基于區段式冷軋板形評價方法的A S C 系統優化

李宏洲

1.前言

冷軋板形作為一項重要的指標，直接體現產品質量的水平，同時關系到后續連續機組的穩定生產。目前在板形評價方面各冷軋廠標準不盡統一，無法系統的評價帶鋼的質量。自動板形控制系統（Automatic Shape Control，即ASC）是目前冷軋廠控制板形的重要手段，其控制手段主要有軋輥傾斜、工作輥，中間輥彎輥力控制及乳化液分段冷卻控制[1-3]。目前國內學者對于板形評價和ASC系統優化的研究較為關注，專家學者們已經有了一些相關研究。張清東等[4]研究了一種計算板形應力指標和實物縱向波浪度的評價方法。張敬山[5]等較為詳細的解析了冷軋ASC的控制流程，提出了具體的控制計算方式。本文采用了區段式的冷軋板形評價方法，較為系統的對帶鋼質量進行評價，同時根據評價結果，建立了具有針對性的ASC參數優化規則，對提升冷軋產品質量具有重要意義。

2.板形儀配置及控制原理

某酸軋機組采用瑞典ABB公司的分段接觸式板形儀輥，通過將板形儀輥分成40個測量通道，每個通道內在圓周方向安裝有四個傳感器，在輥子轉動時連續測量帶鋼作用在測量區段上的徑向壓力。在軋機軋制過程中，由于板形的差異，實際作用在各測量通道上的壓力不完全一致，壓力差異以電磁信號進行輸出，通過相應的數學轉化得到帶鋼板形數據。而ASC控制程序是ASC系統的核心，主要功能是通過對實時的板形偏差進行分解，計算出板形控制執行機構的調節量，并且根據板形偏差的不同計算彎輥力及工作輥上對應的乳化液噴嘴的開閉狀態[6-9]。

3.板形評價規則

板寬覆蓋板形儀輥n個檢測通道，對各通道檢測結果按照每米一次進行記錄，每間隔50米進行一次數據均值計算，各通道均值計算后的數據分別記錄為Ni(i=1,2…n)，依據對Ni數值分別進行運算處理，可以從對稱性、控制幅度以及局部異常點數三個方面對此50米長度帶鋼進行板形評價。

鋼卷軋制完成后，進一步通過對每50米長度判定結果在鋼卷全長范圍內的分布情況進行統計分級，實現全長帶鋼的板形評價。三個方面評估結果獨立輸出，同時關聯三個方面的輸出結果得出綜合板形評級，板形判定結果可以隨鋼卷二級數據進行傳遞。板形評價統計計算過程應剔除帶鋼頭尾15米長度數據，防止對整體評價結果造成干擾。

3.1 對稱性評價

對稱性是板形評價的首要因素，使用最小二乘法對Ni數據進行二次曲線擬合：Ni=ax2+bx+c，提取多項式系數a和b，按照式（1）計算板形對稱性系數S。

依據預先設定對稱性系數判定標準，給出此段帶鋼的對稱性分級評價。對稱性標準按照ABCD四擋設定：A:S≤100%±5%；B:S≤100%±10%；C:S≤100%±20%；D:S＞100%±20%。

通過模擬計算，分別對對稱性評價為90%、100%、110%的鋼卷實際板形進行比對，可以發現對稱性為90%和110%情況下，帶鋼浪形中值分別偏向帶鋼兩側，100%時，帶鋼浪形保持完全對稱狀態。

3.2 控制幅度評價

板形控制幅度的大小直接影響實物板形的宏觀觀測。通過對帶鋼中部及邊部區域檢測數值進行數據處理，客觀描述帶鋼浪形控制幅度。按照式（2）、式（3）、式（4）計算浪形幅度系數R=Ri(i=1,2,3)，依據工藝板形控制要求，給出此段帶鋼的浪形幅度評價。評價標準按照ABCD四擋設定：A:控制幅度100%以內；B:控制幅度120%以內；C:控制幅度140%以內；D:控制幅度超過140%。

3.3 局部異常點評價

局部異常點為板形偏離正常曲線趨勢的位置，通過計數方式進行統計計算。在宏觀板形上表現為局部浪形。偏離正常曲線計算采用相鄰通道檢測數據的差值表示，按照式（5）計算得出局部異常點評價P。

依據異常點判定標準，給出此段帶鋼的浪形局部異常點評價。評價標準按照ABCD四擋設定：A:異常點數≤2；B:異常點數≤3；C:異常點數≤4；D:異常點數＞4。

3.4 評價結果輸出

鋼卷軋制完成后，板形對稱性、控制幅度、局部異常點評價數據在帶鋼全長范圍內形成各自對應ABCD分級的占比數值，并獨立輸出。同時按照表1設定規則，三項獨立評估中的最低級別作為判定結果，輸出為該鋼卷綜合板形評價結果。

表1 板形綜合評價規則

3.5 評價規則動態調整

在該板形評價方法中，對稱性評價標準、控制幅度評價標準、局部異常點評價標準、工藝板形控制要求以及板形綜合評價規則均是作為初始設定的判定依據進行計算輸出，各個規則可依據生產質量控制的需要進行修正優化修正。同時亦可以通過縮短板形均值采集周期的方式實現更加精細的板形結果評價輸出。在實際使用過程中具有較高的靈活性。

4.基于評價規則的ASC系統優化應用

目前該評價規則已在酸軋線初步投入使用，板形評價輸出及板形判定規則均可以進行系統查詢和修正。評價規則上線之初，并未采用針對問題進行ASC系統優化。從判定結果的統計數據來看（見圖2），板形對稱性A級合格率不到23%，異常點A級合格率僅4.96%，浪形幅度A級合格率達到80.93%，綜合板形判定評級較低，需要進一步的優化。

圖2 優化前板形判定結果統計

4.1 對稱性優化方法

對稱性主要反映在軋輥傾斜控制上，在ASC軋輥傾斜控制模塊中，計算過程如式(6)所示。

式中：tilt－傾斜控制量，a1－板形誤差擬合曲線一次系數，Ctilt－軋輥傾斜作用系數。

根據查詢程序控制地址，軋輥傾斜作用系數Ctilt為0.1，并據此建立優化規則如表2所示。

表2 軋輥傾斜作用系數優化規則

根據建立的規則，將軋輥傾斜作用系數Ctilt0.1改為0.12。

4.2 控制幅度優化方法

控制幅度A級較高，在目前的實際應用中并不需要對ASC控制邏輯進行優化。根據已有規則，末機架ASC彎輥力控制計算過程如式(7)所示。

式中：WB、IB－為工作輥和中間輥的彎輥控制量；fw、fI－為彎輥控制的計算參考量；gw、gI－為工彎輥控制有效性增益標志；

若控制幅度效果不佳，則依據表3規則，對彎輥增益值進行調整。但目前板形控制幅度效果較好，并不需要進行額外修正。

表3 軋輥傾斜作用系數優化規則

4.3 局部高點優化方法

局部高點產生無法通過調整彎輥力或軋輥傾斜的方法進行控制，只能使用乳化液分段冷卻方法。在ASC系統中，乳化液分段冷卻控制采用的是模糊控制原理。

根據評價規則，修改模糊控制規則，改善局部高點情況。目前設定的板形偏差范圍：-aa_lev～+ aa_lev[-7～7I]，將其修正為-aa_lev～+ aa_lev [-6～6I]，即降低其乳化液開嘴條件，提高乳化液開嘴時間。

4.4 優化結果

從判定結果的統計數據來看（見圖3），板形對稱性A級合格率從不到23%提升到52%左右，異常點A級合格率從4.96%提升至25.65%，浪形幅度A級合格率基本維持在80%左右。可以明顯的看出，板形對稱性有了明顯的提高，異常點問題也得到了初步的解決。

圖3 優化后板形判定結果統計

5.結論

本文根據實際生產中發生的板形問題，同時基于ASC的控制手段，建立了基于區段式的冷軋板形評價方法，可以將人工模糊判斷的過程以數字化的形式展現，實現板形質量的量化判定，促進冷軋板形質量的持續改善。同時解析冷軋自動板形控制系統，根據實際生產的帶鋼評價結果，對ASC系統進行優化。通過建立的評價規則和ASC優化規則結合的方式，不僅可以準確系統地表征帶鋼的板形質量，還可以針對已有問題進行優化。該方法較好地提升了板形質量，可滿足現場生產要求。