CN105522002A - 一种冷轧厚度自动控制方法 - Google Patents

Abstract

一种冷轧厚度自动控制方法，其包括如下步骤：1)获取带钢的厚度偏差信号，对实测的厚度数据进行滑动平均处理，得到平滑的实测厚度信号，该实测厚度信号为带钢中心位置的厚度值；用实测厚度信号减去目标厚度，得到厚度偏差信号，单位，mm；2)计算厚度控制的增益系数；3)厚控的稳定性指标计算：4)计算压下机构的调整量，通过以上厚度自动控制方法得到执行机构的调整量，修正执行机构的设定值，从而达到调节带钢实际厚度的目的。本发明可确保整个钢卷长度方向上成品带钢厚度的一致性，对提高带钢成材率以及保证轧制过程的稳定性和可靠性具有积极意义。

Description

一种冷轧厚度自动控制方法

技术领域

本发明涉及板带冷轧技术，特别涉及一种冷轧厚度自动控制方法。

背景技术

厚度是冷轧带钢最重要的质量指标之一。冷轧带钢的厚度直接影响到汽车、家电、仪表、食品包装等下游行业的收得率和生产成本，而且对冲压加工时材料的断裂、模具的损失及加工部件的强度也有严重影响。因此，在冷轧生产中采用厚度自动控制技术，从而提高带钢厚度精度。

冷轧厚度自动控制原理为：首先，根据测量到的厚度实际值信号得到厚度偏差，然后，厚度偏差乘以增益系数，得到冷轧轧机压下机构调整量，最后，压下机构动作，从而达到消除厚度偏差的目的。其中，厚度自动控制的增益系数决定了冷轧轧机压下机构消除厚度偏差的动态效果。

现有的冷轧厚度自动控制方法采用在线试验的方法或者保守原则将厚度自动控制的增益系数设置为某一常数。该增益系数的设定可以保证轧制过程的稳定性，但是不能获得最佳的边缘降控制效果。由于上述原因，本发明给出了一种冷轧厚度自动控制方法。针对在冷轧厚度自动控制过程中既要保证轧制过程的稳定性又要保证整个钢卷长度方向上成品带钢厚度精度，提出了一种按照稳定性指标在线优化厚度自动控制增益系数的方法。

现有的冷轧厚度自动控制方法：

1.将测量到的厚度实际值信号减去厚度目标值，得到厚度偏差；

2.将厚度偏差乘以厚控增益系数，该增益系数为常数，从而得到冷轧轧机压下设备的调整量；

3.将压下调整量输出到轧机控制单元，改变冷轧轧机出口带钢厚度大小。

现有冷轧轧机厚度自动控制方法的具体计算流程如图1所示。

厚度自动控制调试工程师根据经验或者采用试验的方法整定出厚度控制增益系数，增益系数的整定优先保证冷轧机在轧制过程中的稳定性，不会引起带钢跑偏、断带，但是，容易造成厚度自动控制的动态效果欠佳，从而降低整个钢卷长度方向上成品带钢的厚度精度。因此，厚度自动控制的关键在于如何整定系统的增益系数，使之既满足轧制稳定性的要求，又能达到理想的动态控制效果，从而提高整个钢卷长度方向上成品带钢的厚度精度。

发明内容

本发明的目的在于提出一种冷轧厚度自动控制方法，确保整个钢卷长度方向上成品带钢厚度的一致性，对提高带钢成材率以及保证轧制过程的稳定性和可靠性具有积极意义。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明按照稳定性指标在线优化厚度自动控制增益系数的方法，将增益系数设为与稳定性指标成正比。稳定性指标设定为一定取值范围，该取值范围能够保证冷轧机轧制稳定。其中，稳定性指标数值越大，系统的稳定性越差，但是，厚度控制的动态响应越快。当厚度偏差过大或者厚度偏差有增加趋势，增大稳定性指标数值，从而能够做到快速消除厚度偏差；当厚度偏差较低或者厚度偏差有降低趋势，降低稳定性指标数值，从而将厚度偏差稳定地控制在允许范围内。采用本发明的自动控制方法，既保证冷轧轧机轧制稳定，又提高了带钢的厚度精度。本发明的方法与现有方法的区别主要在于本发明中的增益系数随着厚度偏差的变化进行在线优化，而现有方法中的增益系数是常数，与厚度偏差无关。

针对冷轧轧机厚度自动控制增益系数的整定欠佳，本发明提出了基于稳定性指标的冷轧轧机厚度自动控制方法。

本发明的一种冷轧厚度自动控制方法，其包括如下步骤：

(1)获取带钢的厚度偏差信号

对实测的厚度数据进行滑动平均处理，得到平滑的实测厚度信号，该实测厚度信号为带钢中心位置的厚度值；用实测厚度信号减去目标厚度，得到厚度偏差信号，单位，mm。

(2)计算厚度控制的增益系数

厚控增益系数k由下式计算得到

k＝k₀λ(h)(1)

上式中，k₀－厚控基本增益系数；

λ()－厚控稳定性指标，取值范围[λ_minλ_max]；

h－厚度偏差大小，单位，mm；

稳定性指标反映厚控自动控制系统的稳定性，数值越大系统越不稳定。

其中，参数λ_min，λ_max按照自动控制原理基于以下原则进行确定：

λ_min的倒数等于压下机构的厚度调控能力的2.5倍；

λ_max的倒数等于压下机构的厚度调控能力的1.5倍；

压下机构的厚度调控能力的含义：当压下机构变化1.0mm时，厚度偏差的变化量大小。

基本增益系数的计算由下式得到

$k_0=\frac{T}{\mathrm{\τ}}---\left(2\right)$

上式中，T－厚度控制周期，单位：s；说明：每隔一段时间厚控程序进行计算，这段时间称为控制周期。

τ－厚度测量滞后时间，单位：s；说明：从压下机构动作变化后的时刻到测厚仪能够检测到厚度变化的时刻的这段时间为厚控测量滞后时间。

其中， $\mathrm{\τ}=\frac{l}{v}+t_s---\left(3\right)$

公式(3)中，l－冷轧轧机到测厚仪的水平距离，单位：m；

v－带钢的运动速度，单位：m/s；

t_s－测厚仪的响应时间，单位，s；

(3)厚控的稳定性指标计算：

$\mathrm{\λ}\left(h\right)={\mathrm{\λ}}_{\min }+|\mathrm{\β}\frac{h}{h_m}+\mathrm{\γ}\frac{\mathrm{\Δh}}{\mathrm{\Δ}{h}_m}|({\mathrm{\λ}}_{\max }-{\mathrm{\λ}}_{\min })---\left(4\right)$

上式中，Δh－厚度偏差变化量，即当前控制周期的厚度偏差减去上一控制周期的厚度偏差，单位，mm；

β、γ－分别为厚度偏差的加权系数、厚度偏差变化量的加权系数，β>0；γ>0，β+γ＝1.0；

h_m－厚度偏差的取值范围，单位，mm，h_m>0；

Δh_m－厚度偏差变化量的取值范围，单位，mm，Δh_m>0；

其中，当h>h_m，h＝h_m；当h<-h_m，h＝-h_m；

当Δh>Δh_m，Δh＝Δh_m；当Δh<-Δhm，Δh＝-Δh_m；

加权系数β、γ的确定方法按照如下原则：厚度偏差的加权系数β大于厚度偏差变化量的加权系数γ。在实际应用中，可以考虑β取0.8，γ取0.2。

(4)计算压下机构的调整量(单位，mm)，

ΔS＝kh(5)

通过以上厚度自动控制方法得到执行机构的调整量，修正执行机构的设定值，从而达到调节带钢实际厚度的目的。

本发明的有益效果：

本发明提出的厚度自动控制方法对于确保整个钢卷长度方向上成品带钢厚度的一致性，对提高带钢成材率以及保证轧制过程的稳定性和可靠性具有积极意义。

附图说明

图1为现有冷轧机厚度自动控制方法的计算流程图。

图2为本发明冷轧厚度自动控制系统的示意图。

图3为本发明的厚度自动控制方法计算流程图。

具体实施方式

为说明本技术发明的具体应用方式，下面给出本技术的实施例。

参见图2、图3，本发明冷轧轧机厚度自动控制系统包括机械设备(测厚仪1、冷轧轧机2)和电气设备(轧机控制PLC3、厚度控制器4、厚度测量计算机5)。其中，带钢厚度的测量由测厚仪1完成，测厚仪1将转换后的电信号发送到厚度测量计算机5，厚度测量计算机5将电信号转换为实际厚度值。带钢厚度的调控由冷轧轧机2的压下机构6完成。

首先，厚度控制器4的厚度自动控制程序每隔一定控制周期，从厚度测量计算机5接收带钢实际厚度信号，根据实际厚度信号和保存在厚度控制器4中的厚度设定值，得到厚度偏差。然后，根据厚度偏差，通过厚度自动控制算法得到冷轧轧机压下机构6的调整量。最后，如果冷轧轧机状态正常，将计算后的压下机构6的调整节量发送到轧机控制PLC3中。

在某冷轧轧机上应用了该厚度自动控制技术。冷轧轧机类型为6辊轧机。冷轧轧机与测厚仪的水平距离为2.8m。带钢的最大速度为800m/min。

在厚度自动控制投入运行前，首先测试压下机构的厚度调控能力，得到稳定性指标取值范围：

${\mathrm{\&lambda;}}_{\min }=\frac{1}{0.5*2.5}=0.8,{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }=\frac{1}{0.5*1.5}=1.333$

将目标厚度以及稳定性指标取值范围λ_min，λ_max存储于厚度控制器上的数据库中。

在以上基础上，厚度自动控制程序按照控制周期(T＝0.1s)进行如下计算。

实施例1

从厚度测量计算机接收实际厚度信号，对实测的厚度信号进行滑动平均处理，得到平滑的实测厚度数据。将实测的厚度数据减去目标厚度，这时得到的厚度偏差：h＝0.05mm，保存厚度偏差h，在下一控制周期使用。

计算基本增益系数，这时带钢的速度为600m/min，即10m/s，那么

$k_0=\frac{T}{\mathrm{\&tau;}}=\frac{0.1}{\frac{2.8}{10}+0.01}=0.345.$

考虑到在实际冷轧轧机中的厚度测量结果，h_m＝0.5mm，Δh_m＝0.1mm。

计算厚度控制的稳定性指标，提取上一控制周期保存的厚度偏差h＝0.0mm，那么Δh＝0.05mm，得到

$\mathrm{\&lambda;}\left(h\right)={\mathrm{\&lambda;}}_{\min }+|\mathrm{\&beta;}\frac{h}{h_m}+\mathrm{\&gamma;}\frac{\mathrm{\&Delta;h}}{\mathrm{\&Delta;}{h}_m}|({\mathrm{\&lambda;}}_{\max }-{\mathrm{\&lambda;}}_{\min })=0.8+|0.8\&times;\frac{0.05}{0.5}+0.2\&times;\frac{0.05}{0.1}|(1.333-0.8)=0.896$

根据上述计算结果，得到厚度自动控制的增益系数，

k＝k₀λ(h)＝0.345×0.896＝0.309

按照公式ΔS＝kh＝0.309×0.05＝0.015mm，计算出压下机构的调整量为0.015mm，修正压下机构的设定值。

将压下机构的调整量下发给冷轧轧机控制进行执行。

下一个控制周期，重复上述过程。

实施例2

从厚度测量计算机接收实际厚度信号，对实测的厚度信号进行滑动平均处理，得到平滑的实测厚度数据。将实测的厚度数据减去目标厚度，这时得到的厚度偏差：h＝0.02mm，保存厚度偏差h，在下一控制周期使用。

计算基本增益系数，这时带钢的速度为600m/min，即10m/s，那么

$k_0=\frac{T}{\mathrm{\&tau;}}=\frac{0.1}{\frac{2.8}{10}+0.01}=0.345.$

考虑到在实际冷轧轧机中的厚度测量结果，h_m＝0.5mm，Δh_m＝0.1mm。

计算厚控的稳定性指标，提取上一控制周期保存的厚度偏差h＝0.05mm，那么Δh＝-0.03mm，得到：

$\mathrm{\&lambda;}\left(h\right)={\mathrm{\&lambda;}}_{\min }+|\mathrm{\&beta;}\frac{h}{h_m}+\mathrm{\&gamma;}\frac{\mathrm{\&Delta;h}}{\mathrm{\&Delta;}{h}_m}|({\mathrm{\&lambda;}}_{\max }-{\mathrm{\&lambda;}}_{\min })=0.8+|0.8\&times;\frac{0.02}{0.5}+0.2\&times;\frac{-0.03}{0.1}|(1.333-0.8)=0.815$

根据上述计算结果，得到厚度自动控制的增益系数：

k＝k₀λ(h)＝0.345×0.815＝0.281

按照公式ΔS＝kh＝0.281×0.02＝0.0056mm，计算出压下机构的调整量为0.0056mm，修正压下机构的设定值。

将压下机构的调整量下发给冷轧轧机控制进行执行。

下一个控制周期，重复上述过程。

本发明首先获取厚度偏差大小，然后，根据厚度偏差得到稳定性指标的大小，从而计算出厚度控制增益系数，最后，厚度偏差乘以厚度控制增益系数，得到压下机构的调整量。

本发明厚度自动控制方法基于稳定性指标在线优化厚度自动控制的增益系数。该方法在近年来现有的冷轧轧机自动控制系统基础上可以方便地进行推广和改造，对于确保整个钢卷长度方向上出口带钢厚度质量，提高带钢成材率保证轧制过程的稳定性和可靠性具有良好应用前景。

Claims (1)

1.一种冷轧厚度自动控制方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)获取带钢的厚度偏差信号

对实测的厚度数据进行滑动平均处理，得到平滑的实测厚度信号，该实测厚度信号为带钢中心位置的厚度值；用实测厚度信号减去目标厚度，得到厚度偏差信号，单位，mm；

(2)计算厚度控制的增益系数

厚度控制增益系数k由下式计算得到

k＝k₀λ(h)(1)

上式中，k₀－厚控基本增益系数；

λ()－厚控稳定性指标，取值范围[λ_minλ_max]；

h－厚度偏差大小，单位，mm；

其中，参数λ_min，λ_max按照自动控制原理基于以下原则进行确定：

λ_min的倒数等于压下机构的厚度调控能力的2.5倍；

λ_max的倒数等于压下机构的厚度调控能力的1.5倍；

厚控基本增益系数的计算由下式得到

$k_0=\frac{T}{\mathrm{\&tau;}}---\left(2\right)$

上式中，T－厚度控制周期，单位：s；说明：每隔一段时间厚控程序进行计算，这段时间称为控制周期；

τ－厚度测量滞后时间，单位：s；说明：从压下机构动作变化后的时刻到测厚仪能够检测到厚度变化的时刻的这段时间为厚控测量滞后时间；

其中， $\mathrm{\&tau;}=\frac{l}{v}+t_s---\left(3\right)$

其中，l－冷轧轧机到测厚仪的水平距离，单位：m；

v－带钢的运动速度，单位：m/s；

t_s－测厚仪的响应时间，单位，s；

(3)厚控的稳定性指标计算：

$\mathrm{\&lambda;}\left(h\right)={\mathrm{\&lambda;}}_{\min }+|\mathrm{\&beta;}\frac{h}{h_m}+\mathrm{\&gamma;}\frac{\mathrm{\&Delta;h}}{{\mathrm{\&Delta;h}}_m}|({\mathrm{\&lambda;}}_{\max }-{\mathrm{\&lambda;}}_{\min })---\left(4\right)$

上式中，Δh－厚度偏差变化量，即当前控制周期的厚度偏差减去上一控制周期的厚度偏差，单位，mm；

β、γ－分别为厚度偏差的加权系数、厚度偏差变化量的加权系数，β>0；γ>0，β+γ＝1.0；

h_m－厚度偏差的取值范围，单位，mm，h_m>0；

Δh_m－厚度偏差变化量的取值范围，单位，mm，Δh_m>0；

其中，当h>h_m，h＝h_m；当h<-h_m，h＝-h_m；

当Δh>Δh_m，Δh＝Δh_m；当Δh<-Δh_m，Δh＝-Δh_m；

(4)计算压下机构的调整量，单位，mm；

ΔS＝kh(5)

通过以上厚度自动控制方法得到执行机构的调整量，修正执行机构的设定值，从而达到调节带钢实际厚度的目的。