CN114367544A - 一种热连轧稳态纠偏控制模型 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热连轧稳态纠偏控制模型，属于热连轧技术领域。该模型包括跑偏检测模块、通讯处理模块与纠偏控制模块。其中纠偏控制模块包含上游机架跑偏控制、下游机架跑偏控制。该模型针对上游机架F1～F3利用跑偏检测仪表进行纠偏控制，下游机架F4～F7则利用精轧出口多功能仪表,实现以楔形为主要控制目标的非对称板形控制。上游机架通过机架间带钢偏移量实测值调整上一机架的辊缝调平值，下游机架通过F7出口多功能仪测量的楔形、平坦度等数据调整下游F4～F7机架辊缝倾斜，从而达到稳态纠偏控制。该方法在控制策略中综合考虑浪形和楔形的控制，提高了热连轧稳态带钢生产中的连续性与稳定性。

Description

一种热连轧稳态纠偏控制模型

技术领域

本发明涉及热连轧技术领域，特别是指一种热连轧稳态纠偏控制模型。

背景技术

精轧机架间带钢跑偏会造成带钢楔形指标的波动，在薄规格轧制中极易产生机架间浪形，对带钢表面造成划伤，产生边损等缺陷，造成成材率的降低和产品降级；同时会对轧辊、导卫设备造成损害，严重时会造成机架间甩尾和堆钢事故。因此，在热连轧过程中，带钢跑偏的及时检测与纠偏控制问题亟待解决。

现在的技术公开中对于热连轧稳态纠偏控制的方法，无法实时得到带钢跑偏检测数据，由于热连轧带钢跑偏是一种多因素的影响关系，单一因素的控制往往不能很好的解决热连轧中带钢跑偏的问题。

如现有技术中涉及了一种热连轧精轧机组带钢自动纠偏控制方法，包括以下步骤：步骤一、在热连轧精轧机组的两侧相邻机架间设置带钢跑偏检测装置；步骤二、带钢跑偏检测装置带钢跑偏值；步骤三、根据带钢跑偏值计算下游机架需要调整的辊缝偏差值；步骤四、计算带钢从检测装置到下游机架的时间；

步骤五、机架辊缝控制系统延时时间，按照辊缝偏差值对下游机架的辊缝进行调整；步骤六、带钢跑偏检测装置检测位于带钢跑偏检测装置处的带钢跑偏值，并返回执行步骤三，直到下游机架抛钢；下游机架抛钢后将下游机架辊缝偏差清零。同时，也涉及了一种热带钢轧制跑偏的控制方法，其在粗轧出口实时测量中间坯的横向厚度分布，并根据粗轧中间坯横向厚度测量数据，计算出精轧辊缝楔形补偿量，并合理设定精轧各架轧机两侧压下量，减少轧制跑偏废钢，提高热轧轧制稳定性和带钢产品板形质量。

解决由于粗轧中间坯存在楔形导致带钢精轧轧制跑偏的问题。但是上述两种热连轧纠偏方法没有考虑轧制力差，活套张力等因素对板形调控的影响，同时热连轧精轧是一个连续的过程，其建张前与建张后的状态对于热连轧精轧纠偏是一个很重要的因素，因此，在热连轧精轧稳态纠偏过程中必须考虑。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种热连轧稳态纠偏控制模型，该模型从带钢的图像检测至轧机调平值的输出，实现基于机架间带钢的跑偏检测数据和轧制工艺参数为基础对带钢进行跑偏控制，解决了带钢跑偏问题，提高了轧制生产的连续性与稳定性，增强了生产过程的质量监控与控制能力。

该模型包括跑偏检测模块、通讯处理模块与纠偏控制模块，其中纠偏控制模块包含上游机架跑偏控制部分和下游机架跑偏控制部分；该模型针对上游机架F1～F3利用跑偏检测仪表由上游机架跑偏控制部分进行纠偏控制，下游机架F4～F7利用精轧出口多功能仪表由下游机架跑偏控制部分，实现以楔形为主要控制目标的非对称板形控制；该模型中纠偏控制模块开始工作，首先上下游机架接收触发信号，然后上游机架通过机架间带钢偏移量实测值调整上一机架的辊缝调平值，下游机架通过F7出口多功能仪表测量的楔形、平坦度数据调整下游F4～F7机架辊缝倾斜，确定辊缝调平值，最后输出上下游机架辊缝调平值。

其中，跑偏检测模块包含机架上方的双目线阵相机，通过每秒300帧的高频图像采集，利用机器视觉方法对采集到的图片信息进行分析处理，得到带钢实时位置信息。

上述触发信号中上游机架的触发信号为下一机架咬钢信号，下游机架的触发信号为F7出口多功能仪表采集到带钢非对称与平直度数据或检测到卷取机建张。

上游机架跑偏控制工作过程如下：

接收触发信号，即Fi机架咬钢信号；判断Fi机架咬钢信号为1且上一个信号为0；当i<4时，按如下过程处理从PLC接收的实时数据L1(其包括活套实时张力T、机架实时轧制力差ΔP、机架出口实时跑偏值D_out、出口楔形数据、机架出口厚度等)：

(1)判断Fi机架出口活套实时张力T是否超过阈值T_max，以及Fi机架实时轧制力差ΔP是否超过阈值ΔP_max，其中，T_max＝30Mpa，ΔP_max＝1500KN。

若|T|>T_max或|ΔP|>ΔP_max

则通过通讯处理模块给出报警提示：当前活套张力或轧制力差错误，转入操作工手动操作模式；

(2)判断处理从L1中获取到的Fi机架出口实时跑偏值D_out[i]

通讯数据判断：设置跑偏死区D_limt＝5mm，即机架出口实时跑偏值小于跑偏死区为可允许的跑偏，不进行调平控制，跳出程序；设置跑偏阈值D_fit,如果D_limt<|D_out[i]|<D_fit，则为有效跑偏，进行纠偏控制；设置跑偏超限D_max＝70mm，如果D_fit<|D_out[i]|<D_max,按照边缘赋值，即将跑偏值按照D_out[i]＝D_fit,进行纠偏控制，若|D_out[i]|>D_max,则认为跑偏数据异常，进行报警提示；上游机架间检测带钢跑偏阈值D_fit取值如下：F1机架阈值上限60mm，阈值下限-60mm；F2机架阈值上限50mm，阈值下限-50mm；F3机架阈值上限40mm，阈值下限-40mm；

(3)纠偏控制，即输出上游各机架辊缝调平值ΔS_out[i](i<4)：

a.调平值计算：从跑偏控制配置表中读取Fi机架稳态跑偏调控功效系数K_dev上，对于F1机架、F2机架、F3机架，查表得稳态跑偏调控功效系数均为0.0015，则：

ΔS_[i]＝D_out[i]×K_dev上

其中，ΔS_[i](i<4)为上游机架辊缝调平值；

b.增益系数ui给定：在跑偏数据库中取前50个点跑偏数据均值D_avg，若-20<D_avg<20，则ui＝1,否则ui＝1.1。

ΔS_out[i]＝ΔS_[i]×ui

c.调平值输出：为防止数据异常造成的输出量过大，根据稳态调节实际情况，设置辊缝调平值输出限幅为[ΔS_min,ΔS_max]，其中，ΔS_min＝-0.06mm，ΔS_max＝0.06mm，对辊缝调平值ΔS_out[i]做阈值限幅判断：若-0.06mm<ΔS_out[i]<0.06mm则正常输出调平值ΔS_out[i]，否则给予边缘阈值赋值，若ΔS_out[i]≥0.06，则ΔS_out[i]＝ΔS_max，若ΔS_out[i]≤0.06mm，则ΔS_out[i]＝ΔS_min；

(4)从PLC中获取并判断各机架工作辊速度的导数v’、活套角度的导数β’、导卫开口度与带钢宽度差值Δw是否在阈值内。在阈值内则进行正常调平控制输出，否则提示现场情况异常，停止自动轧钢。

下游机架跑偏控制工作过程如下：

(1)从PLC中实时数据L1中获取：F4～F7机架实时轧制力ΔP、活套张力T、带钢出口平直度FN、F7机架出口实时跑偏值D₇。

(2)判断Fi机架出口活套实时张力T是否超过阈值T_max，以及Fi机架实时轧制力差ΔP是否超过阈值ΔP_max，其中，T_max＝30Mpa，ΔP_max＝1500KN，i为4，5，6，7。

若|T|>T_max或|ΔP|>ΔP_max

则通过通讯处理模块给出报警提示：当前活套张力或轧制力差错误，转入操作工手动操作模式；

(3)计算下游机架由带钢跑偏引起的辊缝调平值ΔS_out[i](i≥4)：

a.F7辊缝值计算：从跑偏调控功效系数库提取F7机架跑偏调控功效系数K_dev下，查表得K_dev下＝0.0015，

ΔS_[7]＝D₇×K_dev下

其中，ΔS_[7]为F7机架辊缝调平值，

b.下游机架辊缝分配：从PLC实时数据L1中获取F7机架出口楔形数据与下游机架出口厚度，根据比例楔形对下游机架辊缝进行分配：

W₄＝W₇/H₇×H₄

W₅＝W₇/H₇×H₅

W₆＝W₇/H₇×H₆

ΔS_[4]＝K_Wedge×W₄

ΔS_[5]＝K_Wedge×W₅

ΔS_[6]＝K_Wedge×W₆

式中：W₄～W₇分别为F4-F7出口楔形数据，H₄～H₇分别为F4-F7出口设定厚度；K_Wedge为楔形调控功效系数，ΔS_[4]～ΔS_[6]分别为F4-F6机架辊缝调平值；

c.增益系数ui给定：在跑偏数据库中提取前50个点跑偏数据均值D_avg，若-10<D_avg<10，则ui＝1，否则ui＝1.1，

ΔS_out[i]＝ui×ΔS_[i]

其中，ΔS_out[i]为Fi机架由出口带钢偏移引起辊缝调平值(i≥4)；

前述各机架工作辊速度的导数v’阈值为50、活套角度的导数β’阈值为20、导卫开口度与带钢宽度差值Δw阈值为-10。

(4)计算由下游机架非对称因素反馈引起的辊缝调整量：

下游机架：根据卷取机信号，分为建张前稳态调节与建张后稳态调节两个阶段。

建张前稳态调节阶段：根据F7出口跑偏量，以机架工艺参数为基础，对F4～F7机架进行反馈调节。

a.控制策略：以F7出口多功能仪数据(非对称因素、浪形)为反馈因素，其中，带钢平直度FN为主要反馈调节因素。确定所需调节机架(根据现场操作工经验进行确认)，对F4～F7机架进行反馈调节。

b.控制模型：此时反馈引起的辊缝调整量主要包括；

ΔS_{ba_i}＝ΔS_FN+ΔS_D7

式中：

ΔS_{ba_i}——反馈引起的辊缝调整量；

ΔS_FN——由平直度引起的辊缝调整量；

ΔS_D7——由F7机架出口跑偏引起的辊缝调整量；

各机架辊缝调整量为：

ΔS_{21_i}＝n_{2_i}(ΔS_Pi+ΔS_{ba_i}+ΔS_TLi)

＝n_{2_i}(k₁·ΔP_i+k₂·T_{L_i}+k₃·FN+k₄·D₇)

(i＝4,5,6,7)

式中：

ΔS_{21_i}——建张前各下游机架辊缝调整量；

ΔS_Pi——由轧制力引起的辊缝调整量；

ΔS_TLi——由活套张力引起的辊缝调整量；

k₁、k₂、k₃、k₄——据现场轧制经验获取得到的相关系数，k₁＝0.0001,k₂＝0.0015,k₃＝0.005,k₄＝0.002；

n_{2_i}——各机架分配系数，其中n_{2_4}＝0.2，n_{2_5}＝0.2，n_{2_6}＝0.2，n_{2_7}＝1；

ΔP_i——各机架轧制力差；

T_{L_i}——各机架活套张力；

FN——F7出口带钢平直度；

D₇——F7机架出口实时跑偏值；

i——取值为4,5,6,7；

建张后稳态调节阶段：根据出口非对称因素，以机架工艺参数为基础，对F4～F7机架进行反馈调节。

a.控制策略：以F7出口多功能仪数据为反馈因素，此时，带钢非对称因素对于辊缝调整量的影响占绝大多数比重，确定所需调节的单个机架或多个机架的分配系数(根据现场操作工经验进行确认)，对F4～F7机架进行反馈调节。

b.控制模型：

ΔS_{22_i}＝n_{2_i}(ΔS_Pi+ΔS_{TL_i}+ΔS_D7)＝n_{2_i}(k₁·ΔP_i+k₂·T_{L_i}+k₄·D₇)

(i＝4,5,6,7)

式中：

ΔS_{22_i}——建张后各下游机架辊缝调整量；

ΔS_Pi——由轧制力引起的辊缝调整量；

ΔS_TLi——由活套张力引起的辊缝调整量；

ΔS_D7——由F7机架出口跑偏引起的辊缝调整量；

k₁、k₂、k₄———根据现场轧制经验获取得到的相关系数，k₁＝0.0001,k₂＝0.0015,k₄＝0.002；

n_{2_i}——各机架分配系数，其中n_{2_4}＝0.2，n_{2_5}＝0.2，n_{2_6}＝0.2，n_{2_7}＝1；

ΔP_i——各机架轧制力差；

T_{L_i}——各机架活套张力；

D₇——F7机架出口实时跑偏值；

(5)调平值输出：

按照建张前、建张后，下游各机架辊缝调平输出如下：

建张前输出辊缝调平值S_{21_out[i]}为：

S_{21_out[i]}＝ΔS_out[i]+S_{21_i}

建张后输出辊缝调平值S_{22_out[i]}为：

S_{22_out[i]}＝ΔS_out[i]+S_{22_i}

为防止数据异常造成的输出量过大，根据稳态调节实际情况，设置辊缝调平值输出限幅为[ΔS_min,ΔS_max]，其中，ΔS_min＝-0.06mm，ΔS_max＝0.06mm对辊缝调平值ΔS_{21_out[i]}，ΔS_{22_out[i]}做阈值限幅判断：若-0.06mm<ΔS_{21_out[i]}<0.06mm则正常输出调平值ΔS_{21_out[i]}，否则给予边缘阈值赋值，若ΔS_{21_out[i]}≥0.06mm，则ΔS_{21_out[i]}＝ΔS_max，若ΔS_{21_out[i]}≤-0.06mm，则ΔS_{21_out[i]}＝ΔS_min。ΔS_{22_out[i]}同理。

该模型涉及的从PLC获取的热连轧稳态纠偏控制模型信号输入输出为：

该模型涉及的热连轧稳态纠偏控制模型配置表为：

该模型涉及的热连轧稳态纠偏控制模型关键参数阈值为：

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过跑偏检测模块，实时检测带钢状态，通讯处理模块将通讯数据进行处理判断，针对上游机架与下游机架采用不同的控制方式。同时，利用工业大数据收集的操作工调整量及板形仪器数据实现下游机架浪形预警，并在控制策略中综合考虑浪形和楔形的控制。提高热连轧稳态带钢生产中的连续性与稳定性。

附图说明

图1为本发明的热连轧稳态纠偏控制模型工艺流程图；

图2为本发明实施例应用的热连轧稳态纠偏控制模型原理图；

图3为本发明实施例应用的热连轧精轧纠偏检测与自动控制系统图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种热连轧稳态纠偏控制模型。

如图1所示，该模型包括跑偏检测模块、通讯处理模块与纠偏控制模块，纠偏控制模块包含上游机架跑偏控制和下游机架跑偏控制；该模型针对上游机架F1～F3利用跑偏检测仪表由上游机架跑偏控制模块进行纠偏控制，下游机架F4～F7利用精轧出口多功能仪表由下游机架跑偏控制模块,实现以楔形为主要控制目标的非对称板形控制；该模型中首先热连轧稳态纠偏控制模型开始工作，上下游机架接收触发信号，并进行数据信号处理，，然后计算上下游各机架稳态调平值，上游机架通过机架间带钢偏移量实测值调整上一机架的辊缝调平值，下游机架通过F7出口多功能仪表测量的楔形、平坦度数据调整下游F4～F7机架辊缝倾斜，确定辊缝调平补偿值，最后输出上下游机架稳态调平值。

其中，跑偏检测模块包含机架上方的双目线阵相机，通过每秒300帧高频图像采集，利用机器视觉方法对采集到的图片信息进行分析处理，得到带钢实时位置信息。

上述触发信号中上游机架的触发信号为下一机架咬钢信号，下游机架的触发信号为F7出口多功能仪表采集到带钢非对称与平直度数据或检测到卷取机建张。

上游机架跑偏控制工作过程如下：

接收触发信号，即Fi机架咬钢信号；判断Fi机架咬钢信号为1且上一个信号为0；当i<4时，按如下过程处理从PLC获取的L1数据：

(1)判断Fi机架出口活套实时张力T是否超过阈值T_max，Fi机架实时轧制力差ΔP是否超过阈值ΔP_max，

若|T|>T_max或|ΔP|>ΔP_max

则通过通讯处理模块给出报警提示：当前活套张力或轧制力差错误，转入操作工手动操作模式；

(2)判断处理从L1中获取到的Fi机架出口实时跑偏值D_out[i]

通讯数据判断：设置跑偏死区D_limt＝5mm，即机架出口实时跑偏值小于跑偏死区为可允许的跑偏，不进行调平控制，跳出程序；设置跑偏阈值D_fit,如果D_limt<|D_out[i]|<D_fit，则为有效跑偏，进行纠偏控制；设置跑偏超限D_max＝70mm，如果D_fit<|D_out[i]|<D_max,按照边缘赋值，即将跑偏值按照D_out[i]＝D_fit,进行纠偏控制，若|D_out[i]|>D_max,则认为跑偏数据异常，进行报警提示；上游机架间检测带钢跑偏阈值D_fit取值如下：F1机架阈值上限60mm，阈值下限-60mm；F2机架阈值上限50mm，阈值下限-50mm；F3机架阈值上限40mm，阈值下限-40mm；

(3)输出上游各机架辊缝调平值ΔS_out[i](i<4)

a.调平值计算：从跑偏控制配置表中读取Fi机架稳态跑偏调控功效系数K_dev上，对于F1机架、F2机架、F3机架，查表得稳态跑偏调控功效系数均为0.0015，则：

ΔS_[i]＝D_out[i]×K_{dev_上}

其中，ΔS_[i]为上游机架辊缝调平值；

b.增益系数ui给定：在跑偏数据库中取前50个点跑偏数据均值D_avg，若-20<D_avg<20，则ui＝1,否则ui＝1.1。其中，跑偏数据库中存储着机架实时跑偏值；

ΔS_out[i]＝ΔS_[i]×ui

c.调平值输出：为防止数据异常造成的输出量过大，根据稳态调节实际情况，设置辊缝调平值输出限幅为[ΔS_min,ΔS_max]，其中，ΔS_min＝-0.06mm，ΔS_max＝0.06mm，对辊缝调平值ΔS_out[i]做阈值限幅判断：若-0.06mm<ΔS_out[i]<0.06mm则正常输出调平值ΔS_out[i]，否则给予边缘阈值赋值，若ΔS_out[i]≥0.06mm，则ΔS_out[i]＝ΔS_max,若ΔS_out[i]≤-0.06mm，则ΔS_out[i]＝ΔS_min；

(4)从PLC中获取并判断各机架工作辊速度的导数v’、活套角度的导数β’、导卫开口度与带钢宽度差值Δw是否在阈值内。在阈值内则进行正常调平控制输出，否则提示现场情况异常，停止自动轧钢。

下游机架跑偏控制模块工作过程如下：

(1)从PLC中实时数据L1中获取：F4～F7机架实时轧制力ΔP、活套张力T、带钢出口平直度FN、F7机架出口实时跑偏值D₇。

(2)判断Fi机架出口活套实时张力T是否超过阈值T_max，以及Fi机架实时轧制力差ΔP是否超过阈值ΔP_max，

若|T|>T_max或|ΔP|>ΔP_max

则通过通讯处理模块给出报警提示：当前活套张力或轧制力差错误，转入操作工手动操作模式；

(3)计算下游机架由带钢跑偏引起的辊缝调平值ΔS_out[i](i≥4)：

a.F7辊缝值计算：从跑偏调控功效系数库提取F7机架跑偏调控功效系数K_dev下，K_dev下＝0.0015，

ΔS_[7]＝D₇×K_dev下

其中，ΔS_[7]为F7机架辊缝调平值，

b.下游机架辊缝分配：从PLC实时数据L1中获取F7机架出口楔形数据与下游机架出口厚度，根据比例楔形对下游机架辊缝进行分配：

W₄＝W₇/H₇×H₄

W₅＝W₇/H₇×H₅

W₆＝W₇/H₇×H₆

ΔS_[4]＝K_Wedge×W₄

ΔS_[5]＝K_Wedge×W₅

ΔS_[6]＝K_Wedge×W₆

式中：W₄～W₇分别为F4-F7出口楔形数据，H₄～H₇分别为F4-F7出口设定厚度；K_Wedge为楔形调控功效系数，ΔS_[4]～ΔS_[6]分别为F4-F6机架辊缝调平值；

c.增益系数ui给定：在跑偏数据库中提取前50个点跑偏数据均值D_avg，若-10<D_avg<10，则ui＝1，否则ui＝1.1，

ΔS_out[i]＝ui×ΔS_[i]

其中，ΔS_out[i]为Fi机架由出口带钢偏移引起辊缝调平值(i≥4)；

前述各机架工作辊速度的导数v’阈值为50、活套角度的导数β’阈值为20、导卫开口度与带钢宽度差值Δw阈值为-10。

(4)计算由下游机架非对称因素反馈引起的辊缝调整量，即稳态调平补偿值：

下游机架：根据卷取机信号，分为建张前稳态调节与建张后稳态调节两个阶段。

建张前稳态调节阶段：根据F7出口跑偏量，以机架工艺参数为基础，对F4～F7机架进行反馈调节。

a.控制策略：以F7出口多功能仪数据(非对称因素、浪形)为反馈因素，其中，带钢平直度FN为主要反馈调节因素。确定所需调节机架(根据现场操作工经验进行确认)，对F4～F7机架进行反馈调节。

b.控制模型：此时反馈引起的辊缝调整量主要包括；

ΔS_{ba_i}＝ΔS_FN+ΔS_D7

式中：

ΔS_{ba_i}——反馈引起的辊缝调整量；

ΔS_FN——由平直度引起的辊缝调整量；

ΔS_D7——由F7机架出口跑偏引起的辊缝调整量；

各机架辊缝调整量为：

ΔS_{21_i}＝n_{2_i}(ΔS_Pi+ΔS_{ba_i}+ΔS_TLi)

＝n_{2_i}(k₁·ΔP_i+k₂·T_{L_i}+k₃·FN+k₄·D₇)

(i＝4,5,6,7)

式中：

ΔS_{21_i}——建张前各下游机架辊缝调整量；

ΔS_Pi——由轧制力引起的辊缝调整量；

ΔS_TLi——由活套张力引起的辊缝调整量；

k₁、k₂、k₃、k₄——据现场轧制经验获取得到的相关系数；

k₁＝0.0001,k₂＝0.0015,k₃＝0.005,k₄＝0.002

n_{2_i}——各机架分配系数，其中n_{2_4}＝0.2，n_{2_5}＝0.2，n_{2_6}＝0.2，n_{2_7}＝1；

ΔP_i——各机架轧制力差；

T_{L_i}——各机架活套张力；

FN——F7出口带钢平直度；

D₇——F7机架出口实时跑偏值；

建张后稳态调节阶段：根据出口非对称因素，以机架工艺参数为基础，对F4～F7机架进行反馈调节。

a.控制策略：以F7出口多功能仪数据为反馈因素，此时，带钢非对称因素对于辊缝调整量的影响占绝大多数比重，确定所需调节的单个机架或多个机架的分配系数(根据现场操作工经验进行确认)，对F4～F7机架进行反馈调节。

b.控制模型：

ΔS_{22_i}＝n_{2_i}(ΔS_Pi+ΔS_{TL_i}+ΔS_D7)＝n_{2_i}(k₁·ΔP_i+k₂·T_{L_i}+k₄·D₇)

(i＝4,5,6,7)

式中：

ΔS_{22_i}——建张后各下游机架辊缝调整量；

ΔS_Pi——由轧制力引起的辊缝调整量；

ΔS_TLi——由活套张力引起的辊缝调整量；

ΔS_D7——由F7机架出口跑偏引起的辊缝调整量；

k₁、k₂、k₄———根据现场轧制经验获取得到的相关系数；

k₁＝0.0001,k₂＝0.0015,k₄＝0.002；

n_{2_i}——各机架分配系数，其中n_{2_4}＝0.2，n_{2_5}＝0.2，n_{2_6}＝0.2，n_{2_7}＝1；

ΔP_i——各机架轧制力差；

T_{L_i}——各机架活套张力；

D₇——F7机架出口实时跑偏值；

(5)调平值输出：

按照建张前、建张后，下游各机架辊缝调平输出如下：

建张前输出辊缝调平值S_{21_out[i]}为：

S_{21_out[i]}＝ΔS_out[i]+S_{21_i}

建张后输出辊缝调平值S_{22_out[i]}为：

S_{22_out[i]}＝ΔS_out[i]+S_{22_i}

为防止数据异常造成的输出量过大，根据稳态调节实际情况，设置辊缝调平值输出限幅为[ΔS_min,ΔS_max]，其中，ΔS_min＝-0.06mm，ΔS_max＝0.06mm对辊缝调平值ΔS_{21_out[i]}，ΔS_{22_out[i]}做阈值限幅判断：若-0.06mm<ΔS_{21_out[i]}<0.06mm则正常输出调平值ΔS_{21_out[i]}，否则给予边缘阈值赋值，若ΔS_{21_out[i]}≥0.06mm，则ΔS_{21_out[i]}＝ΔS_max，若ΔS_{21_out[i]}≤-0.06mm，则ΔS_{21_out[i]}＝ΔS_min。ΔS_{22_out[i]}同理。

前述各机架工作辊速度的导数v’阈值为50、活套角度的导数β’阈值为20、导卫开口度与带钢宽度差值Δw阈值为-10。

下面结合具体实施例予以说明。

实际应用中，参考某2250热连轧精轧机组全机架进行稳态调平，该模型针对上游机架F1～F3与下游机架F4～F7具有不同的控制策略，上游机架利用跑偏检测仪表进行纠偏控制，下游机架则利用精轧出口多功能仪表,实现以楔形为主要控制目标的非对称板形控制。上游机架通过机架间带钢偏移量实测值调整上一机架的辊缝调平值，下游机架通过F7出口多功能仪测量的楔形、平坦度等数据调整下游F4～F7机架辊缝倾斜，从而达到稳态纠偏控制。

如图2为热连轧稳态纠偏控制模型原理图，根据原理图，稳态调平值S(F4～F7)是由轧制力、刚度、塑性系数等轧机因素，来料跑偏Z，据历史数据库及数据模型得出的分配参数(F4～F7)及机架轧制力差与活套张力等因素综合进行调平控制。

图1为热连轧稳态纠偏控制模型流程图，本发明的具体控制过程如下：

(1)由接收到L1数据，Fi咬钢信号开始，判断信号来源，当i<4时，上游机架稳态跑偏控制模块开始。

(2)检测到L1数据,其中包含Fi机架出口实时跑偏值D_out、Fi机架出口活套实时张力T、Fi机架实时轧制力差ΔP。

(3)判断D_out、T、ΔP是否在阈值内，若不再阈值内，则提示报警显示：当前通讯数据错误，转入操作工操作模式。

上游机架跑偏控制工作流程与调平值计算

(1)上游机架进行调平值计算：

对于Fi机架出口跑偏量D_out[i]，根据现场实测数据取前50跑偏数据均值则F1、F2、F3出口跑偏值分别：

D<sub>out[1]</sub>	D<sub>out[2]</sub>	D<sub>out[3]</sub>
			16.044mm	-6.75mm	-26.823mm

从跑偏调控功效系数库提取Fi机架跑偏调控功效系数K_dev下＝0.0015,

ΔS_[i]＝D_out[i]×K_{dev_下}

上游机架稳态调平值依次为0.024mm、-0.010mm、-0.040mm。

给定增益系数ui＝1，则Fi机架由出口带钢偏移引起辊缝调平值ΔS_out[i]，取跑偏数据库前50个点跑偏数据均值D_avg，若在-20<D_avg<20内，则直接输出辊缝调平值ΔS_[i],否则ui＝1.1。

ΔS_out[i]＝ui×ΔS_[i]

由F3前50跑偏数据均值为-26.823，在-20<D_avg<20外，ui＝1.1，则F3机架输出调平值为：

ΔS_out[3]＝-0.040×1.1＝-0.044mm

(2)上游机架调平值做阈值判断ΔS_min<ΔS_out[i]<ΔS_max，超出阈值范围的给与边缘值赋值。若调平值在阈值内，则直接输出。

(3)判断各机架工作辊速度的导数v’，各机架活套角度的导数β’，各机架导卫开口度与带钢宽度差值Δw是否在阈值内。在阈值内，则输出上游机架调平值ΔS_out，否则报警提示：现场情况停止自动轧钢。由该实验例中各机架参数在阈值内，直接输出上游机架辊缝调平值。

(4)输出上游机架辊缝调平值：

S_out[1]＝0.024mm，S_out[2]＝-0.010mm，S_out[3]＝-0.044mm

下游机架跑偏控制工作流程与调平值计算

(1)当i＝7时，下游机架稳态跑偏控制模块开始。

(2)处理F4～F7实时轧制力差与F7机架出口实时跑偏值D_7,进行稳态调平,检测L1数据：F4～F7机架实时轧制力差、F7机架出口实时跑偏值D₇。

F7辊缝值计算：

从跑偏调控功效系数库提取F7机架跑偏调控功效系数Kdev__下＝0.0015，

实测得F7出口跑偏值D₇＝1mm，

代入公式：

ΔS_[7]＝D₇×K_{dev_下}

得ΔS_[7]＝1×0.0015＝0.0015mm

下游机架辊缝分配：读取F7机架出口楔形数据与下游机架出口厚度，根据比例楔形对下游机架辊缝进行分配。

W₄＝W₇/H₇×H₄

W₅＝W₇/H₇×H₅

W₆＝W₇/H₇×H₆

ΔS_[4]＝K_Wedge×W₄

ΔS_[5]＝K_Wedge×W₅

ΔS_[6]＝K_Wedge×W₆

式中：

W₄～W₇:F4～F7出口楔形；

H₄～H₇:F4～F7出口设定厚度；

K_Wedge:楔形调控功效系数；

给定F7出口楔形为W₇＝4，

楔形调控功效系数K_Wedge＝0.002，

根据实测数据F4～F7出口设定厚度依次为：

H<sub>4</sub>	H<sub>5</sub>	H<sub>6</sub>	H<sub>7</sub>
				9.7923	7.1697	5.7309	4.9737

计算得出由带钢跑偏引起的辊缝调平值为：

ΔS_[4]＝0.016mm，ΔS_[5]＝0.012mm，ΔS_[6]＝0.009mm

由上步ΔS_[7]＝0.0015mm

增益系数给定：跑偏数据如果超过10mm，则认为是过跑偏，过跑偏情况给予扩大增益系数ui以大幅度调整跑偏。跑偏数据库提取前50个点跑偏数据均值D_avg(如果没有记为0)。若-10<D_avg<10，则ui＝1，否则ui＝1.1。

ΔS_out[i]＝ui×ΔS_[i]

下游机架调平值：先对辊缝值做阈值判断ΔS_min<ΔS_out[i]<ΔS_max，超出阈值范围的给予边缘阈值赋值。由于该实验数据跑偏值在阈值内，不采用扩大增益系数ui大幅度调整跑偏。

即由带钢跑偏引起的辊缝调平值为：

ΔS_out[4]＝0.016mm，ΔS_out[5]＝0.012mm，ΔS_out[6]＝0.009mm，ΔS_out[7]＝0.0015mm

(3)建张前稳态调节阶段：根据F7出口跑偏量，以机架工艺参数为基础，对F4～F7进行反馈调节。

各机架辊缝调整量为：

ΔS_{21_i}＝n_{2_i}(ΔS_Pi+ΔS_{ba_i}+ΔS_TLi)

＝n_{2_i}(k₁·ΔP_i+k₂·T_{L_i}+k₃·FN+k₄·D₇)

(i＝4,5,6,7)

检测F7出口带钢平直度为FN＝5,

F7出口检测带钢非对称数据D₇＝1mm。

根据现场轧制经验获取得到的相关系数：

k₁＝0.0001,k₂＝0.0015,k₃＝0.005,k₄＝0.002

由现场轧制数据下游各机架轧制力差依次为：

ΔP4	ΔP5	ΔP6	ΔP7
				270KN	-141KN	-22KN	-69KN

活套张力依次为：

F4机架TL_4	F5机架TL_5	F6机架TL_6	F7机架TL_7
				11MP	12.5MP	12MP	11.5MP

各机架分配系数:

F4机架n<sub>2_4</sub>	F5机架n<sub>2_5</sub>	F6机架n<sub>2_6</sub>	F7机架n<sub>2_7</sub>
				0.2	0.2	0.2	1

计算得出建张前各机架辊缝调平值为：

ΔS_{21_4}＝0.0141mm,ΔS_{21_5}＝0.0063mm,ΔS_{21_6}＝0.0086mm,ΔS_{21_7}＝0.0374mm。

(4)建张后稳态调节阶段：根据出口非对称因素，以机架工艺参数为基础，对F4～F7机架进行反馈调节。

各机架辊缝调整量为：

ΔS_{22_i}＝n_{2_i}(ΔS_Pi+ΔS_{TL_i}+ΔS_D7)＝n_{2_i}(k₁·ΔP_i+k₂·T_{L_i}+k₄·D₇)

(i＝4,5,6,7)

根据现场轧制经验获取得到的相关系数：

k₁＝0.0001,k₂＝0.0015,k₄＝0.002；

计算得出建张后各机架辊缝调平值为：

ΔS_{22_4}＝0.0091mm、ΔS_{22_5}＝0.0013mm、ΔS_{22_6}＝0.0036mm、ΔS_{22_7}＝0.0124mm

(5)输出下游各机架辊缝调平值。

建张前下游各机架辊缝调平值为：

S_{21_out_4}＝ΔS_out[4]+S_{21_4}＝0.016mm+0.0141mm＝0.0301mm

S_{21_out_5}＝ΔS_out[5]+S_{21_5}＝0.012mm+0.0063mm＝0.0183mm

S_{21_out_6}＝ΔS_out[6]+S_{21_6}＝0.009mm+0.0086mm＝0.0176mm

S_{21_out_7}＝ΔS_out[7]+S_{21_7}＝0.0015mm+0.0374mm＝0.0389mm

建张后下游各机架辊缝调平值为：

S_{22_out_4}＝ΔS_out[4]+S_{22_4}＝0.016mm+0.0091mm＝0.0251mm

S_{22_out_5}＝ΔS_out[5]+S_{22_5}＝0.012mm+0.0013mm＝0.0133mm

S_{22_out_6}＝ΔS_out[6]+S_{22_6}＝0.009mm+0.0036mm＝0.0126mm

S_{22_out_7}＝ΔS_out[7]+S_{22_7}＝0.0015mm+0.0124mm＝0.0139mm

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种热连轧稳态纠偏控制模型，其特征在于：包括跑偏检测模块、通讯处理模块与纠偏控制模块，其中，纠偏控制模块包含上游机架跑偏控制部分和下游机架跑偏控制部分；该模型针对上游机架F1～F3利用跑偏检测仪表由上游机架跑偏控制部分进行纠偏控制，下游机架F4～F7利用精轧出口多功能仪表由下游机架跑偏控制部分，实现以楔形为主要控制目标的非对称板形控制；该模型中纠偏控制模块开始工作，首先上下游机架接收触发信号，然后上游机架通过机架间带钢偏移量实测值调整上一机架的辊缝调平值，下游机架通过F7出口多功能仪表测量的楔形、平坦度数据调整下游F4～F7机架辊缝倾斜，确定辊缝调平值，最后输出上下游机架辊缝调平值。

2.根据权利要求1所述的热连轧稳态纠偏控制模型，其特征在于：所述跑偏检测模块包含机架上方的双目线阵相机，通过每秒300帧的高频图像采集，利用机器视觉方法对采集到的图片信息进行分析处理，得到带钢实时位置信息。

3.根据权利要求1所述的热连轧稳态纠偏控制模型，其特征在于：所述触发信号中上游机架的触发信号为下一机架咬钢信号，下游机架的触发信号为F7出口多功能仪表采集到带钢非对称与平直度数据，或检测到卷取机建张的信号。

4.根据权利要求1所述的热连轧稳态纠偏控制模型，其特征在于：

所述上游机架跑偏控制工作过程如下：

接收触发信号，即Fi机架咬钢信号；判断Fi机架咬钢信号为1且上一个信号为0；当i＜4时，按如下过程处理从PLC获取的实时数据L1，实时数据L1包括活套实时张力T、机架实时轧制力差ΔP、机架出口实时跑偏值D_out、出口楔形数据、机架出口厚度：

(1)判断Fi机架出口活套实时张力T是否超过阈值T_max，Fi机架实时轧制力差ΔP是否超过阈值ΔP_max，其中，T_max＝30Mpa，ΔP_max＝1500KN；

若|T|＞T_max，或|ΔP|＞ΔP_max

则通过通讯处理模块给出报警提示：当前活套张力或轧制力差错误，转入操作工手动操作模式；

(2)判断处理Fi机架出口实时跑偏值D_our[i]：

通讯数据判断：设置跑偏死区D_limt＝5mm，即跑机架出口实时跑偏值小于跑偏死区为可允许的跑偏，不进行调平控制，跳出程序；设置跑偏阈值D_fit，如果D_limt＜|D_out[i]|＜D_fit，则为有效跑偏，进行纠偏控制；设置跑偏超限D_max＝70mm，如果D_fit＜|D_out[i]|＜D_max，按照边缘赋值，即将跑偏值按照D_out[i]＝D_fit，进行纠偏控制，若|D_out[i]|＞D_max，则认为跑偏数据异常，进行报警提示；上游机架间检测带钢跑偏阈值D_fit取值如下：F1机架阈值上限60mm，阈值下限-60mm；F2机架阈值上限50mm，阈值下限-50mm；F3机架阈值上限40mm，阈值下限-40mm；

(3)纠偏控制，即计算输出上游各机架辊缝调平值ΔS_out[i]：

a.调平值计算：从跑偏控制配置表中读取Fi机架稳态跑偏调控功效系数K_dev上，则：

ΔS_[i]＝D_out[i]×K_dev上

其中，ΔS_[i]为上游机架辊缝调平值，i＝1，2，3；

b.增益系数ui给定：

在跑偏数据库中取前50个点跑偏数据均值D_avg，若-20＜D_avg＜20，则ui＝1，否则ui＝1.1；

ΔS_out[i]＝ΔS_[i]×ui

c.调平值输出：根据稳态调节实际情况，设置辊缝调平值输出限幅为[ΔS_min，ΔS_max]，其中，ΔS_min＝-0.06mm，ΔS_max＝0.06mm，对辊缝调平值ΔS_out[i]做阈值限幅判断：若-0.06mm＜ΔS_out[i]＜0.06mm则正常输出调平值ΔS_out[i]，否则给予边缘阈值赋值，即若ΔS_out[i]≥0.06mm，则ΔS_out[i]＝ΔS_max，ΔS_out[i]≤-0.06mm，则ΔS_out[i]＝ΔS_min；

(4)从PLC中获取并判断各机架工作辊速度的导数v’、活套角度的导数β’、导卫开口度与带钢宽度差值Δ_w是否在阈值内，在阈值内则进行正常调平控制输出，否则提示现场情况异常，停止自动轧钢。

5.根据权利要求1所述的热连轧稳态纠偏控制模型，其特征在于：

所述下游机架跑偏控制工作过程如下：

(1)从PLC中获取数据：获取F4～F7机架实时轧制力差ΔP、活套张力T、出口带钢平直度FN，F7机架出口实时跑偏值D₇；

(2)判断Fi机架出口活套实时张力T是否低于阈值T_max，Fi机架实时轧制力差ΔP是否超过阈值ΔP_max，其中，T_max＝30Mpa，ΔP_max＝1500KN，i为4，5，6，7；

若|T|＞T_max或|ΔP|＞ΔP_max

则通过通讯处理模块给出报警提示：当前活套张力或轧制力差错误，转入操作工手动操作模式；

(3)计算下游机架由带钢跑偏引起的辊缝调平值ΔS_out[i]，此时，i＝4，5，6，7：

a.F7辊缝值计算：从跑偏调控功效系数库提取F7机架跑偏调控功效系数K_dev下，

ΔS_[7]＝D₇×K_{dev_下}

其中，ΔS_[7]为F7机架辊缝调平值；

b.下游机架辊缝分配：从PLC中获取F7机架出口楔形数据与下游机架出口厚度，根据比例楔形对下游机架辊缝进行分配：

W₄＝W₇/H₇×H₄

W₅＝W₇/H₇×H₅

W₆＝W₇/H₇×H₆

ΔS_[4]＝K_Wedge×W₄

ΔS_[5]＝K_Wedge×W₅

ΔS_[6]＝K_Wedge×W₆

式中：W₄～W₇分别为F4～F7出口楔形数据，H₄～H₇分别为F4～F7出口设定厚度；K_Wedge为楔形调控功效系数，ΔS_[4]～ΔS_[6]分别为F4～F6机架辊缝调平值；

c.增益系数ui给定：在跑偏数据库中提取前50个点跑偏数据均值D_avg，若-10＜D_avg＜10，则ui＝1，否则ui＝1.1，

ΔS_out[i]＝ui×ΔS_[i]

其中，ΔS_out[i]为Fi机架由出口带钢偏移引起辊缝调平值，i＝4，5，6，7；

(4)计算由下游机架非对称因素反馈引起的辊缝调整量：

根据建张前及建张后采用不同的控制策略：

建张前稳态调节阶段：根据F7出口跑偏量，以机架工艺参数为基础，对F4～F7机架进行反馈调节：

a.控制策略：以F7出口多功能仪数据为反馈因素，其中，带钢平直度FN为主要反馈调节因素，根据经验确定所需调节机架，对F4～F7机架进行反馈调节；

b.控制模型：此时反馈引起的辊缝调整量包括：

ΔS_{ba_i}＝ΔS_FN+ΔS_D7

式中：

ΔS_{ba_i}——反馈引起的辊缝调整量；

ΔS_FN——由平直度引起的辊缝调整量；

ΔS_D7——由F7机架出口跑偏引起的辊缝调整量；

各机架辊缝调整量为：

ΔS_{21_i}＝n_{2_i}(ΔS_Pi+ΔS_{ba_i}+ΔS_TLi)

＝n_{2_i}(k₁·ΔP_i+k₂·T_{L_i}+k₃·FN+k₄·D₇)

式中：

ΔS_{21_i}——建张前各下游机架辊缝调整量；

ΔS_Pi——由轧制力引起的辊缝调整量；

ΔS_TLi——由活套张力引起的辊缝调整量；

k₁、k₂、k₃、k₄——据现场轧制经验获取得到的相关系数，其中，k₁＝0.0001，k₂＝0.0015，k₃＝0.005，k₄＝0.002；

n_{2_i}——各机架分配系数，其中n_{2_4}＝0.2，n_{2_5}＝0.2，n_{2_6}＝0.2，n_{2_7}＝1；

ΔP_i——各机架轧制力差；

T_{L_i}——各机架活套张力；

FN——F7出口带钢平直度；

D₇——F7机架出口实时跑偏值；

i——取值为4，5，6，7；

建张后稳态调节阶段：根据出口非对称因素，以机架工艺参数为基础，对F4～F7机架进行反馈调节，

a.控制策略：以F7出口多功能仪数据为反馈因素，根据经验确定所需调节的机架的分配系数，对F4～F7机架进行反馈调节；

b.控制模型：

式中：

ΔS_{22_i}——建张后各下游机架辊缝调整量；

ΔS_Pi——由轧制力引起的辊缝调整量；

ΔS_TLi——由活套张力引起的辊缝调整量；

ΔS_D7——由F7机架出口跑偏引起的辊缝调整量；

k₁、k₂、k₄——据现场轧制经验获取得到的相关系数，k₁＝0.0001，k₂＝0.0015，k₄＝0.002；

n_{2_i}——各机架分配系数，其中n_{2_4}＝0.2，n_{2_5}＝0.2，n_{2_6}＝0.2，n_{2_7}＝1；

i——取值为4，5，6，7；

(5)调平值输出：

按照建张前、建张后，下游各机架输出辊缝调平值如下：

建张前输出辊缝调平值S_{21_out[i]}为：

S_{21_out[i]}＝ΔS_out[i]+S_{21_i}；

建张后输出辊缝调平值S_{22_out[i]}为：

S_{22_out[i]}＝ΔS_out[i]+S_{22_i}

根据稳态调节实际情况，设置辊缝调平值输出限幅为[ΔS_min，ΔS_max]，其中，ΔS_min＝-0.06mm，ΔS_max＝0.06mm；对各机架辊缝调平值ΔS_{21_out[i]}做阈值限幅判断：若-0.06mm＜ΔS_{21_out[i]}＜0.06mm，则正常输出辊缝调平值ΔS_{21_out[i]}，否则给予边缘阈值赋值，若ΔS_{21_out[i]}≥0.06mm，则ΔS_{21_out[i]}＝ΔS_max，，若ΔS_{21_out[i]}≤-0.06mm，则ΔS_{21_out[i]}＝ΔS_min；ΔS_{22_out[i]}同理。

6.根据权利要求4所述的热连轧稳态纠偏控制模型，其特征在于：所述各机架工作辊速度的导数v’阈值为50、活套角度的导数β’阈值为20、导卫开口度与带钢宽度差值Δw阈值为-10。

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