架彈跳。通過標(biāo)定過程獲得初始輥縫與軋制力分布，去除零調(diào)影響。將間隔一定軋制力對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計得到軋制力與彈跳量的對應(yīng)關(guān)系如表2如示：

表2　軋制力與彈跳量對應(yīng)表

通過對軋機(jī)彈跳進(jìn)行測定、評估，并使用評估后的數(shù)據(jù)對彈跳數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到用于計算軋機(jī)軋制力與彈跳量對應(yīng)關(guān)系的函數(shù)。同時，使用表2中數(shù)據(jù)，描繪出機(jī)架彈跳曲線，比較擬合彈跳曲線與實(shí)際彈跳曲線，如下圖1(其中橫軸為軋制力，單位為牛；Y軸為彈跳量，單位m)，從圖1可以看出兩條曲線吻合度較高。

圖1　擬合彈跳曲線與實(shí)際彈跳曲線比較

2.2優(yōu)化厚度自學(xué)習(xí)

2.2.1二級數(shù)學(xué)模型計算

二級系統(tǒng)主要通過數(shù)學(xué)模型生成道次計劃表。分為預(yù)計算，后計算、再計算三個步驟：

1)預(yù)計算的目標(biāo)是確定所有的軋制道次表。預(yù)計算是采用板坯數(shù)據(jù)進(jìn)行計算的。如果有檢測裝置，軋線各位置的溫度值可以通過溫度檢測元件得到，否則，溫度值需要通過目標(biāo)出爐溫度進(jìn)行預(yù)設(shè)定。預(yù)計算將確定道次數(shù)、厚度分配、觸發(fā)條件等等。預(yù)計算還要對是否超過設(shè)備限制(軋制力、功率、變形等)進(jìn)行校核，并且檢查是否達(dá)到目標(biāo)值(厚度、凸度、平坦度、板形、溫度等)。

2)后計算在完成一個道次軋制后執(zhí)行，計算與該道次機(jī)架相關(guān)的所有相關(guān)值。根據(jù)實(shí)測軋制力、實(shí)測輥縫、實(shí)測彎輥力等條件計算出軋件的實(shí)際出口尺寸。再根據(jù)厚度公式計算的厚度和測溫儀所測的厚板溫度分布，再次計算軋制力和軋制力矩。把這些值與實(shí)測值進(jìn)行比較，得到修正系數(shù)。

3)再計算在各道次完成后執(zhí)行。但是在延遲、操作工輸入改變的情況下再計算可以根據(jù)要求執(zhí)行。再計算根據(jù)當(dāng)前的溫度、尺寸和從后計算中得到的自學(xué)習(xí)系數(shù)對剩下的道次進(jìn)行一個新的計算。

2.2.2優(yōu)化厚度自學(xué)習(xí)

采用道次間自學(xué)習(xí)來初步消除計算偏差。在自學(xué)習(xí)中，采用短期+長期自學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式。按照影響時限和觸發(fā)條件，輥縫零點(diǎn)自學(xué)習(xí)可分為短期自學(xué)習(xí)和長期自學(xué)習(xí)兩種。

1)短期自學(xué)習(xí)

完成軋制過程中的某個道次軋制后，并通過測厚裝置后，獲得該道次實(shí)測厚度。然后根據(jù)實(shí)測軋制力、實(shí)測輥縫、實(shí)測彎輥力等參數(shù)計算出鋼板的計算出口厚度。把這些值與實(shí)測值進(jìn)行比較，得到的修正因子，我們稱為短期自學(xué)習(xí)因子。短期自學(xué)習(xí)因子用于對該支鋼板下一道次的輥縫設(shè)定值進(jìn)行修正。

2)長期自學(xué)習(xí)

最后一個道次軋制完成且測厚儀測得鋼板實(shí)測厚度后，輥縫零點(diǎn)將通過比較實(shí)測厚度與厚度模型輸出的計算厚度得到一個偏差值，對該偏差進(jìn)行處理后得到自學(xué)習(xí)修正因子，我們稱為長期自學(xué)習(xí)因子。長期自學(xué)習(xí)因子將對下一塊鋼板的設(shè)定輥縫進(jìn)行修正。

3　效果分析

通過采取以上優(yōu)化措施，厚度控制效果明顯，如圖2，2014.5-11月份+/-0.2 mm、+/-0.1 mm厚度命中率平均值較1-4月份分別提高了 1.5、3.83個百分點(diǎn)；經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，有效降低厚度尺寸脫合同的比例、同時切實(shí)減少了組板厚度、長度余量所占比例，有效提高原材料利用率，顯著提高了成材率，降低成本，提高了產(chǎn)品的市場競爭力，具有很好應(yīng)用推廣性。

圖2　厚板偏差控制效果折線圖

[1]徐建忠.四輥軋機(jī)軋輥彈性變形解析模塊的開發(fā)[J]. 軋鋼,2003.

[2]趙志業(yè),王鵬翙.熱軋厚板及板坯的實(shí)用軋制壓力公式[J].鋼鐵,1986(1).

[3]單傳東,趙琳.厚度自動控制在萊鋼寬厚板軋制中的應(yīng)用[J].金屬材料與冶金工程,2010(6).

[4]孫建亮.面向板形板厚控制的軋機(jī)系統(tǒng)動態(tài)建模及仿真研究[D].燕山大學(xué),2010.

The Automation Department of Shandong Iron and Steel

ZHANG Li

(Group Corporation Laiwu branch,Laiwu 271104,China)

Wide plate thickness accuracy characterizes the high or low control level ,it is one of the most basic quality indicators. This article introduced thickness control present situation of 4300 mm wide plate mill of LaiWu Steel Company,then the control model optimization measures are discussed in detail,by optimizing the stretch-curve,we improved thickness prediction deviation,at the same time we researched the mathematical model calculation of level two,optimized and improved the roll gap in the short term of self-study and long-term learning adaptive process,by including a self learning to eliminate preliminary calculation deviation. Through the above measures the wide plate thickness accuracy is improved.

stretch curve; the mathematical model of level two; self-adaptation

張麗(1984-)，女，工程師，本科，2007年畢業(yè)于青島理工大學(xué),現(xiàn)從事儀表與自動化專業(yè).

TF31；TP3-05

A

1671-3818(2016)01-0032-03