CN102294361A - 一种等间隙轧钢控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等间隙轧钢控制方法，属于冶金技术领域。该方法中的计算机控制系统控制步骤如下：判断此次抽钢加热炉以及下一次可抽钢加热炉；读取下一次可抽钢加热炉监测传感器传来的抽钢机动作时间，以及辊道上速度传感器和时刻传感器传来的辊道运行速度和前面相邻两块板坯到达轧机的实际间隔时间；调取存储算式，计算下一次可抽钢加热炉对应的等待时间；待到达等待时间时，控制加热炉抽钢；每完成一次抽钢，开始下一次抽钢等待时间计算，根据最小等待时间原则确定下一次要抽钢的加热炉。本发明以动态的调整自动趋于等间隙轧制，可以自适应各种复杂环境提高了轧线组织生产的效率和轧制节奏的稳定性，降低了能耗，减少了因生产组织不合理而影响板卷质量问题。

Description

一种等间隙轧钢控制方法

技术领域

本发明涉及一种轧钢控制方法，尤其是一种等间隙轧钢控制方法，属于冶金技术领域。

背景技术

据申请人了解，目前热轧生产都是操作工根据经验手动抽钢控制生产节奏。这种手动抽钢存在以下问题：轧线生产节奏时快时慢，造成轧线轧制节奏不稳定直接影响产品质量；且也存在设备空转等待带钢的现象，造成设备损耗，浪费能源。为此，需要减少轧机等待时间、稳定轧制节奏，控制加热炉的抽钢和装钢时间，使得出炉后的板坯到达轧线某一预定位置(例如图1中1所指的位置，暂且称为R1，以下同)的时间间隔相同。

由于多座加热炉位于轧机同一侧(例如图1所示的三座)，距离R1位置不同，每座加热炉出来的板坯到达R1所需的时间也不一样，而不同钢种的板坯，轧制速度并不相同。要最大限度利用好轧机，实现轧线等间隙轧制，显然依靠人工经验控制抽钢是无法实现的。

检索发现，专利号为CN02132971.0的中国专利公开了“连铸板坯加热炉小交叉抽钢控制方法”，该方法的特点是采用两座加热炉交替抽钢的小交叉工艺，在两加热炉装钢侧安装入炉传感器、板坯长度检测码盘、板坯装炉温度检测器，在炉内安装检测器，在抽钢口处安装热金属检测器，将板坯长度、板坯装炉温度、板坯拉速信号送到PLC和过程控制计算机，通过运算及与轧线上的轧制节奏比较，优化出两台炉的抽钢块数比例的模数，完成两座加热炉板坯的小交叉抽钢控制，通过合理的数学模型学习修正系数，制定小交叉比例，从而使精轧辊缝的计算值更加准确，提高产品厚度精度，使厚度精度达96％以上。其技术特点在于根据加热炉板坯烧钢情况参照轧线生产情况，控制两座加热炉抽钢顺序，也非控制轧钢节奏。

此外，专利号为CN200510026225.5的中国专利公开了“多料流跟踪的控制方法”，该方法采用多点位置校正跟踪，多流动控制点操作处理等方法，提高跟踪的精度和控制的实时性。其技术特点着眼于物料跟踪。

由此可见，上述现有技术均没有涉及如何实现等间隙轧钢控制。

进一步检索发现，申请号为CN89104695.X的中国专利公开了一种“中小型棒材连轧机无间隙轧制控制技术”，该技术对高速滑板式冷床上卸钢装置、定尺飞剪和活套控制器进行控制，对任意长度的棒材具有智能化选择的性能，实现无间隙轧制，从而加快了轧制节奏，提高机组时产量和作业率。其特点在于将棒材尾部长度分为四类，分别进行处理，避免甩尾和冲撞前一块带钢，而实际轧钢时，影响产生节拍的因素较多，依靠将棒材尾部长度有限分类的方法无法实现生产节拍的不断自动调控优化。

发明内容

本发明的目的在于：在多轧机抽钢、多因素影响生产节拍的情况下，提出一种通过计算机优化控制自动抽钢，实现等间隙轧钢的控制方法，从而在保证产品质量的同时，通过科学控制轧制节奏，实现产能最大化。

为了达到以上目的，本发明的等间隙轧钢控制方法中，至少两座受控于计算机控制系统的热轧加热炉布置在通往轧机的轨道一侧，所述加热炉设有抽钢机动作时间监测传感器，所述辊道设有运行速度传感器以及板坯到达轧机时刻传感器，所述监测传感器以及速度传感器和时刻传感器的信号输出端接计算机控制系统的对应输入端，所述计算机控制系统待轧机正常运行后的控制步骤如下：

第一步、判断此次抽钢加热炉、下一次可抽钢加热炉(可能不只一座)，以及下一次可抽钢加热炉与上一次抽钢加热炉相对轧机前后位置；

第二步、读取下一次可抽钢加热炉监测传感器传来的抽钢机动作时间，以及辊道上速度传感器和时刻传感器传来的辊道运行速度和上次相邻两块板坯到达轧机的实际间隔时间；

第三步、调取存储算式，计算下一次可抽钢加热炉对应的等待时间

$T_{\mathrm{table}}=\underset{i=m}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{S_i}{V_i}$ (m＜n)                                                      (1)

T_fur＝T_{rev_est}-T_table-T_proc                             (2)

T_fur＝T_{rev_est}+T_table-T_proc                             (3)

T_{rev_est}＝G×T_gap+(1-G)×T_{pre_est}                       (4)

上式中：算式(2)和(3)根据下一次可抽钢加热炉与上一次抽钢

加热炉相对轧机前后位置择一

T_table：板坯从第m组辊道运输到第n组辊道所需要的时间

S_i：顺轧线方向第i段辊道的长度

V_i：带钢在顺轧线方向第i段辊道上运行的速度

T_fur：加热炉抽钢等待时间

T_{rev_est}：本次预计相邻两块板坯到达轧机前侧导板的间隔时间

T_proc：加热炉抽钢机动作时间

G：修正系数(0～1)，通常预定为0.4

T_gap：相邻两块板坯到达轧机(R1位置)的实际间隔时间

T_{pre_est}：上一次的预计间隔时间

第四步、按照最小等待时间原则确定下一次抽钢加热炉，并确认计算出的抽钢等待时间；

第五步、待到达确认的抽钢等待时间时，控制下一次抽钢加热炉抽钢。

本发明考虑了轧线轧制速度、板坯在轧线中的位置以及加热炉中板坯燃烧控制等诸多因素，借助计算机进行综合判断、计算，并且不断修整后，给加热炉控制系统发出抽钢指令。加热炉在收到抽钢指令后立即进行抽钢操作，待加热炉抽钢完成后，启动炉后输送辊道，将板坯送到粗轧入口的侧导板处，触发轧线控制进程，从而完成板坯的等间隙生产轧制。

由此可见，本发明通过合理确定下一次抽钢加热炉，并以动态的调整自动趋于等间隙轧制，与有限分类、有级调适的现有技术相比，可以自适应各种复杂环境，无论影响因素由于设备长期使用而如何发生变化，本发明都可以通过不断自动修正，逐渐逼近理想状态，整个过程不需要人工干预，从而提高了轧线组织生产的效率和轧制节奏的稳定性，降低了能耗，减少了因生产组织不合理而影响板卷质量问题。

考虑到以上(4)式中的修正系数G决定着T_gap和T_{pre_est}对T_{rev_est}影响的权重，因此该系数的合理确定对通过动态调整，尽快趋于等间隙轧制具有实际意义，因此本发明进一步的完善是还包括：

第六步、判断相邻两块板坯到达轧机的实际间隔时间T_gap和上一次的预计间隔时间T_{rev_est}的关系，当前者T_gap与后者T_{rev_est}之差大于预定阈值时，调小存储算式中的G值；当后者T_{rev_est}与前者T_gap之差大于预定阈值时，调大存储算式中的G值，否则保持G值不变。

这样，可以通过对加权修正系统G的动态调整确定，合理改变T_gap和T_{rev_est}的对的T_{rev_est}影响，从而使后续抽钢控制过程进一步优化。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明加热炉和轧线位置示意图。图中1是：停止位置；2是：侧导板；3是：机架；4是：辊道；5是：带钢。

图2是本发明加热炉抽钢相对位置示意图。

图3是本发明控制系统结构示意图。

图4是本发明的控制逻辑框图。

图5是本发明轧线等间隙轧制的自动抽钢控制过程流程图。图中A是加热炉装钢侧，B是加热炉出钢侧。

具体实施方式

实施例一

本实施例的加热炉工艺布置如图1所示，受控于计算机控制系统的三座加热炉位于通往轧机3辊道4的一侧，各加热炉分别设有抽钢机动作时间监测传感器，辊道4设有运行速度传感器以及板坯到达轧机侧导板2的时刻传感器。监测传感器以及速度传感器和时刻传感器的信号输出端接计算机控制系统的对应输入端。抽钢时，通过抽钢机把加热后的板坯5从加热炉步进梁上抽出到辊道4。辊道4由多段输出辊道组成，每段单独电机驱动。计算机控制系统如图3所示，由两组计算机系统L1与L2构成，其中L2为过程控制计算机系统，L1为基础自动化系统。L2中包含加热炉子系统、跟踪子系统和模型子系统等，并存储计算下一次可抽钢加热炉对应等待时间的算式。

L2采用双模块进程管理、协同工作的模式，其中一个轧制节奏进程控制模块负责轧制节奏计算，计算出间隙时间值，使相邻两块板坯到达轧机前侧导板处的时间间隔相同；另外一个系统监控进程模块，主要负责不同加热炉自动抽钢的实现。

整个系统运行的主要过程如下(参见图5)：

1、根据轧制计划进行板坯照核，L1控制系统完成加热炉装钢侧的板坯对中控制操作，加热炉接收到装钢命令后，由推钢机将板坯装入加热炉内，加热炉内步进梁运动将炉内板坯向出炉侧托送，L2计算机根据该板坯信息，进行烧钢控制设定，控制烧钢，当达到烧钢温度后，板坯被步进梁托送到出炉侧等待抽钢命令。

2、当加热炉PLC收到抽钢命令后，控制抽钢机将板坯从炉内抽出，抽钢完成后发送抽钢完成信号给L2过程计算机控制系统。每抽出一块板坯，步进梁都会向抽钢侧运动一段距离，以补足上一次抽钢产生的空位，为满足下一次抽钢做好准备。通常加热炉在满炉生产时，装钢操作和抽钢操作是同步的，即加热炉每抽出一块板坯，都应装入一块板坯补空位，否则就会造成加热炉存在空位，耽误生产。当一块板坯从加热炉抽出后，L1会送给L2一个抽钢完成信号，L2收到这个信号后，按以下步骤控制抽钢(参见图4)：

1)、判断此次抽钢加热炉、下一次可抽钢加热炉，以及下一次可抽钢加热炉与上一次抽钢加热炉相对轧机前后位置；

2)、读取下一次可抽钢加热炉监测传感器传来的抽钢机动作时间，以及辊道上速度传感器和时刻传感器传来的辊道运行速度和上次相邻两块板坯到达轧机的实际间隔时间；

3)、调取存储算式，计算下一次可抽钢加热炉对应的等待时间

$T_{\mathrm{table}}=\underset{i=m}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{S_i}{V_i}$ (m＜n)                                                  (1)

T_fur＝T_{rev_est}-T_table-T_proc                         (2)

T_fur＝T_{rev_est}+T_table-T_proc                         (3)

T_{rev_est}＝G×T_gap+(1-G)×T_{pre_est}                   (4)

上式中：算式(2)和(3)根据下一次可抽钢加热炉与上一次抽钢加热炉相对位置选择。不难理解，如图2所示，如判断结果为在前，则选择式(2)，否则选择式(3)

T_table：板坯从第m组辊道运输到第n组辊道所需要的时间

S_i：顺轧线方向第i段辊道的长度

V_i：带钢在顺轧线方向第i段辊道上运行的速度

T_fur：加热炉抽钢等待时间

T_{rev_est}：本次预计相邻两块板坯到达轧机前侧导板的间隔时间

T_proc：加热炉抽钢机动作时间

G：修正系数(0～1)，通常预定为0.4

T_gap：相邻两块板坯到达轧机的实际间隔时间

T_{pre_est}：上一次的预计间隔时间

4)根据最小等待时间原则确定下一次抽钢加热炉，并确认计算出的抽钢等待时间；

5)进行倒计时控制，向加热炉抽钢控制PLC发送抽钢指令，控制抽钢。待到达确认的抽钢等待时间时，控制下一次抽钢加热炉抽钢；

6)判断相邻两块板坯到达轧机的实际间隔时间T_gap和上一次的预计间隔时间T_{rev_est}的关系，当前者Tgap与后者T_{rev_est}之差大于预定阈值时，调小存储算式中的G值；当后者T_{rev_est}与前者T_gap之差大于预定阈值时，调大存储算式中的G值，否则保持G值不变。具体判断运算如下：

a)若T_{pre_est}-T_gap＞ε则G＝G×K_adj

b)若T_{pre_est}-T_gap＜-ε则G＝G÷K_adj

c)若-ε≤T_{pre_est}-T_gap≤ε则G＝G

上式中

K_adj为调节系数，通常取0.7

ε是预测间隔时间和实际间隔时间相差秒数的预定阈值，根据经验，在1至3秒之间确定为宜。

以上运算中，加热炉的抽钢机动作时间T_proc是基本固定的，T_gap初始值可由人工给定，系数G可以预定取值0.5左右。当抽第一块板坯时，T_{rev_est}＝T_{pre_est}＝T_gap，由于每个加热炉抽钢机的抽钢时间T_proc是固定的，因此可以根据第一块板坯在辊道的位置，计算出第二块板的T_table，进而计算出T_fur。

在第二块板坯抽钢完成时，开始计算第三块板坯的抽钢时间T_fur，这时Tp_{re_est}等于上一次的预测值T_{rev_est}，根据实际间隔时间得到当前T_gap，修正计算得到本次的预测值T_{rev_est}，由此计算出T_fur。

此外，每次抽钢控制后，通过对加权修正系统G的动态调整修订，合理改变T_gap和T_{rev_est}的对的T_{rev_est}影响，从而为下一次抽钢控制创造更为合理的条件，使整个抽钢控制过程进一步优化。

表一列出本实施例三座加热炉等待抽钢时间计算列表，给定初始值：T_proc＝60(此处三座加热炉抽钢机型号一样，抽钢动作时间几乎相等)，G取0.4，T_gap＝100，假设第一块板坯从1#加热炉抽钢。从表一可以看出，随着抽钢不断进行，抽钢节奏趋于稳定，轧制节奏稳定在T_gap＝90秒。

由于加热炉系统和轧线系统相对独立，根据轧线的工况确定轧制节奏，选取下一块满足抽钢条件的加热炉，通过计算得到抽钢等待时间。该算法采用有限元差分算法，通过有限元分解算法，计算出板坯在各单元辊道所用时间，到达轧线某一固定位置的时间间隔，进一步具体说明如下：

(1)算式1用于计算板坯从顺轧线方向的第m组辊道运输到第n组辊道所经历的时间。

(2)算式2针对如图2A所示情况：已抽出的板坯在靠近轧线方向，待抽出的板坯位于远离轧线的一侧。此时，加热炉抽钢等待时间T_fur应该为轧制间隔时间减去加热炉抽钢机动作时间T_proc(板坯从加热炉内被举起到放在轧线上的时间)，再减去板坯在两座加热炉间辊道上运输的时间T_table。由于两块板坯经过n到前侧导板位置之间的时间基本一样，不影响它们之间的间隔时间，因此不考虑。

(3)算式3是针对如图2B所示情况：已抽出的板坯在远离轧线一侧，待抽出的板坯在靠近轧线的一侧。由于等待抽出的板坯不能插在已抽出板坯之前，还要多等待一段T_table，因此，加热炉抽钢等待时间T_fur应该为轧制间隔时间减去加热炉抽钢机动作时间T_proc，再加上板坯在两座加热炉间辊道上运输的时间T_table。同样，两块板坯在经过n到前侧导板位置之间的距离所用时间相同，不影响间隔时间。

(4)算式4修正计算轧制间隔时间。T_gap是人工给定的初始时间值，也是轧线初始轧制时的实际节奏时间。第一次计算时，T_gap为画面给定的初始值，如图4所示，T_{Pre_est}＝T_gap，第二次开始，T_gap为轧线的实际节奏时间，T_{pre_est}是上一次的预测值，利用系数G进行加权修正计算，得出本次的预测值T_{rev_est}。轧线现场情况复杂，实际轧制节奏T_gap变大时，预测值T_{rev_est}将自我调整，逐渐变大；从而使轧制节奏逐渐逼近最佳值。

(5)加权修正系统G的确定。修正系统G变化区间(0，1)，根据实测值T_gap和预测值T_{rev_est}的关系，动态调整G的值。当T_gap相比T_{rev_est}偏大时，调大G的值，反之调小G的值，当T_gap相比T_{rev_est}接近时，G保持不变。

表一

抽钢序号	Tgap	Tpre_est	Trev_est	1#加热炉	2#加热炉	3#加热炉
							0.	100	100	100		20	40
1.	98	100	99.2	59.2		19
							2.	97	99.2	98.32	78.32	58.32
3.	95	98.3	96.99		17	37
							4.	94	97	95.80	55.79		16
5.	93	95.8	94.67	74.67	54.67
							6.	92	94.7	93.60		14	34
7.	91	93.6	92.56	52.56		13
							8.	90.5	92.6	91.73	71.73	51.73
9.	90.3	91.7	91.16		11	31
							10.	90.2	91.2	90.77	50.77		11
11.	90.1	90.08	90.50	70.50	50.50
							12.	90	90.5	90.3		10	30
13.	90	90.3	90.18	50.18		10
							14.	90	90.2	90.11	70.1	50.1
15.	90	90.1	90.06		10	30
							16.	90	90.1	90.03	50.03		10
17.	90	90	90.02	70.02	50.02
							18.	90	90	90.01		10	30

实践证明，本实施例通过计算机控制系统不断根据监测信息自学习、自优化，修正抽钢间隔时间，从而实现了自动抽刚控制，大大降低了人工干预程度，有效稳定了轧机轧钢节奏，明显提高了轧机产量。

Claims (3)

1.一种等间隙轧钢控制方法，含有至少两座受控于计算机控制系统、布置在通往轧机轨道一侧的热轧加热炉，所述加热炉设有抽钢机动作时间监测传感器，所述辊道设有运行速度传感器以及板坯到达轧机时刻传感器，所述监测传感器以及速度传感器和时刻传感器的信号输出端接计算机控制系统的对应输入端，所述计算机控制系统待轧机正常运行后的控制步骤如下：

第一步、判断此次抽钢加热炉、下一次可抽钢加热炉，以及下一次可抽钢加热炉与上一次抽钢加热炉相对轧机前后位置；

第二步、读取下一次可抽钢加热炉监测传感器传来的抽钢机动作时间，以及辊道上速度传感器和时刻传感器传来的辊道运行速度和上次相邻两块板坯到达轧机的实际间隔时间；

第三步、调取存储算式，根据下一次可抽钢加热炉与上一次抽钢加热炉相对轧机前后位置确定算式中的“±”号，计算下一次可抽钢加热炉对应的等待时间

$T_{\mathrm{table}}=\underset{i=m}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{S_i}{V_i}$ (m＜n)

T_fur＝T_{rev_est}±T_table-T_proc

T_{rev_est}＝G×T_gap+(1-G)×T_{pre_est}

以上算式中：

T_table：板坯从第m组辊道运输到第n组辊道所需要的时间

S_i：顺轧线方向第i段辊道的长度

V_i：带钢在顺轧线方向第i段辊道上运行的速度

T_fur：加热炉抽钢等待时间

T_{rev_est}：本次预计相邻两块板坯到达轧机前侧导板的间隔时间

T_proc：加热炉抽钢机动作时间

G：修正系数(0～1)，通常预定为0.4

T_gap：相邻两块板坯到达轧机的实际间隔时间

T_{pre_est}：上一次的预计间隔时间

第四步、按照最小等待时间原则确定下一次抽钢加热炉，并确认计算出的抽钢等待时间；

第五步、待到达确认的抽钢等待时间时，控制下一次抽钢加热炉抽钢。

2.根据权利要求1所述的等间隙轧钢控制方法，其特征在于还包括：

第六步、判断相邻两块板坯到达轧机的实际间隔时间(Tgap)和上一次预计间隔时间(Trev_est)的关系；当前者(Tgap)与后者(Trev_est)之差大于预定阈值时，调小存储算式中的修正系数(G)；当后者(Trev_est)与前者(Tgap)之差大于预定阈值时，调大存储算式中的修正系数(G)，否则保持修正系数(G)不变。

3.根据权利要求2所述的等间隙轧钢控制方法，其特征在于：所述修正系数G判断运算过程如下：

a)若T_{pre_est}-T_gap＞ε则G＝G×K_adj

b)若T_{pre_est}-T_gap＜-ε则G＝G÷K_adj

c)若-ε≤T_{pre_est}-T_gap≤ε则G＝G

上式中

K_adj为调节系数，取0.7

ε是预测间隔时间和实际间隔时间相差秒数的预定阈值，在1至3秒之间确定。

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