CN105583236A - 冷轧带钢塑性系数的在线获取方法 - Google Patents

冷轧带钢塑性系数的在线获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种冷轧带钢塑性系数的在线获取方法,包括以下步骤:测量入口带钢厚度实际值、出口带钢厚度实际值,根据所测数据,结合入口带钢厚度设定值、出口带钢厚度设定值计算压下量;根据出口带钢的速度实际值计算速度补偿因子,并用速度补偿因子修正轧制力,利用压下量与修正后的轧制力初步计算带钢塑性系数值;根据带钢实际宽度对塑性系数初步值进行补偿并加以平滑处理。本发明采用PLC在线实时计算带钢塑性系数,且考虑了轧机出口速度和带钢实际宽度对塑性系数的影响并加以补偿,可较大程度地提高塑性系数的计算精度,从而可提高轧机厚度控制的性能指标。

Description

冷轧带钢塑性系数的在线获取方法
技术领域
本发明涉及冷轧带钢生产技术领域,特别是涉及一种冷轧带钢塑性系数的在线获取方法。
背景技术
目前,在冷轧机控制系统中普遍采用厚度自动控制系统,简称AGC,AGC中可包含多种控制方式,例如某单机架可逆冷轧机的AGC系统包含前馈、秒流量、监视三种控制方式,这三种方式的AGC辊缝调节量计算公式为:
前馈AGC: ΔS F F = - K Q K M × Δ H
秒流量AGC: ΔS M F = P I ( - K M + K Q K M × Δh M F )
监视AGC: ΔS M O = I C ( - K M + K Q K M × Δh M O )
式中,ΔSFF、ΔSMF和ΔSMO分别为前馈、秒流量和监视AGC的辊缝调节量,ΔH为入口厚差,ΔhMF为秒流量计算出口厚差,ΔhMO为监视出口厚差,PI和IC分别表示比例积分控制器和积分控制器,KM为轧机刚度系数,KQ为带钢塑性系数。
从上面公式可知,轧机刚度系数KM和带钢塑性系数KQ为计算AGC调节量的重要参数,直接影响厚度控制的精度和性能。其中轧机刚度可由轧机试车阶段的刚度测试得到,而带钢的塑性系数通常是由过程控制计算机通过内部模型计算得到。一般来说,过程控制计算机每个道次计算出一个固定的塑性系数发送给厚度控制程序,而采用这种方法有以下缺点:
1.受首尾温差、前期处理、冷却条件波动等外界因素的影响,带钢的实际塑性系数是一个不断变化的量,一个道次计算一个塑性系数势必造成厚度误差的增大。
2.过程控制计算机受内部模型的精度限制,计算出来的塑性系数同实际值误差较大。
3.当过程控制计算机故障或停机时,厚度控制程序只能采用一个默认的塑性系数。
另外,轧机轧制过程中存在多次加减速的过程,在轧机速度变化时,对轧制力也会造成一定的影响。一般来说,如果保持恒定的轧制力,随着轧制速度的增大,则出口带钢厚度会变薄,直到速度升高到一定的程度,出口厚度不再变薄。其内部的机理是随着速度变化带来的摩擦力变化,低速时摩擦力较大,高速时摩擦力减小,等速度升高到一定值,摩擦力就不再减小了。由于力的相互作用,摩擦力的变化影响了轧制力,进而影响带钢的厚度。因此,在计算塑性系数时需要依据轧机的出口速度对轧制力进行补偿。
并且带钢的实际宽度也会对带钢的塑性系数产生影响,需要对塑性系数进行宽度补偿,带钢的宽度越大则补偿后的塑性系数越大,反之则越小。
发明内容
本发明提供了一种冷轧带钢塑性系数的在线获取方法,以至少解决相关技术中环境因素、带钢速度、带钢宽度多种因素导致的带钢塑性系数的变化,从而解决带钢厚度误差大的问题。
根据本发明的一个方面,提供了一种冷轧带钢塑性系数的在线获取方法,包括以下步骤:测量入口带钢厚度实际值、出口带钢厚度实际值,根据所测数据,结合入口带钢厚度设定值、出口带钢厚度设定值计算压下量;根据出口带钢的速度实际值计算速度补偿因子,并用所述速度补偿因子修正轧制力,利用压下量与修正后的轧制力来计算带钢塑性系数值。
优选地,计算所述带钢塑性系数值的步骤进一步包括:测量带钢实际宽度值,并由所测的实际宽度值对所述带钢塑性系数值进行补偿及平滑处理。
优选地,根据入口和出口带钢厚度实际值及设定值计算压下量的公式为:
R ( n ) = [ H s e t ( n ) - h s e t ( n ) ] + ΔH d e l ( n ) - Δh M ‾ ( n )
其中,n是当前采样时刻;
R(n)是压下量;
Hset(n)是入口带钢厚度设定值;
hset(n)是出口带钢厚度设定值;
ΔHdel(n)表示入口带钢厚度实际值与入口带钢厚度设定值的差值,且该差值延时参与计算;
出口带钢厚度差值的平均值。
优选地,计算入口带钢厚度差值的公式为:
ΔHdel(n)=DEL(Hact(n)-Hset(n))
其中,n是当前采样时刻;
ΔHdel(n)表示入口带钢厚度实际值与入口带钢厚度设定值的差值,且该差值延时参与计算;
Hact(n)是入口测厚仪测量的带钢厚度实际值;
Hset(n)是入口厚度设定值;
DEL为延时功能块,该功能块将入口厚度差值延时一段时间后参与计算其中,延时时间为:
T d e l = L e n t r y V e n t r y
其中,Lentry是入口测厚仪到轧机辊缝的距离;
Ventry为带钢的入口速度实际值。
优选地,计算出口带钢厚度差值的平均值的公式为:
Δh M ‾ ( n ) = Σ i = 0 m - 1 [ h a c t ( n - i ) - h s e t ( n - i ) ] m
其中,n是当前采样时刻;
m≤5;
hact(n)是出口带钢厚度实际值;
hset(n)是出口带钢厚度设定值。
优选地,对带钢塑性系数值进行平滑处理的步骤包括:使用一阶滞后环节对宽度补偿后的带钢塑性系数值进行平滑处理。
优选地,计算速度补偿因子的步骤为:轧制过程中将轧制力设置为定值,选取出口带钢的q个速度档,并记录下每档速度对应的出口带钢厚度实际值;用每一个速度档对应的出口带钢厚度实际值减去最高档速度对应的出口带钢厚度实际值,再除以所述最高档速度对应的出口带钢厚度实际值,得到q个速度补偿因子。
优选地,依据所述速度补偿因子计算速度补偿后的轧制力的步骤为:根据出口带钢速度实际值,选择所述速度补偿因子,计算轧制力的实际值,并采用一阶滞后环节进行平滑处理。
优选地,根据出口带钢速度实际值,选择所述速度补偿因子的步骤为:若出口带钢速度实际值位于两个速度档之间,则利用所述两个速度档对应的速度补偿因子采用线性插值的方法来计算出口带钢速度实际值对应的速度补偿因子;若出口带钢速度实际值达到或超过最高档速度,则所述速度补偿因子取值为零。
优选地,利用带钢塑性系数值计算厚度控制调节量,由所述厚度控制调节量调节带钢轧制厚度。
通过本发明,解决了外部环境、宽度、速度因子等对带钢塑性系数的影响,缩短塑性系数计算间隔,进而解决了带钢厚度误差大的问题。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述,本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是根据本发明实施例的冷轧带钢塑性系数在线获取方法的流程图一;
图2是根据本发明实施例的冷轧带钢塑性系数在线获取方法的流程图二;
图3是根据本发明实施例的带钢压下量的计算流程图;
图4是根据本发明实施例的由速度因子补偿的带钢塑性系数值的计算流程图;
图5是根据本发明实施例的由宽度补偿的带钢塑性系数值的计算流程图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的冷轧带钢塑性系数的在线获取方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此,附图和描述在本质上是说明性的,而不是用于限制权利要求的保护范围。此外,在本说明书中,附图未按比例画出,并且相同的附图标记表示相同的部分。
根据本发明的一个方面,提供一种冷轧带钢塑性系数的在线获取方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤S10测量入口带钢厚度实际值、出口带钢厚度实际值,根据所测数据,结合入口带钢厚度设定值、出口带钢厚度设定值计算压下量;
步骤S20根据出口带钢的速度实际值计算速度补偿因子,并用速度补偿因子修正轧制力,利用压下量与修正后的轧制力来计算带钢塑性系数值。
由于入口测厚仪同出口测厚仪之间有一定的距离,当前时刻采样得到的入出口厚度值在时间上不同步,不能直接用来计算压下量。因此将入口测量厚度做了延时处理,延时带钢从入口测厚仪运行到轧机辊缝处所需的时间后再进行计算,同时考虑到测量过程中的随机干扰问题,对出口测量厚度做了平均处理。当前时刻的带钢塑性系数是利用延时到轧机辊缝处的入口厚度进行计算的。
其中,步骤S10通过在轧机入口和出口安装测厚仪,通过检测带钢在入口的厚度实际值,并以带钢移动到辊缝处的时刻为当前时刻,检测当前时刻的出口带钢厚度值,并结合带钢厚度设定值,计算得到压下量。
其中,步骤S20首先获得多个速度档位对应的速度补偿因子,并根据当前时刻的出口带钢实际速度值,选取速度补偿因子。依据选取的速度补偿因子计算当前时刻的轧制力值,利用压下量与修正后的轧制力来计算带钢塑性系数值,并用一阶滞后环节对其进行平滑处理。
通过上述冷轧带钢塑性系数的在线获取方法,采用仪表测量带钢的实际数据,结合设定值,详细考虑了轧机出口速度对塑性系数的影响,可进一步提高带钢塑性系数的计算精度,解决了塑性系数计算间隔长、塑性系数误差大、二级计算机故障停机只能采用默认值等问题,进而可提高轧机厚度控制的性能。
在一个可选实施例中,计算带钢塑性系数值的步骤还包括:
如图2所示,步骤S30是测量带钢实际宽度值,并依据带钢实际宽度值计算宽度补偿后的塑性系数,采用一阶滞后环节对其进行平滑处理,得到带钢塑性系数值。
轧制过程中,轧机入口测厚仪采集入口带钢厚度值,由于入口测厚仪距离轧机辊缝处有一段距离,而厚度控制程序需要根据辊缝处的带钢塑性系数计算厚度调节量,进而控制辊缝参数。需要将入口厚度差值延时参与计算,得到带钢运行到辊缝处时刻的塑性系数,最后用以计算带钢厚度控制调节量。
如图3所示,根据入口和出口带钢厚度实际值计算压下量的步骤包括:
步骤S102,轧机入口测厚仪测量入口带钢厚度实际值,并根据入口带钢厚度设定值,计算出入口带钢厚度差值。测量入口带钢速度实际值,根据测厚仪到辊缝的距离,得到带钢从入口到辊缝的延时时间,并将入口带钢厚度差值延时参与计算。
步骤S104,在测量入口带钢厚度实际值的同时,轧机出口测厚仪测量的出口厚度实际值,跟出口厚度设定值比较,得到出口厚度差值实际值,求取当前采样时刻与若干次前面采样时刻的出口厚度差值的平均值。
步骤S106,根据入口带钢厚度差值和出口厚度差值平均值,求取压下量。
在一个可选实施例中,根据入口和出口带钢厚度实际值及设定值计算压下量的公式为:
R ( n ) = [ H s e t ( n ) - h s e t ( n ) ] + ΔH d e l ( n ) - Δh M ‾ ( n )
其中,n是当前采样时刻;
R(n)是压下量;
Hset(n)是入口带钢厚度设定值;
hset(n)是出口带钢厚度设定值;
ΔHdel(n)表示入口带钢厚度实际值与入口带钢厚度设定值的差值,且该差值延时参与计算;
出口带钢厚度差值的平均值。
在一个可选实施例中,计算入口带钢厚度差值的公式为:
ΔHdel(n)=DEL(Hact(n)-Hset(n))
其中,n是当前采样时刻;
ΔHdel(n)表示入口带钢厚度实际值与入口带钢厚度设定值的差值,且该差值延时参与计算;
Hact(n)是入口测厚仪测量的带钢厚度实际值;
Hset(n)是入口厚度设定值;
DEL为延时功能块,该功能块将入口厚度差值延时一段时间后参与计算其中,延时时间为:
T d e l = L e n t r y V e n t r y
其中,Lentry是入口测厚仪到轧机辊缝的距离;
Ventry为带钢的入口速度实际值。
在一个可选实施例中,计算出口带钢厚度差值的平均值的公式为:
Δh M ‾ ( n ) = Σ i = 0 m - 1 [ h a c t ( n - i ) - h s e t ( n - i ) ] m
其中,n是当前采样时刻;
m≤5;
hact(n)是出口带钢厚度实际值;
hset(n)是出口带钢厚度设定值。
轧制过程中,轧机出口侧测厚仪测量的出口厚度实际值减去出口厚度设定值得到出口厚差的实际值,取当前采样时刻与若干次前面采样时刻的出口厚差实际值求和,然后求取其平均值。例如在本实施例中,取最近的4个采样时刻的出口厚差实际值并求取其平均值,计算公式如下:
Δh M ‾ ( n ) = Σ i = 0 3 [ h a c t ( n - i ) - h s e t ( n - i ) ] 4 .
如图4所示,步骤S20还包括步骤S202根据出口带钢的速度实际值计算速度补偿因子;步骤S204用速度补偿因子修正轧制力;步骤S206利用压下量与修正后的轧制力来计算带钢塑性系数值。
在一个可选实施例中,步骤S202具体为:
在轧机试车阶段,挑选典型规格的原料带钢进行轧制,轧制过程中控制轧制力为定值F0。当轧机从起车到最高速的过程中,选取q档速度,记录下每档速度时的出口带钢厚度值,这样共得到q个出口带钢厚度值。
依次用每一个速度档对应的带钢厚度值减去最高速度档对应的带钢厚度值,再除以最高速度档对应的带钢厚度值,得到速度补偿因子值:
S F ( i ) = h t ( i ) - h t ( q ) h t ( q ) 1 ≤ i ≤ q
其中,ht(i)是各速度档对应的带钢厚度值,ht(q)是最高档速度对应的带钢厚度值,SF(i)为速度补偿因子。
速度补偿因子随出口速度增大而逐渐减小,当速度为0时取最大值,而当速度达到和超过最高档速度的时候,速度补偿因子为零。在一个可选实施例中,当轧机出口速度实际值位于两个速度档之间时,速度补偿因子采用线性插值的方法计算。
例如,轧机的出口速度范围为0~16.5m/s,选取6档速度值,分别为[0.0、1.0、2.0、3.8、6.5、12.0]m/s。记录下这6档速度时的出口厚度值,共6个厚度值,记为ht(1)~ht(6),然后按下式计算这6档速度下的速度补偿因子值:
S F ( i ) = h t ( i ) - h t ( 6 ) h t ( 6 ) 1 ≤ i ≤ 6
若当前时刻出口带钢速度实际值处于第3档和第4档速度之间时,则其对应的速度补偿因子取值为:
SF V = S F ( 3 ) + [ S F ( 4 ) - S F ( 3 ) ] × ( V a c t - V 3 ) ( V 4 - V 3 )
式中,Vact为轧机出口处的带钢速度实际值,V3和V4分别为测试中选取的第3档和第4档速度值,SFv是带钢速度实际值对应的速度补偿因子。
在一个可选实施例中,步骤204具体为:
由速度补偿因子,得到当前时刻轧制力的实际值,并采用一阶滞后环节平滑处理。
按下式计算经速度补偿后的轧制力:
Fas(n)=PT1[Fact(n)-Fas(n-1)×SFV]
式中,Fas(n)和Fas(n-1)分别为当前时刻和上一时刻的补偿后轧制力值,最初时刻的轧制力值为0,Fact(n)为当前时刻的轧制力的实际值,PT1为一阶滞后环节,起平滑输入值的作用。其中,PT1的离散表达式为:
Y ( n ) = Y ( n - 1 ) + T S T A × ( X ( n ) - X ( n - 1 ) )
式中,Y(n)和Y(n-1)分别为PT1环节当前时刻和上一时刻的输出值,X(n)和X(n-1)分别为PT1环节当前时刻和上一时刻的输入值,TS为PLC控制器的采样时间,在本实施例中为TS=2ms,TA为PT1环节的平滑时间常数,取值越大则曲线变化得越平滑,在本实施例中选取TA=5000ms。
步骤S206,依据补偿后轧制力和压下量初步计算带钢塑性系数。
按下式计算当前时刻的带钢塑性系数值:
K Q , I n i ( n ) = F a s ( n ) R ( n ) × 2.0
式中,KQ,Ini(n)为当前时刻的塑性系数值,单位为MN/mm。
如图5所示,步骤S30包括步骤S302测量带钢实际宽度值,依据带钢实际宽度值对塑性系数值进行补偿;步骤S304用一阶滞后环节对宽度补偿后的塑性系数值进行平滑处理。
在一个可选实施例中,由所测宽度数据对塑性系数值进行补偿及平滑处理的步骤具体包括:
步骤S302,测量带钢实际宽度值,依据带钢实际宽度值对塑性系数值进行补偿。按下式计算经宽度补偿后的带钢塑性系数值:
K Q , a w ( n ) = K Q , I n i ( n ) × W s t r i p W s t r i p + 25 · K Q , I n i ( n )
式中,Wstrip为带钢实际宽度,单位为mm;
KQIni(n)为当前时刻的塑性系数初步值;
KQaw(n)为宽度补偿后的当前时刻的带钢塑性系数值。
步骤S304,为防止计算的塑性系数值波动太大,再次使用PT1环节对其进行平滑处理,根据现场实际情况选取一阶滞后环节的平滑时间常数,使用一阶滞后环节对宽度补偿后的塑性系数值进行平滑处理。在本实施例中,PT1环节的平滑时间常数选取为5000ms,
KQ(n)=PT1(KQ,aw(n))
式中,KQ(n)为当前时刻最终的带钢塑性系数值。
在一个可选实施例中,通过在线计算获得的带钢塑性系数值,计算带钢厚度控制调节量,由厚度控制调节量调节带钢轧制厚度。也就是说,将经过速度因子补偿、宽度补偿的塑性系数值发送给轧机厚度控制程序,计算厚度控制调节量,厚度控制程序根据厚度控制调节量调节辊缝的大小,以及辊速等相关参数,通过塑性系数的在线实时计算,能够及时获得带钢的厚度控制调节量,使带钢厚度趋近于设定值。
本发明的冷轧带钢塑性系数的在线获取方法,首先将入口和出口测厚仪测量厚度信号进行处理得到当前时刻的压下量,然后对轧制力信号进行速度补偿,得到补偿后轧制力,根据补偿后轧制力和压下量初步计算一个塑性系数,最后再经过宽度补偿和平滑处理得到最终的塑性系数值,将最终的塑性系数值发送给轧机厚度控制程序,根据厚度控制的调节量控制带钢厚度值。
本发明的有益效果在于:不采用过程控制计算机计算塑性系数,而是直接嵌入在基础自动化级的PLC中运行,在轧制过程中的每个采样周期都循环计算一次带钢塑性系数值,可实时地跟随带钢实际塑性系数值的变化,相比每个道次采用固定的塑性系数的方法,可较大程度地提高塑性系数的精度。并且,在计算过程中,详细考虑了轧机出口速度和带钢实际宽度对塑性系数的影响,并采用了相应的处理方法进行补偿,从而可进一步提高塑性系数的计算精度,最终可提高轧机厚度控制的性能指标。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷轧带钢塑性系数的在线获取方法,其特征在于,包括以下步骤:
测量入口带钢厚度实际值、出口带钢厚度实际值,根据所测数据,结合入口带钢厚度设定值、出口带钢厚度设定值计算压下量;
根据出口带钢的速度实际值计算速度补偿因子,并用所述速度补偿因子修正轧制力,利用压下量与修正后的轧制力来计算带钢塑性系数值。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,计算所述带钢塑性系数值的步骤进一步包括:
测量带钢实际宽度值,并由所测的实际宽度值对所述带钢塑性系数值进行补偿及平滑处理。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据入口和出口带钢厚度实际值及设定值计算压下量的公式为:
R ( n ) = [ H s e t ( n ) - h s e t ( n ) ] + ΔH d e l ( n ) - Δh M ‾ ( n )
其中,n是当前采样时刻;
R(n)是压下量;
Hset(n)是入口带钢厚度设定值;
hset(n)是出口带钢厚度设定值;
ΔHdel(n)是表示入口带钢厚度实际值与入口带钢厚度设定值的差值,且该差值延时参与计算;
出口带钢厚度差值的平均值。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,计算入口带钢厚度差值的公式为:
ΔHdel(n)=DEL(Hact(n)-Hset(n))
其中,n是当前采样时刻;
ΔHdel(n)表示入口带钢厚度实际值与入口带钢厚度设定值的差值,且该差值延时参与计算;
Hact(n)是入口测厚仪测量的带钢厚度实际值;
Hset(n)是入口厚度设定值;
DEL为延时功能块,该功能块将入口厚度差值延时一段时间后参与计算其中,延时时间为:
T d e l = L e n t r y V e n t r y
其中,Lentry是入口测厚仪到轧机辊缝的距离;
Ventry为带钢的入口速度实际值。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,计算出口带钢厚度差值的平均值的公式为:
Δh M ‾ ( n ) = Σ i = 0 m - 1 [ h a c t ( n - i ) - h s e t ( n - i ) ] m
其中,n是当前采样时刻;
m≤5;
hact(n)是出口带钢厚度实际值;
hset(n)是出口带钢厚度设定值。
6.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,对带钢塑性系数值进行平滑处理的步骤包括:
使用一阶滞后环节对宽度补偿后的带钢塑性系数值进行平滑处理。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,计算速度补偿因子的步骤为:
轧制过程中将轧制力设置为定值,选取出口带钢的q个速度档,并记录下每档速度对应的出口带钢厚度实际值;
用每一个速度档对应的出口带钢厚度实际值减去最高档速度对应的出口带钢厚度实际值,再除以所述最高档速度对应的出口带钢厚度实际值,得到q个速度补偿因子。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,依据所述速度补偿因子计算速度补偿后的轧制力的步骤为:
根据出口带钢速度实际值,选择所述速度补偿因子,计算轧制力的实际值,并采用一阶滞后环节进行平滑处理。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,根据出口带钢速度实际值,选择所述速度补偿因子的步骤为:
若出口带钢速度实际值位于两个速度档之间,则利用所述两个速度档对应的速度补偿因子采用线性插值的方法来计算出口带钢速度实际值对应的速度补偿因子;
若出口带钢速度实际值达到或超过最高档速度,则所述速度补偿因子取值为零。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其特征在于,利用带钢塑性系数值计算厚度控制调节量,由所述厚度控制调节量调节带钢轧制厚度。
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