萊鋼寬厚板控制關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

摘要：萊鋼4300寬厚板生產(chǎn)線由加熱爐、軋機(jī)、快速冷卻、矯直、冷床、剪切、精整等多個(gè)工藝區(qū)域組成，在該生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)中，模型控制為該生產(chǎn)線控制技術(shù)的核心。

本文較深入的描述了加熱爐板坯初始溫度計(jì)算模型、軋機(jī)輥縫控制及壓下模型、矯直機(jī)模型控制的思路及相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：萊鋼 寬厚板 控制 關(guān)鍵技術(shù)

一、概述

寬厚板生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)中模型控制已經(jīng)是現(xiàn)代軋鋼的一個(gè)基本的控制手段，其中加熱爐自動控制、軋機(jī)輥縫控制及其壓下模型、矯直模型控制等都是寬厚板軋線最關(guān)鍵的模型。

二、系統(tǒng)簡介

萊鋼4300寬厚板生產(chǎn)線由加熱爐、軋機(jī)、快速冷卻、矯直、冷床、剪切、精整等多個(gè)工藝區(qū)域組成，全套系統(tǒng)有10臺服務(wù)器、12臺調(diào)試機(jī)、56臺上位機(jī)、26套PLC、1套測厚儀、1套測寬儀1套測速儀和4套測壓頭，現(xiàn)場自動化點(diǎn)數(shù)達(dá)到15000余點(diǎn)。

三、關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

1、加熱爐板坯初始溫度計(jì)算模型

加熱爐板坯初始溫度計(jì)算模型的主要功能是計(jì)算板坯裝爐時(shí)的初始溫度分布，為板坯溫度跟蹤模型提供初值。根據(jù)裝爐前實(shí)測溫度不同分為冷坯和熱坯，冷坯的實(shí)測溫度不需要修正，熱坯的實(shí)際裝爐溫度要根據(jù)大氣溫度和測量時(shí)間到裝入完成的時(shí)間差值進(jìn)行初始溫度修正，并通過差分方程計(jì)算板坯各層的初始溫度、初始目標(biāo)溫度和預(yù)測的節(jié)奏。具體的計(jì)算方法如式1所示：

溫度對時(shí)間取前差分，溫度對空間取中心差分，則：

2、軋機(jī)輥縫控制及壓下模型

2.1AGC技術(shù)的應(yīng)用

厚板精軋機(jī)采用了絕對值A(chǔ)GC技術(shù)。鋼板出口厚度直接產(chǎn)生于稱為H的負(fù)載輥縫。當(dāng)實(shí)際壓下位置值在校準(zhǔn)點(diǎn)處設(shè)為零時(shí)，標(biāo)定后的實(shí)際壓下位置值大致與空輥縫相等，所以，H的結(jié)果可表示如式2：

式中： 為實(shí)際的出口厚度； 為標(biāo)定后的實(shí)際壓下位置值形式的空載輥縫； 為實(shí)際的機(jī)架彈跳量； 為機(jī)架實(shí)際軋制力值的和； 為軋輥直徑熱膨脹補(bǔ)償值； 為軸承油膜厚度補(bǔ)償值； 為兩個(gè)支撐輥的轉(zhuǎn)速的算術(shù)平均； 為軋輥的角偏心補(bǔ)償；Vx為軋輥x的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度； 為上支撐輥； 為上工作輥； 為下支撐輥； 為下工作輥。

2.2絕對AGC

絕對值 AGC在實(shí)際應(yīng)用中需要對由于軋機(jī)自身因素所引起的厚差的擴(kuò)大作用進(jìn)行補(bǔ)償。絕對AGC是基于軋機(jī)彈跳方程來計(jì)算的。

結(jié)合軋制時(shí)輥縫中鋼板厚度h與預(yù)調(diào)輥縫s、軋機(jī)彈跳?S之間的關(guān)系，制定彈跳方程式3所示：

軋機(jī)彈性曲線的斜率M稱為軋機(jī)剛度，它的物理意義是使軋機(jī)產(chǎn)生單位彈跳值所需的軋制力。

在本項(xiàng)目的應(yīng)用中，絕對AGC的控制方式只考慮軋制力的變化量，沒有將輥縫的變化量考慮其中，總體厚度偏差原理實(shí)現(xiàn)如式4所示：

cg：機(jī)架模量，軋制力產(chǎn)生的機(jī)架變形量。

在計(jì)算主液壓缸軋制力造成的彈跳形變的同時(shí)添加彎輥力造成的形變，彎輥造成彈跳形變量計(jì)算如式5所示。

dS/dFb：單位彎輥力產(chǎn)生的機(jī)架形變。

最后，為了提高AGC系統(tǒng)的精度，添加了二階機(jī)架彈跳的計(jì)算，如式6所示。

2.3快速AGC

快速AGC系統(tǒng)可改善鋼板頭尾厚度，縮小鋼板厚度縱向差。快速AGC在考慮軋制力變化可能造成的輥縫偏差外，還考慮了在軋制過程中輥縫偏差值對板子厚度的影響。出口厚度偏差計(jì)算如式7所示。

3、矯直機(jī)模型控制

3.1平面設(shè)定模型

平面設(shè)定模型是基于離線模型和在線模型。

離線模型是基于鋼板物理性質(zhì)和鋼材特性的物理模型，它歸于長期計(jì)算周期并運(yùn)行系統(tǒng)，并且將該模型的輸出儲存到數(shù)據(jù)庫中。

在線模型包括：離線模型計(jì)算結(jié)果，機(jī)械設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)的自適應(yīng)。在線模型也叫做程序模擬器，進(jìn)行預(yù)設(shè)定計(jì)算，為鋼板提供理想的塑性比和平坦度。

在線模型利用包括所有產(chǎn)品組合的表中的鋼種和溫度，首先計(jì)算鋼板的性能。根據(jù)鋼種、溫度和厚度給定初始的輥縫，模型將逐漸減小輥縫，計(jì)算相應(yīng)矯直力、力矩，并計(jì)算塑性比。離線模型的結(jié)果不進(jìn)行修正，但是鋼板的流動應(yīng)力根據(jù)不同的自適應(yīng)系數(shù)進(jìn)行修正。

3.2自適應(yīng)/在線自學(xué)習(xí)

只要采集到中心區(qū)域的測量值，經(jīng)過平均處理后，自適應(yīng)就自動進(jìn)行。但只要有一個(gè)反饋值超出了最小/最大限定值，自適應(yīng)就不會進(jìn)行。智能讀取模型對測量平均值和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，根據(jù)兩者的比值（實(shí)測值/預(yù)測值）得到修正系數(shù)。修正系數(shù)經(jīng)過濾后存儲到表中。力矩通過總力矩公式確定，修正系數(shù)將應(yīng)用到每個(gè)鋼種的屈服應(yīng)力計(jì)算中。

所有的表自適應(yīng)系數(shù)按下面所描述方法進(jìn)行過濾：

對所用的鋼種只有一個(gè)α值，這個(gè)值將存儲在數(shù)據(jù)庫中，僅在調(diào)試期間被修改。當(dāng)某種鋼種從未進(jìn)行過自適應(yīng)學(xué)習(xí)時(shí)，使用“快速學(xué)習(xí)機(jī)制”：只要學(xué)習(xí)速度α沒有達(dá)到限定值，使用前n次的修正系數(shù)。

四、結(jié)論

萊鋼寬厚板控制關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，使得生產(chǎn)線總體成品量提高20%，成材率提高2%-3%，水、電、煤氣消耗降低5%-6%，故障時(shí)間降低5%。萊鋼寬厚板控制關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，，可以改善鋼板產(chǎn)品質(zhì)量，提高成材率，提高產(chǎn)量，可以有效的提升萊鋼寬厚板產(chǎn)品在市場上的競爭力，并有助于萊鋼技術(shù)能力的提升。

參考文獻(xiàn)：加熱爐溫度控制回路模糊整定的研究與應(yīng)用，《自動化技術(shù)與應(yīng)用》，2009年第4期。

中厚板軋線跟蹤建立及批次軋制模型的應(yīng)用，《信息系統(tǒng)工程》，2011年第5期。

寬厚板熱矯直機(jī)中矯直模型的應(yīng)用，《自動化技術(shù)與應(yīng)用》，2011年第11期。