CN105598186B - 一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统及其方法，属于冷轧平坦度自动控制技术领域。本发明沿带钢横向(宽度)方向，将带钢分成操作侧边部区域、传动侧边部区域、操作侧1/4区域、传动侧1/4区域和带钢中部区域，对应分别计算得到带钢操作侧平坦度评价、传动侧平坦度评价、操作侧1/4处平坦度评价、传动侧1/4处平坦度评价和带钢中部平坦度评价。本发明解决了常规的基于带钢横向均值性质的带钢平坦度评价结果不能有效反映带钢的实际平坦度缺陷和分布状况的问题，为带钢平坦度控制提供准确的控制依据，提高了冷轧带钢的平坦度合格率和成材率。

Description

一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统及其方法

技术领域

本发明属于冷轧平坦度自动控制技术领域，特别涉及一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统。

背景技术

冷轧带钢平坦度质量是冷轧生产追求的最重要的质量指标之一，因此冷轧平坦度控制系统是冷轧生产过程中的关键系统。影响冷轧带钢平坦度控制系统高效运行的因素很多，其中冷轧带钢的平坦度评价是平坦度控制系统的关键因素，它决定了冷轧平坦度控制系统的控制目标，也就进一步确定了冷轧平坦度控制系统需要采取什么样的控制手段，以多少的控制量去解决冷轧平坦度评价所反映出来的平坦度缺陷。

但是在实际的冷轧生产过程中却面临着这样一些问题。有些时候，由系统给出的带钢平坦度评价结果反映出带钢平坦度指标很好，合格率满足产品质量控制要求，但是产品在用户使用过程中却出现了各种局部平坦度缺陷。另外一些时候，由系统给出的平坦度评价结果反映出带钢存在平坦度缺陷，但是却无法确定带钢的平坦度缺陷类型等信息，这就导致一方面平坦度控制系统无法确定优化方向，另一方面轧后产线或者用户无法有针对性的采取相应措施。

经过对以上实际冷轧平坦度控制过程中出现问题的分析，可以确定冷轧平坦度评价方法存在问题。传统的冷轧平坦度评价方法如下式所示：

式中：

n：沿带钢长度方向总得平坦度测量数量；

i：沿带钢长度方向的平坦度测量位置编号，i＝1,…,n；

m：带钢在平坦度仪上有效覆盖范围的开始通道编号，m＝1,…,62；

IUA_i：沿带钢长度方向第i个测量位置的平坦度计算值；

IU_ij：沿带钢长度方向第i个测量位置板形仪第j个测量通道的平坦度测量值；

IUref_j：板形仪第j个测量通道的目标平坦度值，本系统令其为0；

b_j：板形仪第j个测量通道的宽度；

从以上传统的带钢平坦度评价方法可以看出，虽然传统方法同样采用了均方差的方法，但是评价范围确涵盖了从带钢在平坦度仪上有效覆盖范围的开始通道到结束通道的所有区域。这样导致的结果就是有些时候局部的带钢平坦度缺陷被平均性质的评价方法隐藏了，而有些时候传统的评价结果虽然能够反映带钢存在平坦度缺陷，但是却不能进一步详细描述缺陷的分布情况。

基于以上常规的基于带钢横向均值性质的带钢平坦度评价方法不能有效反映带钢的实际平坦度缺陷和分布状况的问题，本发明提供了一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统，沿带钢宽度方向分区域进行平坦度评价，为带钢平坦度控制提供准确的控制依据，提高了冷轧带钢的平坦度合格率和成材率。

发明内容

本发明的目的是为了解决常规的基于带钢横向均值性质的带钢平坦度评价方法不能有效反映带钢的实际平坦度缺陷和分布状况的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统，其特征在于基于将带钢沿带钢宽度方向分为不同区域的前提下，采集实际的平坦度实际测量数据，并经过数据预处理和平坦度测量数据的区域识别，计算各区域平坦度计算值，给出各区域的平坦度评价结果，用于实际的平坦度在线控制和轧后工序的平坦度缺陷数据来源。

本发明的一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统，采用沿带钢宽度方向分区域进行平坦度评价的方法，获得有效反映带钢实际平坦度缺陷和分布情况的平坦度评价结果，共包含如下七个功能模块：带钢宽度方向区域划分、平坦度测量数据采集模块、平坦度测量数据预处理模块、平坦度测量数据区域识别模块、各区域平坦度值计算模块、各区域平坦度评价模块、平坦度评价结果应用模块。

(1)在平坦度控制工艺知识指导下，本发明沿带钢宽度方向，将带钢分为5个区域，分别是对应于平坦度边浪的操作侧边部区域、传动侧边部区域；对应于平坦度1/4浪的操作侧1/4区域、传动侧1/4区域；对应于平坦度中浪的带钢中部区域。在区域平坦度描述时，分别用数字1、2、3、4和5标识。此处的操作侧边部区域定义为从带钢操作侧边部到操作侧带钢1/6宽度处，操作侧1/4区域定义为从带钢操作侧带钢1/6宽度处到操作侧带钢1/3宽度处，带钢中部区域定义为从带钢操作侧1/3宽度处到带钢传动侧1/3宽度处，传动侧边部区域定义为从带钢传动侧边部到传动侧带钢1/6宽度处，传动侧1/4区域定义为从带钢传动侧带钢1/6宽度处到传动侧带钢1/3宽度处。

(2)平坦度测量数据采集模块与现场平坦度仪直接通信，实时连续采集平坦度测量结果。在每一个平坦度测量数据采集周期，模块根据带钢跟踪信息，将本次采集到的平坦度测量数据与带钢位置信息和时间信息匹配，并以堆栈的方式存入系统数据缓存区域，当一卷带钢轧制完成后，从缓存区中读取该卷带钢的平坦度测量数据，以钢卷为单位存储实际平坦度测量数据；

(3)平坦度测量数据预处理模块从以钢卷为单位存储的平坦度测量数据文件中读取实际平坦度测量数据，以带钢平坦度控制工艺知识为指导，经过数据预处理，重新构造实际平坦度测量数据，为后面的平坦度横向分布评价提供干净、准确和可靠的数据。完成处理后，将经过处理的实际平坦度测量数据写回到以钢卷为单位的实际平坦度测量数据存储文件中；

(4)平坦度测量数据区域识别模块主要实现两方面工作，一是结合带钢宽度计算带钢在平坦度仪上的有效覆盖范围；二是分别计算操作侧边部区域、传动侧边部区域、操作侧1/4区域、传动侧1/4区域和带钢中部区域的开始和结束的位置；

(5)各区域平坦度值计算模块根据平坦度测量数据区域识别模块所计算得出的带钢横向各区域的开始和结束位置，利用各区域所包含的平坦度测量通道测量值，采用均方差的方法计算各区域在每个平坦度仪测量位置的平坦度值，作为各区域的平坦度评价依据；

(6)各区域平坦度评价模块根据各区域平坦度值计算模块所计算出来的板形仪每个测量位置的各区域的平坦度计算值，依据在平坦度控制工艺指导下给出的评价阈值，对各区域在整个带钢长度方向的平坦度状况进行量化评价；

(7)平坦度评价结果应用模块根据各区域平坦度评价模块计算得到的能够直观反映带钢平坦度状况的各区域平坦度评价结果，在平坦度控制工艺知识指导下，既可以对平坦度在线控制提出有针对性的控制优化措施，也可以为轧后产线的生产提供详细的原料平坦度质量状况信息。

所述平坦度测量数据采集模块中的平坦度测量数据采集模块所采集的平坦度测量数据包括如下特点：

(1)平坦度测量数据的采集周期是188ms；

(2)一组平坦度测量数据包括62个测量值，对应平坦度仪上62个测量通道的测量结果，单位是Pa；

(3)每一个平坦度仪测量通道的测量结果是该测量通道实际测量单位张力值与有效测量通道平均单位张力值的差值；

(4)以钢卷为单位存储在数据文件中的带钢平坦度实际测量数据既包括测量的时间信息，也包括测量的带钢位置信息。

所述平坦度测量数据预处理模块中的平坦度测量数据预处理模块主要针对平坦度测量数据采集模块所采集到的平坦度实际测量数据进行可靠性处理和特征转化，处理对象包括每一组测量值相邻通道的数据和相邻两组测量值的数据，处理内容包括：

(1)数据处理主要解决实际数据中必然和广泛存在的数据空缺值、错误数据、孤立点、噪声问题；

①处理空缺值：对于平坦度测量值采取删除的方法；对于测量位置，则根据领域知识对其进行补充；

②处理错误数据：对采集到的实际数据经过极限检查，确认其有效性，超出极限范围时用极限值替代；

③处理数据中的奇异项：针对实际数据序列中的奇异项数据，采用一阶差分方法进行处理。判断奇异项的准则是：给定一个误差限W，若t时刻的采样值为x_t，预测值为x'_t，当|x_t-x'_t|＞W时，则认为此采样值x_t是奇异项，应当予以剔除，而以预测值x'_t取代采样值x_t。误差限W要根据平坦度数据采集系统的速率、平坦度数据的变化特性来决定。预测值x'_t可以根据下式所示一阶差分方程推算。

x'_t＝x_t-1+(x_t-1-x_t-2)

式中：x'_t——t时刻的预测值；

x_t-1——t时刻前1个时刻的值；

x_t-2——t时刻前2个时刻的值。

④数据的滤波处理：将算术平均值法和中值滤波法这两种方法结合，即先用中值滤波法滤除由于脉冲干扰而有偏差的采样值，然后再作算术平均。这样既可以去除脉冲干扰，又可以对采样值进行平滑处理。其原理如下式所示：

x₁≤x₂≤…≤x_N 3≤N≤5

Y＝(x₂+x₃+…+x_N-1)/(N-2)

(2)需要将以单位张力形式存在的平坦度测量结果转化为直观反映带钢平坦度状态的带钢延伸量I_Unit，转化方法为每个测量通道的单位张力差除以带钢弹性模量E，这里的E取2.05E+11Pa；

(3)将经过处理的实际平坦度测量数据写回到以钢卷为单位的实际平坦度测量数据存储文件中，覆盖原来的数据；

所述平坦度测量数据区域识别模块中的平坦度测量数据区域识别模块，识别对象包括如下两个：

(1)结合带钢宽度计算带钢在平坦度仪上的有效覆盖范围：位于带钢宽度范围内平坦度仪测量通道属于有效测量通道。位于带钢边部的测量通道，当被带钢覆盖宽度超过测量通道宽度的50％时，属于有效测量通道，否则属于无效测量通道；带钢操作侧有效测量通道到带钢传动侧有效测量通道之间的平坦度仪测量区域属于带钢有效覆盖范围；

(2)基于沿带钢宽度方向的区域划分，在带钢平坦度仪上的有效覆盖范围内，计算操作侧边部区域、传动侧边部区域、操作侧1/4区域、传动侧1/4区域和带钢中部区域的开始和结束位置。

所述各区域平坦度值计算模块中的各区域平坦度值计算模块采用均方差的计算方法，计算公式如下所示：

式中：

s：沿带钢宽度的区域编号，i＝1,…,5；

i：沿带钢长度方向的平坦度测量位置编号，i＝1,…,n；

n：沿带钢长度方向总得平坦度测量数量；

m：第s区域开始位置对应的板形仪测量通道编号，m＝1,…,62；

k：第s区域结束位置对应的板形仪测量通道编号，k＝1,…,62；

IUS_si：沿带钢长度方向第i个测量位置第s区域的平坦度计算值；

IU_ij：沿带钢长度方向第i个测量位置板形仪第j个测量通道的平坦度测量值；

IUref_j：板形仪第j个测量通道的目标平坦度值，本方法令其为0；

b_j：板形仪第j个测量通道的宽度；

所述各区域平坦度评价模块中的各区域平坦度评价模块具有如下特点：

(1)根据在轧后线小张力情况下对可见平坦度浪形的观察总结，本发明将操作侧边部区域和传动侧边部区域的平坦度缺陷评价阈值定义为3.2I_Unit；将操作侧1/4区域和传动侧1/4区域的平坦度缺陷评价阈值定义为6I_Unit；将带钢中部区域的平坦度缺陷评价阈值定义为4I_Unit；

(2)各区域平坦度值计算模块所计算的在板形仪第i个测量位置第s区域的平坦度计算值IUS_si如果大于第s区域的平坦度缺陷评价阈值，则在平坦度仪第i个测量位置第s区域平坦度评价为不合格，否则为合格；

(3)在带钢全长方向上第s区域的平坦度评价Q_s用带钢全长方向上在第s区域平坦度缺陷评价不合格的点数vNum_s与带钢全长方向总测量点数n的比值表示，Q_s＝vNum_s/n；

所述平坦度评价结果应用模块中的平坦度评价结果应用模块包括：

(1)对于中浪，在轧制过程平坦度控制中，可以优化窜辊控制；

(2)对于双边浪，在轧制过程平坦度控制中，可以优化弯辊控制；

(3)对于1/4浪形，在轧制过程平坦度控制中，可以对窜辊控制和弯辊控制进行优化组合；

(4)对于严重的平坦度缺陷，轧后工序可以采取切除缺陷部分的处理方式，对以一般平坦度缺陷，轧后工序可以采取降速的处理方式，从而保证轧后工序的稳定生产；

有益效果：

本发明的一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统，与传统的平坦度评价方法相比，具有如下一些优越性：

(1)充分利用产线平坦度仪的实时测量数据，在带钢宽度方向分区域进行平坦度评价，既能够量化反映带钢平坦度缺陷的大小情况，还能够客观反映带钢平坦度缺陷在带钢全长和带钢宽度方向的分布情况，从而获得了带钢平坦度状况的多维度信息；

(2)带钢平坦度状况的多维度信息，一方面可以对产线平坦度控制能力和控制状况进行评价；另一方面，在平坦度控制工艺知识指导下，为平坦度控制优化提供依据和方向，做到平坦度控制的有的放矢。同时，冷轧带钢作为轧后工序的原料，带钢平坦度多维度信息可以为后续工序提供详细的原料平坦度缺陷信息，以便于后续工序及时调整控制参数，避免平坦度缺陷对后续工序的不利影响，实现稳定生产；

(3)本发明的沿带钢宽度方向分区域平坦度评价系统，可以有效避免传统平坦度评价方法，因为采用了宽度范围内的整体平均的方法而导致的平坦度局部缺陷无法被发现的缺点，从而很大程度避免了外卖产品的平坦度质量缺陷异议。

总之，本发明利用产线平坦度仪的实际平坦度测量数据，沿带钢宽度方向分区域进行平坦度评价，有效解决了常规的基于带钢横向均值性质的带钢平坦度评价结果不能有效反映带钢的实际平坦度缺陷和分布情况的问题，为带钢平坦度控制提供准确的控制依据，提高了冷轧带钢的平坦度合格率和成材率。

附图说明：

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

图1为本发明“一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统”的总体流程图；

图2为本发明沿带钢宽度方向的区域划分示意图；

图3为本发明具体实施方式的平坦度测量数据预处理过程流程图；

图4为本发明平坦度测量仪表测量区域示意图；

具体实施方式：

本发明提出的一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统，沿带钢宽度方向分区域进行平坦度评价，有效解决了常规的基于带钢横向均值性质的带钢平坦度评价结果不能有效反映带钢的实际平坦度缺陷和分布情况的问题，应用于冷连轧平坦度控制系统，结合附图和实例详细说明如下：

下面以一个具体的冷连轧产线为例，详细说明对其应用基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统的全过程。

本实例选用的冷连轧产线的主要参数为：

连轧工艺段：西马克五机架串列式冷连轧机组；

轧辊类型：五个机架均是六辊轧机，中间辊带CVC辊形；

平坦度控制手段：工作辊弯辊、中间辊窜辊和中间辊窜辊；

该实例冷连轧产线配备了先进的平坦度检测仪表，具体说明如下：

(1)平坦度仪安装位置在机组第五机架出口和卷取机前夹送辊之间；

(2)平坦度仪采用的是德国Achenbach(阿申巴赫)公司的BFI接触式平坦度仪；

(3)平坦度仪一共62段，整体上分为3部分，中间12个传感器的分段宽度为52mm，两边各25个传感器的分段宽度是26mm。整个测量范围是12*52+25*26+25*26＝1924mm，示意如图4所示；

(4)平坦度仪上每一个分段沿圆周方向平均分布4个压力传感器，用于检测该分段位置的带钢在平坦度仪上的压力。平坦度仪数据处理系统将所测得的压力转化为该分段位置的带钢的单位张力，用来获得该分段的平坦度测量值；

(5)每一个分段产生一个平坦度测量值，一组测量值一共包含62个平坦度测量值；

(6)根据带钢长度和轧制速度不同，一卷带钢沿带钢长度方向有多组平坦度测量值，作为本发明的数据处理对象；

本发明应用实例带钢的基本参数：

宽度：1246mm；

原料厚度：4.5mm；

产品厚度：1.2mm；

产品长度：1935m；

钢种：SPHC；

本发明的一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统在实例冷连轧产线的应用总体过程参见附图1所示，共包含如下七个步骤：带钢宽度方向区域划分、平坦度测量数据采集、平坦度测量数据预处理、平坦度测量数据区域识别、各区域平坦度值计算、各区域平坦度评价、平坦度评价结果应用。

(1)带钢宽度方向区域划分

如附图(2)所示，带钢宽度用Width表示，依据本发明所述，沿带钢宽度方向将带钢分为5个区域，分别是对应于平坦度边浪(EW)的操作侧(WS)边部区域、传动侧(DS)边部区域，对应于平坦度1/4浪(QW)的操作侧1/4区域、传动侧1/4区域，对应于平坦度中浪(MW)的带钢中部区域，在区域平坦度描述时，分别用数字1、5、2、4和3标识。此处的操作侧边部区域定义为从带钢操作侧边部到操作侧带钢1/6宽度处，起点和终点分别用OsEdgeWaveStart和OsQuaWaveStart表示；操作侧1/4区域定义为从带钢操作侧带钢1/6宽度处到操作侧带钢1/3宽度处，起点和终点分别用OsQuaWaveStart和OsQuaWaveEnd表示；带钢中部区域定义为从带钢操作侧1/3宽度处到带钢传动侧1/3宽度处，起点和终点分别用OsQuaWaveEnd和DsQuaWaveStart表示；传动侧边部区域定义为从带钢传动侧边部到传动侧带钢1/6宽度处，起点和终点分别用DsQuaWaveEnd和DsEdgeWaveEnd表示；传动侧1/4区域定义为从带钢传动侧带钢1/6宽度处到传动侧带钢1/3宽度处，起点和终点分别用DsQuaWaveStart和DsQuaWaveEnd表示。

(2)平坦度测量数据采集

平坦度测量数据采集模块与现场平坦度仪以TCP/IP协议方式直接通信，按照188ms的采集周期，实时连续采集平坦度测量结果。在每一个平坦度测量数据采集周期，模块根据带钢跟踪信息，将本次采集到的平坦度测量数据与带钢位置信息和时间信息匹配，并以堆栈的方式存入系统数据缓存区域，每一组平坦度实际测量数据结构为[Ind、T、P、F[62]，其中Ind为测量序号，T为第Ind测量值的测量时间，P为第Ind测量值的测量位置，F是长度为62的数组，代表第Ind测量值的测量结果。当一卷带钢轧制完成后，从缓存区中读取该卷带钢的平坦度测量数据，以钢卷为单位存储实际平坦度测量数据。整体数据结构如下式所示，其中n为带钢全长总的平坦度测量组数，m为一组平坦度测量包含的数据，本实例中为62：

(3)平坦度测量数据预处理

如附图3所示，从以钢卷为单位存储的平坦度测量数据文件中读取实际平坦度测量数据，以带钢平坦度控制工艺知识为指导，经过如下处理后，为后面的平坦度横向分布评价提供干净、准确和可靠的数据。

1)处理实际平坦度测量数据中的数据空缺值、错误数据、孤立点、噪声问题；

①处理空缺值：对于平坦度测量值采取删除的方法；对于测量位置，则根据领域知识对其进行补充；

②处理错误数据：对采集到的实际数据经过极限检查，确认其有效性，超出极限范围时用极限值替代；

③处理数据中的奇异项：针对实际数据序列中的奇异项数据，采用一阶差分方法进行处理。判断奇异项的准则是：给定一个误差限W，若t时刻的采样值为x_t，预测值为x'_t，当|x_t-x'_t|＞W时，则认为此采样值x_t是奇异项，应当予以剔除，而以预测值x'_t取代采样值x_t。误差限W要根据平坦度数据采集系统的速率、平坦度数据的变化特性来决定。预测值x'_t可以根据下式所示一阶差分方程推算。

x'_t＝x_t-1+(x_t-1-x_t-2)

式中：x'_t——t时刻的预测值；

x_t-1——t时刻前1个时刻的值；

x_t-2——t时刻前2个时刻的值。

④数据的滤波处理：将算术平均值法和中值滤波法这两种方法结合，即先用中值滤波法滤除由于脉冲干扰而有偏差的采样值，然后再作算术平均。这样既可以去除脉冲干扰，又可以对采样值进行平滑处理。其原理如下式所示：

x₁≤x₂≤…≤x_N 3≤N≤5

Y＝(x₂+x₃+…+x_N-1)/(N-2)

2)需要将以单位张力形式存在的平坦度测量结果转化为直观反映带钢平坦度状态的带钢延伸量I_Unit，转化方法为如下所示：

其中，TF_i,j为经过转化后的第i组测量值第j个通道的平坦度测量结果，单位为I_Unit；F_i,j为第i组测量值第j个通道的平坦度测量结果，单位为Pa；E是带钢弹性模量，为E取2.05E+11Pa；

3)将经过处理的实际平坦度测量数据写回到以钢卷为单位的实际平坦度测量数据存储文件中，覆盖原来的数据；

(4)平坦度测量数据区域识别

以被带钢覆盖宽度是否超过测量通道宽度的50％为标准，结合带钢宽度(1246mm)计算带钢在平坦度仪上的有效测量通道和有效覆盖范围，并且在有效测量范围内分别计算操作侧边部区域、传动侧边部区域、操作侧1/4区域、传动侧1/4区域和带钢中部区域的开始和结束的通道位置。计算结果如下表所示：

(5)各区域平坦度值计算

实例带钢全长1935m，在数据采集过程中，一共获得1333组实际平坦度测量值。针对每一组实际平坦度测量值根据上步所计算得出的带钢横向各区域的开始和结束位置，利用各区域所包含的平坦度测量通道测量值，采用如下式所示的均方差的方法计算各区域在每个平坦度仪测量位置的平坦度值，作为各区域的平坦度评价依据。也就是说，带钢横向各区域都会获得1333个针对本区域实际平坦度测量结果的平坦度计算值。

式中：

s：沿带钢宽度的区域编号，i＝1,…,5；

i：沿带钢长度方向的平坦度测量位置编号，i＝1,…,n；

n：沿带钢长度方向总得平坦度测量数量，此处等于1333；

m：第s区域开始位置对应的板形仪测量通道编号，m＝1,…,62；

k：第s区域结束位置对应的板形仪测量通道编号，k＝1,…,62；

IUS_si：沿带钢长度方向第i个测量位置第s区域的平坦度计算值；

IU_ij：沿带钢长度方向第i个测量位置板形仪第j个测量通道的平坦度测量值；

IUref_j：板形仪第j个测量通道的目标平坦度值，本方法令其为0；

b_j：板形仪第j个测量通道的宽度；

(6)各区域平坦度评价

依据平坦度控制工艺知识和在轧后线小张力情况下对可见平坦度浪形的观察总结，首先确定了各区域的平坦度评价阈值，分别是将操作侧边部区域和传动侧边部区域的平坦度缺陷评价阈值定义为3.2I_Unit；将操作侧1/4区域和传动侧1/4区域的平坦度缺陷评价阈值定义为6I_Unit；将带钢中部区域的平坦度缺陷评价阈值定义为4I_Unit。

以上述所确定的阈值为评价基准，根据上步所计算得到的每个测量位置的各区域的平坦度计算值，对各区域在整个带钢长度方向的平坦度状况进行量化评价，评价方法如下式所示：

Q_s＝vNum_s/n

其中：

Q_s：第s区域的平坦度评价；

vNum_s：带钢全长方向上在第s区域平坦度缺陷评价不合格的点数；

n：全长方向总测量点数；

评价结果如下表所示：

平坦度区域	平坦度缺陷占全长点数百分比
		工作侧边部区域	65.00
传动侧边部区域	68.00
		工作侧1/4区域	0.49
传动侧1/4区域	0.69
		中部区域	1.98

从上表所示各区域的平坦度缺陷计算结果可以看出，依据本发明上文所确定的各区域平坦度缺陷阈值，该带钢在工作侧边部区域和传动侧边部区域存在明显的平坦度缺陷，在工作侧1/4区域、传动侧1/4区域和中部区域只有很少的平坦度缺陷。但是用传统的平坦度缺陷评价方法，以3I_Unit为平坦度缺陷评价阈值，不分区域进行平坦度评价，结果是平坦度合格率能达到96％。相比较起来，本发明的平坦度评价系统更能反映带钢的实际平坦度缺陷。

(7)平坦度评价结果应用模块

本发明的平坦度评价系统解决了常规的基于带钢横向均值性质的带钢平坦度评价结果不能有效反映带钢的实际平坦度缺陷和分布状况的问题。在平坦度控制工艺知识指导下，平坦度评价结果既可以对平坦度在线控制提出有针对性的控制优化措施，也可以为轧后产线的生产提供详细的原料平坦度缺陷状况信息。

针对上文所述实例带钢的平坦度评价结果，可以认为轧线对于与实例带钢同钢种同规格的带钢轧制过程的边浪控制存在优化的必要，可适当调整可以控制边浪的参数，例如增加弯辊、增加张力和减少分配负荷等措施。同时根据上述实例带钢的评价结果，可以提示后续如连退产线和镀锌产线，适当降低运行速度，以防止出现跑偏和断带等事故。

Claims (8)

1.一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统，其特征在于：评价系统包括带钢沿宽度方向区域划分模块、平坦度测量数据采集模块、平坦度测量数据预处理模块、平坦度测量数据区域识别模块、各区域平坦度值计算模块、各区域平坦度评价模块、平坦度评价结果应用模块；

所述的带钢沿宽度方向区域划分模块是数据处理和平坦度评价的前提；平坦度测量数据采集模块为平坦度评价提供原始数据；平坦度测量数据预处理模块通过对平坦度测量数据采集模块采集到的平坦度测量数据进行预处理；平坦度测量数据区域识别模块根据带钢宽度和带钢沿宽度方向区域划分的结果，得到各区域的起始位置；各区域平坦度值计算模块针对经过预处理后的平坦度测量数据，依据平坦度测量数据区域识别模块的结果，计算各区域在每个平坦度仪测量位置的平坦度值，作为各区域平坦度评价的依据；各区域平坦度评价模块利用各区域平坦度值计算模块所计算得到的各平坦度仪测量位置的平坦度值，对带钢全长各区域进行平坦度评价；平坦度评价结果应用模块将各区域平坦度评价模块的评价结果应用平坦度控制优化中；

所述的带钢沿宽度方向区域划分模块将带钢分为5个区域，分别是操作侧边部区域、传动侧边部区域、操作侧1/4区域、传动侧1/4区域和带钢中部区域；操作侧边部区域为从带钢操作侧边部到操作侧带钢1/6宽度处；操作侧1/4区域为从带钢操作侧带钢1/6宽度处到操作侧带钢1/3宽度处；带钢中部区域为从带钢操作侧1/3宽度处到带钢传动侧1/3宽度处；传动侧边部区域为从带钢传动侧边部到传动侧带钢1/6宽度处，传动侧1/4区域为从带钢传动侧带钢1/6宽度处到传动侧带钢1/3宽度处；

所述的平坦度测量数据采集模块，以188ms的采集周期实时连续采集平坦度测量结果；在每一个平坦度测量数据采集周期，平坦度测量数据采集模块根据带钢标识、带钢位置跟踪信息，将本次采集到的平坦度测量数据与带钢位置信息和时间信息匹配，并以堆栈的方式存入系统数据缓存区域，当一卷带钢轧制完成后，从缓存区中读取该卷带钢的平坦度测量数据，以钢卷为单位存储实际平坦度测量数据；

所述的平坦度测量数据预处理模块从以钢卷为单位存储的平坦度测量数据文件中读取实际平坦度测量数据，以带钢平坦度控制工艺知识为指导，经过数据预处理，重新构造实际平坦度测量数据，为后面的平坦度横向分布评价提供测量数据；

所述的平坦度测量数据区域识别模块主要实现两方面工作：一是结合带钢宽度计算带钢在平坦度仪上的有效覆盖范围；二是根据带钢沿宽度方向的区域定义，分别计算操作侧边部区域、传动侧边部区域、操作侧1/4区域、传动侧1/4区域和带钢中部区域的开始和结束位置；

所述的各区域平坦度值计算模块根据平坦度测量数据区域识别模块所计算得出的带钢横向各区域的开始和结束位置，利用各区域所包含的平坦度测量通道测量值，采用均方差的方法计算各区域在每个平坦度仪测量位置的平坦度值，作为各区域的平坦度评价依据；

所述的各区域平坦度评价模块根据各区域平坦度值计算模块所计算出来的板形仪每个测量位置的各区域的平坦度计算值，依据在平坦度控制工艺指导下给出的评价阈值，对各区域在整个带钢长度方向的平坦度状况进行量化评价；其中每个区域的平坦度计算值大于该区域的阈值则认为不合格，否则认为合格；

所述的平坦度评价结果应用模块根据各区域平坦度评价模块计算得到的能够直观反映带钢平坦度状况的各区域平坦度评价结果，在平坦度控制工艺知识指导下，既可以对平坦度在线控制提出有针对性的控制优化措施，也可以为轧后产线的生产提供详细的原料平坦度质量状况信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统，其特征在于：所述的平坦度测量数据包括：一组平坦度测量数据包括62个测量值，对应平坦度仪上62个测量通道的测量结果，单位是Pa；每一个平坦度仪测量通道的测量结果是该测量通道实际测量单位张力值与有效测量通道平均单位张力值的差值。

3.根据权利要求1所述的一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统，其特征在于，所述的平坦度测量数据预处理模块主要针对平坦度测量数据采集模块所采集到的平坦度实际测量数据进行可靠性处理和特征转化，处理的具体方法：

步骤一、数据预处理包括每一组测量值相邻通道的数据处理和相邻两组测量值的数据处理；

步骤二、数据预处理主要解决实际数据中必然和广泛存在的数据空缺值、错误数据、孤立点、噪声问题；

步骤三、需要将以单位张力形式存在的平坦度测量结果转化为直观反映带钢平坦度状态的带钢延伸量I_Unit，转化方法为每个测量通道的单位张力差除以带钢弹性模量E，E取2.05e+11Pa。

4.根据权利要求1所述的一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统，其特征在于，所述的平坦度测量数据区域识别模块，位于带钢宽度范围内平坦度仪测量通道属于有效测量通道；位于带钢边部的测量通道，当被带钢覆盖宽度超过测量通道宽度的50％时，属于有效测量通道，否则属于无效测量通道。

5.根据权利要求1所述的一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统，其特征在于，所述的各区域平坦度值计算模块的特点在于，区域平坦度计算方法为：

${\mathrm{IUS}}_{si}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=m}^k\[{({\mathrm{IU}}_{ij}-{\mathrm{IUref}}_j)}^2\·b_j\]}{{\mathrm{\Σ}}_{j=m}^k{b}_j}}$

式中：

s：沿带钢宽度方向的区域编号，i＝1,…,5；

i：沿带钢长度方向的平坦度测量位置编号，i＝1,…,n；

n：沿带钢长度方向总的平坦度测量数量；

m：第s区域开始位置对应的板形仪测量通道编号，m＝1,…,62；

k：第s区域结束位置对应的板形仪测量通道编号，k＝1,…,62；

IUS_si：沿带钢长度方向第i个测量位置第s区域的平坦度计算值；

IU_ij：沿带钢长度方向第i个测量位置板形仪第j个测量通道的平坦度测量值；

IUref_j：板形仪第j个测量通道的目标平坦度值，本系统令其为0；

b_j：板形仪第j个测量通道的宽度。

6.根据权利要求1所述的一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统，其特征在于，所述各区域平坦度评价模块中的各区域平坦度评价模块为：

将操作侧边部区域和传动侧边部区域的平坦度缺陷评价阈值定义为3.2I_Unit；将操作侧1/4区域和传动侧1/4区域的平坦度缺陷评价阈值定义为6I_Unit；将带钢中部区域的平坦度缺陷评价阈值定义为4I_Unit；

在带钢全长方向上第s区域的平坦度评价Q_s用带钢全长方向上在第s区域平坦度缺陷评价不合格的点数vNum_s与带钢全长方向总测量点数n的比值表示，Q_s＝vNum_s/n。

7.根据权利要求1所述的一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价系统，其特征在于，所述控制优化措施包括：对于中浪，在轧制过程平坦度控制中，优化窜辊控制；对于双边浪，在轧制过程平坦度控制中，优化弯辊控制；对于1/4浪形，在轧制过程平坦度控制中，对窜辊控制和弯辊控制进行优化组合；对于严重的平坦度缺陷，轧后工序采取切除缺陷部分的处理方式，对以一般平坦度缺陷，轧后工序采取降速的处理方式，从而保证轧后工序的稳定生产。

8.一种基于带钢横向平坦度分布的平坦度评价方法，其特征在于：

步骤一、沿带钢宽度方向区域划分：将带钢宽度方向分为5个区域，分别是操作侧边部区域、传动侧边部区域、操作侧1/4区域、传动侧1/4区域和带钢中部区域；此处的操作侧边部区域定义为从带钢操作侧边部到操作侧带钢1/6宽度处，操作侧1/4区域定义为从带钢操作侧带钢1/6宽度处到操作侧带钢1/3宽度处，带钢中部区域定义为从带钢操作侧1/3宽度处到带钢传动侧1/3宽度处，传动侧边部区域定义为从带钢传动侧边部到传动侧带钢1/6宽度处，传动侧1/4区域定义为从带钢传动侧带钢1/6宽度处到传动侧带钢1/3宽度处；

步骤二、平坦度测量数据包括：

一组平坦度测量数据包括62个测量值，对应平坦度仪上62个测量通道的测量结果，单位是Pa；

每一个平坦度仪测量通道的测量结果是该测量通道实际测量单位张力值与有效测量通道平均单位张力值的差值；

步骤三、平坦度测量数据预处理主要针对所采集到的平坦度测量数据进行可靠性处理和特征转化，处理的具体方法：

数据预处理包括每一组测量值相邻通道的数据处理和相邻两组测量值的数据处理；

数据预处理主要解决实际数据中必然和广泛存在的数据空缺值、错误数据、孤立点、噪声问题；

需要将以单位张力形式存在的平坦度测量结果转化为直观反映带钢平坦度状态的带钢延伸量I_Unit，转化方法为每个测量通道的单位张力差除以带钢弹性模量E，这里的E取2.05e+11Pa；

步骤四、平坦度测量数据区域识别，一是结合带钢宽度计算带钢在平坦度仪上的有效覆盖范围；二是根据带钢沿宽度方向的区域定义，分别计算操作侧边部区域、传动侧边部区域、操作侧1/4区域、传动侧1/4区域和带钢中部区域的开始和结束位置；特点是：对位于带钢宽度范围内的平坦度仪测量通道定为有效测量通道；对位于带钢边部的测量通道，当被带钢覆盖宽度超过测量通道宽度的50％时，定为有效测量通道，否则定为无效测量通道；

步骤五、各区域平坦度值计算，计算方法为：

${\mathrm{IUS}}_{si}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=m}^k\[{({\mathrm{IU}}_{ij}-{\mathrm{IUref}}_j)}^2\·b_j\]}{{\mathrm{\Σ}}_{j=m}^k{b}_j}}$

式中：

s：沿带钢宽度方向的区域编号，i＝1,…,5；

i：沿带钢长度方向的平坦度测量位置编号，i＝1,…,n；

n：沿带钢长度方向总的平坦度测量数量；

m：第s区域开始位置对应的板形仪测量通道编号，m＝1,…,62；

k：第s区域结束位置对应的板形仪测量通道编号，k＝1,…,62；

IUS_si：沿带钢长度方向第i个测量位置第s区域的平坦度计算值；

IU_ij：沿带钢长度方向第i个测量位置板形仪第j个测量通道的平坦度测量值；

IUref_j：板形仪第j个测量通道的目标平坦度值，本系统令其为0；

b_j：板形仪第j个测量通道的宽度；

步骤六、各区域平坦度评价是：

将操作侧边部区域和传动侧边部区域的平坦度缺陷评价阈值定义为3.2I_Unit；将操作侧1/4区域和传动侧1/4区域的平坦度缺陷评价阈值定义为6I_Unit；将带钢中部区域的平坦度缺陷评价阈值定义为4I_Unit；

在带钢全长方向上第s区域的平坦度评价Q_s用带钢全长方向上在第s区域平坦度缺陷评价不合格的点数vNum_s与带钢全长方向总测量点数n的比值表示，Q_s＝vNum_s/n。