一种冷连轧机的动态变规格控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种冷连轧机动态变规格的方法，包括以下步骤：确定动态变规格的过渡区域；根据过渡区域的长度，带钢在本机架轧制前的原始厚度和带钢在本机架轧制厚的设定厚度来计算过渡系数；当过渡过程发生时，根据过渡系数，计算出每个机架动态调整的辊缝设定值，按顺流调节各机架的带钢出口速度。采用本发明方法能优化冷连轧机的动态变规格过程，提高动态变规格的平稳度，降低设备冲击，减少带钢超差，提高动态变规格的速度，减少动态变规格的时间。
【专利说明】一种冷连轧机的动态变规格控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冶金自动化技术，尤其涉及一种冷连轧机的动态变规格控制方法。
【背景技术】
[0002] 全连续式冷连轧机不仅能够用同一种原料轧成相同或不同成品厚度的产品，而且 也可以把不同的原料轧成相同或不同成品厚度的产品，这就要求其在轧制过程中能够动态 的实现产品规格变换。因为如果规格的变化不能在轧机轧制的同时来完成，而要靠停机来 实现，那就不能称为全连续轧制了。所以动态变规格对于实现全连续轧制方式有着非常重 要的意义，它不仅是全连续冷连轧机区别常规冷连轧机最明显的特征，也是全连续冷连轧 机生产的核心技术。
[0003] -个合理的动态规格变换策略，不但能够保证轧机快速而准确的实现规格变换， 有效的提高产品质量和成材率，而且可以使过渡过程平稳，减少设备所受到的冲击。反之， 不正确的动态变规格策略则可能造成产品质量的下降，设备参数波动剧烈，严重时还可能 会造成断带、堆钢或迭轧等生产事故。因此，研究冷连轧机的动态变规格技术，对于维持轧 机的正常生产，实现全连续轧制，提高产品产量、质量具有非常重要的意义。
[0004] 动态变规格变换的控制方式，按各机架进行变规格控制的次序顺序可分为"顺流" 和"逆流"两种。顺流控制就是顺着轧制线方向完成各机架的变换控制，即当变规格点到达 某机架时，除调节该机架的设定值，使该机架能过渡到新的规程外，还要顺流调节带钢将要 经过的各机架的速度，以保持原规程。逆流控制就是当变规格点到达某机架时，除调节该机 架的设定值，还要逆流调节已经过各机架的设定值，逐步过渡到新的规程，而不影响前面各 个机架轧制，使其保持原规程轧制。
[0005] 动态变规格是在轧机机组不停机的条件下，通过对需要轧制的新钢卷的辊缝，速 度、张力等参数的动态调整，实现相邻两卷带钢的钢种，厚度、宽度等规格的变换。动态变规 格的过程比较快，它要在极短的时间内由前一卷带钢的轧制规程切换到下一卷带钢的轧制 规程，并且在这极短的时间内要对辊缝和辊速进行多次调整，还要防止断带、折叠、伤辊等， 因此，动态变规格的控制也比较复杂。它克服了单卷轧制穿带、抛钢作业的弊端，明显提高 了轧制过程的稳定性、带钢质量和轧机的生产效率。
[0006] 冷连轧机组的控制系统由上往下分为三个层级，即轧制过程自动化层（简称为 L2, Level 2)、基础自动化层（简称为Ll，Level 1)和智能控制设备层（简称L0, Level 0)。
[0007] 轧制过程自动化层是指在轧制过程中，通过采用反映轧制过程变化规律的数学模 型、优化算法以及计算机技术等，不断合理协调全部轧制过程，提高和稳定产品质量，提高 连轧机设备的使用效率以便达到最经济地进行生产目的计算机系统。
[0008] 基础自动化层控制系统就是采用可编程逻辑控制器（简称为PLC)以及各种传动 控制设备等对实现轧制所需的各种功能的机械设备或液压设备进行合理、及时、准确的控 制。
[0009] 智能控制设备层就是能独立完成某个具体单一控制功能，并具有与Ll或L2系统 通讯能力的控制设备群体。
[0010] 冷连轧机组的生产过程如下：经过酸洗的热轧板经过连轧机前的张力辊后，乳件 经过轧机机架，最后进入卷取机。当卷取机上的带钢卷将达到到预设定的要求时，整个轧机 段减速到剪切速度，正好这时剪切点运行到轧机末机架的出口处，带钢被出口处的飞剪剪 断，前卷的带钢尾部继续被卷起来，而新带钢头部继续运行进入另一个已经准备好的卷取 机上。前一个卷取机卷完带钢后进行卸卷，然后进入准备状态。新卷上钢卷的卷取机则加 速轧制到规程要求的速度，直到下一个剪切点的来临，这样周而复始，乳机能在不停机的情 况下，完成不同钢卷的轧制。
[0011] 目前文献中提出了几种动态变规格的控制方法，例如使用过程控制计算机模型系 统，求解非线性方程组得到变断面、变张力逆流FGC过程各机架、各过渡段的辊缝变化值， 这种动态变规格辊缝动态设定方法解决设定值的优化问题，没有对基础自动化控制策略进 行优化。
[0012] 例如提出了以变规格前的带钢张力设定值为控制目标的变规格机架速度控制策 略，建立了变规格机架间张力与前后机架速度的方程，并给出了变规格机架的速度控制规 律。
[0013] 还有提出基于神经网络、遗传算法等优化算法来解决动态变规格问题。
[0014] 他们有一个共同点是：都是使用过程计算机的处理能力，建立轧机仿真模型，解决 了过程计算机对设定值的优化。而实际上，在轧制过程中，任何张力的变化都将影响到带钢 的轧出厚度；而任何厚度的波动，也会造成张力的变化。冷连轧机实际上是一个耦合多变量 系统。采用现代控制理论中的多变量解耦控制方法对耦合的变量进行解耦，然后在分别对 它们进行控制器设计，是提高控制精度的一个方法。但是由于计算量大，很难在基础自动化 中应用。
[0015] 随着基础自动化控制设备的发展，PLC的能力极大的提高，计算能力增强，循环时 间缩短。因此原来由过程控制系统完成的任务有一部分转移到由基础自动化系统来完成， 这样由于各个逻辑功能单元之间的协调更好，往往获得更好的控制效果。
[0016] 在基础自动化层完成动态变规格控制的主要逻辑功能单元有辊缝控制、速度控制 以及张力控制，这些控制功能又与同在基础自动化层的设定值处理功能、带钢跟踪功能、机 组主令控制等逻辑功能单元以及在线检查仪表等都有紧密的联系，因此仅仅依靠 L2来优 化动态变规格控制是不够理想的，对于酸洗轧机联合机组，为了很好地实现动态变规格变 换，除了选择最佳的调节（控制）方式外，还必须建立各机架的转速、辊缝调节量的设定计 算方法。
【发明内容】
[0017] 本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种冷连轧机的动态 变规格控制方法。
[0018] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0019] 一种冷连轧机的动态变规格控制方法，包括以下步骤：
[0020] 1)确定动态变规格的过渡区域，所述过渡区域的长度设定在一个机架间距以内；
[0021] 2)在五机架冷连轧机Ll的PLC中接收L2的轧制规程数据，即轧制前后两卷钢需 要在各个机架设定的辊缝和速度，假设变规格需从轧制规程一（?, Vtl ;氏，V1 ;H2, V2 ;H3, V3 ; h4, V4 ;h5, v5)，转换到轧制规程二 〇v，V ;ΗΛ V/ ;h2'，V ;h3'，V ;h4'，V ;h5'，V ); 其中，
[0022] H。、H1到H5分别表示轧制规程一中从0号机架，即轧机入口张力辊、I号机架到5 号机架的带钢出口厚度设定值；
[0023] VpV1到V5表不乳制规程一中从0号机架、1号机架到5号机架的带钢出口速度设 定值；
[0024] Hc/、H/到H5'表示轧制规程二中从0号机架、1号机架到5号机架的带钢出口厚 度设定值；
[0025] Vc/、V/到V5'表示轧制规程二中从0号机架、1号机架到5号机架的带钢出口速 度设定值；
[0026] 3)在过渡区通过轧机时，计算过渡系数；所述过渡系数用于计算在过渡过程发生 时本机架动态变化的辊缝设定值；
[0027] 过渡系数的计算采用以下公式：
[0028] k = (Lk) / (L* (H/h)；
[0029] 其中，k表示过渡系数，Lk是带钢跟踪逻辑功能单元计算的过渡区被轧制后通过 机架的长度，L是过渡区本机架轧制前的原始长度，H是带钢在本机架轧制前的原始厚度，h 是带钢在本机架轧制厚的设定厚度；过渡系数k的取值范围为0至1之间。
[0030] 4)当过渡过程发生时，根据过渡系数，计算出每个机架动态调整的辊缝设定值，并 按顺序依次调节后续各机架的带钢出口速度；具体步骤如下：
[0031] 步骤1 :当过渡点到1号机架时，将1号机架轧机的有载辊缝设定为S，出口厚度由 H1变为H1'，但是要Vtl保持不变，这时Vp V2、V3、V4、V5发生变化；
[0032] S = (I-IOHfk=KH1，；
[0033] V1 变丄=(V0，*H0，）/H1，！V1Cl = (l_k) Vjk5IiV1 变！；
[0034] V2变 I = (Vi 变 1*?)/H2 ;V2d = (l _k) V2+k*V2变 I ;
[0035] V3$1 = (V 2$1*H2)/H3 ;V3d = (l-k)V 3+k*V3$1 ;
[0036] V4变丄=(V3变 ^H3)/H4 ;V4d = (l _k) V4+k*V4变 j ;
[0037] V5$1 = (V 4$1*H4)/H5 ；V5d = (l-k)V 5+k*V5$1 ；
[0038] 其中，过渡点为过渡区靠近机架侧的端点；
[0039] V1变丨表示V1第1次变化后的值；
[0040] V1Cl表示V1在第1次变化过程中的速度设定值；
[0041] V2变i表示V2第1次变化后的值；
[0042] V2d表示V2在第1次变化过程中的速度设定值；
[0043] V3变i表示V3第1次变化后的值；
[0044] V3d表示V3在第1次变化过程中的速度设定值；
[0045] V4变丨表示V4第1次变化后的值；
[0046] V4d表示V4在第1次变化过程中的速度设定值；
[0047] V5变i表示V5第1次变化后的值；
[0048] V5d表示V5在第1次变化过程中的速度设定值；
[0049] 步骤2 :当过渡点到2号机架时，将2号机架轧机的有载辊缝设定为S，出口厚度由 H2变为H2'，但是％、V1保持不变，这时V2到V 5发生变化；
[0050] S = (l-k)H2+k*H2,；
[0051] V2$2 = (V *H0,）/H2, ；V2d = (l_k)V2$1+k*V2$2 ;
[0052] V3变2 = (V 2变2*H2)/H3 ;V 3d = (l_k)V3$1+k*V3变2 ;
[0053] V4变2 = (V 3变2*?)/H4 ;V4d = (l_k) V4变 ^k5IiV4变2 ;
[0054] V5^2= (V4^ 25IiH4)/H5 ；V 5d = (l_k)V5^1+k >l<V5^2 ；
[0055] 其中，
[0056] V2变2表示V2第2次变化后的值；
[0057] V2d表示V2在第2次变化过程中的速度设定值；
[0058] V3变2表示V3第2次变化后的值；
[0059] V3d表示V3在第2次变化过程中的速度设定值；
[0060] V4变2表示V4第2次变化后的值；
[0061] V4d表示V4在第2次变化过程中的速度设定值；
[0062] V5变2表示V5第2次变化后的值；
[0063] V5d表示V5在第2次变化过程中的速度设定值；
[0064] 步骤3 :当过渡点到3号机架时，3号机架轧机的有载辊缝设定为S，出口厚度由H3 变为H/，但是％、％、V2保持不变，这时V3到V5发生变化；
[0065] S = (l-k)H3+k*H3,；
[0066] V3变 3 = (V0，*H0，）/H3，；V3d = (1-k) V3变 2+k*V3变 3 ;
[0067] V4变 3 = (V3变 3*H3)/H4 ;V4d = (l_k) V4变2+k*V4变 3 ;
[0068] 乂5变3 = (V4变3*H4)/H5 ;V5d = (1-k)乂5变2+1^*￥5变3 ;
[0069] 其中，
[0070] V3变3表示V3第3次变化后的值；
[0071] V3d表示V3在第3次变化过程中的速度设定值；
[0072] V4变3表示V4第3次变化后的值；
[0073] V4d表示V4在第3次变化过程中的速度设定值；
[0074] V5变3表示V5第3次变化后的值；
[0075] V5d表示V5在第3次变化过程中的速度设定值；
[0076] 步骤4 :当过渡点到4号机架时，4号机架轧机的有载辊缝设定为S，出口厚度由H4 变为H/，V V V2、V3保持不变，V4、V5发生变化；
[0077] S = (l_k)H4+k*H4,；
[0078] V4变4 = (V〇，*H0，）/H4，；V4d = (l_k) V4变 3+k*V4变4 ;
[0079] V5$4 = (V4变4*H4)/H5 ;V5d = (l_k)V5$3+k*V5$4 ;
[0080] 其中，
[0081] V4 $ 4表示V4第4次变化后的值；
[0082] V4d表示V4在第4次变化过程中的速度设定值；
[0083] V5 $ 4表示V5第4次变化后的值；
[0084] V5d表示V5在第4次变化过程中的速度设定值；
[0085] 步骤5 :当过渡点到5号机架时，5号机架轧机的有载辊缝设定为S，出口厚度由H5 变为H5'，V。、V2、V3、V4保持不变，这时V 5发生变化；
[0086] S = (l-k)H5+k*H5,；
[0087] V5变5 = (V〇，*H〇，）/H5，；V5d = (l_k)V5变4+k*V5变5 ;
[0088] 其中，
[0089] V5 $ 5表示V5第5次变化后的值；
[0090] V5d表示V5在第5次变化过程中的速度设定值。
[0091] 本发明产生的有益效果是：
[0092] 1)通过在Ll中通过计算过渡系数，再计算出每个机架动态调整的辊缝设定值，以 及前几个带钢经过的速度设定值，将过渡过程分成了可以计算和控制的多个过程。
[0093] 2)通过Ll轧制过程根据初始数据、目标数据以及轧制规程的限制，自动计算轧制 过程中的工作辊速度，并控制工作辊的加速、减速，完全不需要人工干预或操作来控制轧机 工作辊的速度，使轧制过程中的速度控制是可以预测的，在相同限制条件下是可重复的。
[0094] 3)使用本发明提供的方法结合轧制过程自动化层的调节控制，能将一个大阶跃调 节转化为同步进行的多个小幅阶跃调节，降低了偏差的幅度以及变量之间的相互影响，使 动态变规格过程中的带钢厚度、机架间张力波动减小，提高冷轧产品质量，性能，精确度，提 高过渡过程的稳定性，降低断带风险。
【专利附图】
【附图说明】
[0095] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0096] 图1为本发明实施例使用的酸洗轧机联合机组中五机架冷连轧机部分设备简图；
[0097] 图2为本发明实施例中过渡区经过机架的示意图；
[0098] 图3为本发明实施例中过渡区通过1机架时的控制流程图；
[0099] 图4为本发明实施例中过渡区通过2机架的控制流程图；
[0100] 图5为本发明实施例中过渡区通过3机架的控制流程图；
[0101] 图6为本发明实施例中过渡区通过4机架的控制流程图；
[0102] 图7为本发明实施例中过渡区通过5机架的控制流程图。
【具体实施方式】
[0103] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限 定本发明。
[0104] 本发明适用的酸洗轧机联合机组的设备布置参考图1。
[0105] 一种冷连轧机的动态变规格控制方法，具体包括：
[0106] 一、首先要选择动态变规格的过渡区域。
[0107] 在进行变规格控制时，跟踪带钢变规格过渡区到各个机架的距离，在机组运行的 时候不断变化。
[0108] 在过渡区通过乳机时，计算k = (Lk) / (L* (H/h)。
[0109] k表示过渡系数，Lk是带钢跟踪逻辑功能单元计算的过渡区被车L制后通过机架的 长度，L是过渡区本机架轧制前的原始长度，H是带钢在本机架轧制前的原始厚度，h是带钢 在本机架轧制厚的设定厚度。因此在过渡区通过本机架的过程中，k从O逐步变为1。 [0110] 二、假设有如下两个规程：
[0111] 规程一如下表：
[0112]
【权利要求】
1. 一种冷连轧机的动态变规格控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 确定动态变规格的过渡区域，所述过渡区域的长度设定在一个机架间距以内； 2) 在五机架冷连轧机L1的PLC中接收L2的轧制规程数据，即轧制前后两卷钢需要在 各个机架设定的辊缝和速度，假设变规格需从轧制规程一 ;H2，V2 ;H3，V3 ;H4，V4 ; ^"，转换到轧制规程二饵'^'出/，％'*'，^'*'，％'^'，％'*'，^'）^*， H。、氏到H5分别表不乳制规程一中从0号机架，即乳机入口张力棍、1号机架到5号机 架的带钢出口厚度设定值； Vp Vi到V5表示轧制规程一中从0号机架、1号机架到5号机架的带钢出口速度设定 值； IV、H/到H5'表示乳制规程二中从0号机架、1号机架到5号机架的带钢出口厚度设 定值； V，、Vi'到V5'表示轧制规程二中从0号机架、1号机架到5号机架的带钢出口速度设 定值； 3) 在过渡区通过轧机时，计算过渡系数；所述过渡系数用于计算在过渡过程发生时本 机架动态变化的辊缝设定值； 过渡系数的计算采用以下公式： k = (Lk) / (L* (H/h); 其中，k表示过渡系数，Lk是带钢跟踪逻辑功能单元计算的过渡区被轧制后通过机架 的长度，L是过渡区本机架轧制前的原始长度，H是带钢在本机架轧制前的原始厚度，h是带 钢在本机架轧制厚的设定厚度；过渡系数k的取值范围为0至1之间； 4) 当过渡过程发生时，根据过渡系数，计算出每个机架动态调整的辊缝设定值，并按顺 序依次调节后续各机架的带钢出口速度。
2. 根据权利要求1所述的动态变规格控制方法，其特征在于，步骤4)中，计算每个机架 动态调整的辊缝设定值，并按顺序依次调节后续各机架的带钢出口速度的具体步骤如下： 步骤1 :当过渡点到1号机架时，将1号机架轧机的有载辊缝设定为S，出口厚度由氏 变为氏'，但是要％保持不变，这时'、V2、V3、V4、V5发生变化； S = (l-^Hi+M/ ； V1$1 = (V *H。，）/H/ ;VlCl = ; V2$i = ；V2d = (l-k)V2+k*V2$1 ； V3$1 = (V2$1*H2)/H3 ;V3d = (1-k)V3+k*V3$1 ; V4 $ i = (V3 $ i*H3) /H4 ；V4d = (1-k) V4+k*V4 $!； v5 变 i = (v4 变 i*H4) /? ;V5d = (1-k) V5+k*V5 变 i ; 其中，过渡点为过渡区靠近机架侧的端点； Vi $1表示Vi第1次变化后的值； Vid表示Vi在第1次变化过程中的速度设定值； v2$1表示V2第1次变化后的值； V2d表示V2在第1次变化过程中的速度设定值； v3$1表示V3第1次变化后的值； V3d表示V3在第1次变化过程中的速度设定值； v4$1表示V4第1次变化后的值； V4d表示V4在第1次变化过程中的速度设定值； v5$1表示V5第1次变化后的值； V5d表示V5在第1次变化过程中的速度设定值； 步骤2 :当过渡点到2号机架时，将2号机架轧机的有载辊缝设定为S，出口厚度由H2变为H2'，但是％、％保持不变，这时V2到V5发生变化； S = (l_k)H2+k*H2，； V2$2 = (Vo^ )/H/ ；V2d = (l-k)V2$1+k*V2$2 ； V3变2 = (V2变2*H2)/H3 ;V3d = (l-k)V3$1+k*V3变2 ; V4变2 = (V3变2*H3)/H4 ;V4d = (l-lOA^w+k5^变2 ; Vs变2 = (V4变2*H4)/H5 ;V5d = (l-k)V5$1+k*V5变2 ; 其中， V2$2表示V2第2次变化后的值； V2d表示V2在第2次变化过程中的速度设定值； V3$2表示V3第2次变化后的值； V3d表示V3在第2次变化过程中的速度设定值； V4$2表示V4第2次变化后的值； V4d表示V4在第2次变化过程中的速度设定值； V5$2表示V5第2次变化后的值； V5d表示V5在第2次变化过程中的速度设定值； 步骤3 :当过渡点到3号机架时，3号机架轧机的有载辊缝设定为S，出口厚度由H3变为 H3'，但是V V V2保持不变，这时V3到V5发生变化； S = (l_k)H3+k*H3，； v3变3 = (V *H0,）/H3, ；V3d = (l-k)v3$2+k*v3变3 ; V4变3 = (V3变3*H3)/H4 ;V4d = (l-k)V4变2+k*V4变3 ; Vs变 3= (V4变 3*H4)/H5;V5d= (l_k)V5变2+k*V5变 3; 其中， V3$3表示V3第3次变化后的值； V3d表示V3在第3次变化过程中的速度设定值； V4$3表示V4第3次变化后的值； V4d表示V4在第3次变化过程中的速度设定值； V5$3表示V5第3次变化后的值； V5d表示V5在第3次变化过程中的速度设定值； 步骤4 :当过渡点到4号机架时，4号机架轧机的有载辊缝设定为S，出口厚度由H4变为 H/，V Vp V2、V3保持不变，V4、V5发生变化； S = (l-k)H4+k*H4，； V4变4 = (V〇, *H0,）/H4, ；V4d = (l-k)V4$3+k*V4$4 ; V5变4 = (V4变4*H4)/H5 ;V5d = (l-k)V5t3+k*V5w ; 其中， v4$4表示V4第4次变化后的值； V4d表示V4在第4次变化过程中的速度设定值； V5$4表示V5第4次变化后的值； V5d表示V5在第4次变化过程中的速度设定值； 步骤5 :当过渡点到5号机架时，5号机架轧机的有载辊缝设定为S，出口厚度由H5变为 H5'，V V V2、V3、V4保持不变，这时V5发生变化； S = (l-k)H5+k*H5,； V5$5 = (V *H0,）/H5, ；V5d = (l-k)V5$4+k*V5$5 ; 其中， V5$5表示V5第5次变化后的值； V5d表示V5在第5次变化过程中的速度设定值。
【文档编号】B21B37/24GK104338753SQ201410453480
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】王利国, 王胜勇, 卢家斌 申请人:中冶南方（武汉）自动化有限公司