一种热连轧精轧过程控制方法技术

本发明专利技术提供一种热连轧精轧过程控制方法，属于轧钢自动控制技术领域，该方法获取PDI数据后，根据轧制计划制定的工艺要求，确定热连轧精轧目标出口厚度和精轧出口目标温度；获得热连轧精轧入口实际温度；确定机架负荷分配；计算轧制参数，包括各机架的轧辊线速度、入口温度、轧制力、辊缝位置和电机力能参数；对步轧制参数进行极限校核，判断轧制参数是否满足设备运转条件，若满足，则将轧制参数以指令的形式下发到控制系统中，控制热连轧精轧过程。否则重新计算。通过对轧制力的计算，实现预报精度和厚度精度的提高，准确预报轧辊的使用周期，基于轧辊热膨胀模型，轧制过程中不同的轧制间歇，良好厚度控制精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于轧钢自动控制
，具体涉及。
技术介绍
目前我国热轧机的数量位于世界前列，热轧带钢生产线的装机水平和生产能力整体已达到了国际水平，但只有少数大型国有企业宽带钢轧线引进国外先进的计算机控制系统，能够全自动化生产，大多数中小型轧线还都是使用半自动化的生产方式，即只有基础自动化没有过程自动化控制系统，生产效率低，产品质量普遍不高。现有的过程控制方法，大多数由国外整体引进，难以进行二次开发，且存在数据处 理方式单一，系统可移植性较差的问题；模型算法较单一，各生产现场难以普遍适用，缺乏统一的解决方案，模型因素考虑不全面，存在停轧换辊后的厚度精度低的问题。业界用的比较多的过程控制系统大都是基于多进程的结构，系统一般有几十个进程之多，由于进程集资源分配基本单位、CPU调度基本单位于一身，使得它在开发程序的并行性方面具有很大的局限性。单线程进程和多线程进程模型如图I所示，由于一个进程内的多个线程共享进程内部的所有资源，所以对于多进程结构在并行性方面所具有的局限性，多线程都能够很好的解决。本专利技术的热连轧精轧过程控制方法采用多线程程序结构，很好的解决了算法并行计算的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供。本专利技术的技术方案是这样实现的—种热连轧精轧过程控制方法，包括以下步骤步骤I :带钢从粗轧最后道次抛钢后，精轧过程控制系统收到粗轧过程控制系统发送的PDI数据，包括钢卷号、钢种、加热炉号、板坯长度、板坯宽度、板坯厚度、板坯重量、中间坯厚度、中间坯宽度、成品厚度、成品宽度、粗轧出口目标温度、精轧入口目标温度、精轧出口目标温度、卷取目标温度和化学成分；步骤2 :根据轧制计划制定的工艺要求，确定热连轧精轧目标出口厚度和精轧出口目标温度；步骤3 :获得热连轧精轧入口实际温度；步骤3. I :极值校验设定热连轧精轧入口温度范围，若测温仪采集到的热连轧精轧入口采样点的实时温度超出热连轧精轧入口温度范围，则剔除，否则进行步骤3. 2 ；步骤3.2 :对极值校验得到的热连轧精轧入口采样点的温度值进行一次均值处理将极值校验后的温度值求和，计算热连轧精轧入口温度一次平均值；步骤3. 3 :对一次均值处理后的热连轧精轧入口采样点温度值进行方差处理计算方差值，进而求出标准差σ，并将满足正态分布±2σ条件的热连轧精轧入口采样点温度保存；步骤3. 4 :对方差处理后的热连轧精轧入口采样点温度值进行二次均值处理，处理后的温度值即热连轧精轧入口实际温度T ；步骤4 :确定机架负荷分配；步骤4. I :确定各机架出口厚度；确定机架间厚度计算公式如下Iii = Hi · (l-r)，其中，Iii为当前机架出口厚度,Hi为当前机架入口厚度，A为第i个机架的压下率；步骤4. 2 :根据成品厚度和精轧出口目标温度，设定穿带速度初始值；步骤5 :计算轧制参数，包括各机架的轧辊线速度、入口温度、轧制力、辊缝位置和电机力能参数； 步骤5. I :计算机架轧辊线速度和机架入口温度；计算轧棍线速度Vlsi vr>i = Vi (1+fi),其中，vi为各机架出口的带钢速度，fi为前滑值；根据精轧除鳞前高温计采集到的温度，计算空冷温降和精除鳞水冷温降，计算精轧入口温度，即热连轧精轧第一活动机架的入口温度Tu Tlj0 = T-dTw_dTA，其中，dTw为轧件水冷温降，dTA为轧件空冷温降；步骤5. 2 :计算当前机架轧制力；将轧件与轧辊接触区分为两部分塑性变形区和弹性变形区，其中塑性变形区为轧件的主变形区，弹性变形区主要是由于轧辊的弹性压扁和轧件的弹性变形所出现的弹性区域，弹性变形区轧制压力比塑性变形区轧制力小；轧制力计算模型如下F = FP+FE(5)其中，Fp-弹性变形区轧制力，Fe-塑性变形区轧制力；弹性变形区轧制力厂,..=σ( ，7',/；，ν)·Μ · τ(6)塑性变形区轧制力=σ( ,Π_Η· (7)式中cr( )-塑性变形区等效变形抗力，MPa ；σ( , ,Ε,ν)-弹性变形区的等效变形抗力，MPa ；平均变形速率j=77^T^H，s-1，Ah-压下量；Ip-塑性区接触弧长度，=M7M , mm ;Ie-弹性区接触弧长度，mm ；w-轧件宽度，mm;E-杨氏模量，kN ；V-泊松比；Q-应力状态影响系数；ητ-张力状态影响系数；在轧制过程中，会出现轧辊压扁现象，轧辊压扁半径计算模型如下 . C -FR' = R- 1+0-- H-h +^Jh-h j式中R'为乳辊压扁半径，R为轧辊半径，F为轧制力，H为当前机架出口厚度，轧辊压扁系数Γ,.、= 8^~V/ I·0 π·Ε _ .1h"为塑性变形区和弹性变形，I-σ、^ !，其中，h为当前机架的出口 L·厚度， 为塑性变形区和弹性变形区的等效变形抗力平均值；将轧制力和轧辊压扁半径计算模型联立求解以轧辊半径作为初始压扁半径，计算轧制力，再根据该轧制力重新计算轧辊压扁半径V，并与轧辊半径相比较，如果0.001，则表示半径收敛，停止计算，将此时的轧制力和压扁半径作为最终的轧制力和压扁半径；步骤5. 3 :计算带钢与轧辊摩擦热引起的轧件温升、变形热引起的带钢温升和高温带钢与低温轧辊相互接触而产生的温降，并计算当前机架出口温度，进而获得下一机架入口温度；步骤5. 4:重复步骤5. I 5. 3，直到计算出最后一个机架的出口温度，判断该最后一个机架的出口温度是否满足精轧出口目标温度要求即精轧出口目标温度±15度，满足则执行步骤5. 5，否则返回步骤4. 2 ；步骤5. 5 :计算各机架辊缝位置；结合油膜厚度补偿值、宽度补偿量、轧辊磨损量、模型学习量、轧辊热膨胀补偿值和稳态误差量，根据弹跳方程建立各机架辊缝位置计算模型s = h-+s0+sw+sr+se+sa+serr0r (12)式中s-空载棍缝，mm,h_轧件出口厚度，mm,f (F) -f (F0)-轧机弹跳值，mm，其中，f (F)为预报轧制力F下对应的弹跳量，f (F0)为调零轧制力的弹跳量，F。-调零轧制力，kN，S0-油膜厚度补偿值，mm,sw-宽度补偿量，mm，sr-轧棍磨损量，mm,Se-轧棍热膨胀补偿值,mm,Sa-模型学习量，mm，Serror-稳态误差量，mm ；步骤5· 6 :计算电机力能参数，包括轧制力矩和电机功率；步骤6 :对步骤5计算出的轧制参数进行极限校核，判断轧制参数是否满足设备运转条件，若满足，则执行步骤7，否则返回，重新计算。步骤7 :将轧制参数以指令的形式下发到控制系统中，控制热连轧精轧过程。本专利技术的热连轧精轧过程控制系统，可以通过一种包含图形界面和可手工操作来编辑的软件系统来实现，该系统包括通讯模块、数据采集和数据管理模块、带钢跟踪模块、模型计算模块和数据处理模块。通讯模块用于与基础自动化的通信、与人机界面系统(HMI)的通讯、过程机间的通讯、与测厚仪及其它外设的通讯。数据采集和数据管理模块，用于实 时数据采集和数据库操作。带钢跟踪模块，用于根据轧线上的检测仪表信号确定带钢位置，并根据位置触发相应计算任务。模型计算模块包括模型设定计算和模型自学习计算，在系统中做为一个单独进程。依据不同的轧线可以使用不同控制模型，设定计算和自学习计算分别作为单独的工作者线程，等待信号触本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热连轧精轧过程控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：带钢从粗轧最后道次抛钢后，精轧过程控制系统收到粗轧过程控制系统发送的PDI数据，包括钢卷号、钢种、加热炉号、板坯长度、板坯宽度、板坯厚度、板坯重量、中间坯厚度、中间坯宽度、成品厚度、成品宽度、粗轧出口目标温度、精轧入口目标温度、精轧出口目标温度、卷取目标温度和化学成分；步骤2：根据轧制计划制定的工艺要求，确定热连轧精轧目标出口厚度和精轧出口目标温度；步骤3：获得热连轧精轧入口实际温度；步骤3.1：极值校验：设定热连轧精轧入口温度范围，若测温仪采集到的热连轧精轧入口采样点的实时温度超出热连轧精轧入口温度范围，则剔除，否则进行步骤3.2；步骤3.2：对极值校验得到的热连轧精轧入口采样点的温度值进行一次均值处理：将极值校验后的温度值求和，计算热连轧精轧入口温度一次平均值；步骤3.3：对一次均值处理后的热连轧精轧入口采样点温度值进行方差处理：计算方差值，进而求出标准差σ，并将满足正态分布±2σ条件的热连轧精轧入口采样点温度保存；步骤3.4：对方差处理后的热连轧精轧入口采样点温度值进行二次均值处理，处理后的温度值即热连轧精轧入口实际温度T；步骤4：确定机架负荷分配；步骤4.1：确定各机架出口厚度；确定机架间厚度计算公式如下：hi＝Hi·(1?ri)，其中，hi为当前机架出口厚度，Hi为当前机架入口厚度，ri为第i个机架的压下率；步骤4.2：根据成品厚度和精轧出口目标温度，设定穿带速度初始值；步骤5：计算轧制参数，包括各机架的轧辊线速度、入口温度、轧制力、辊缝位置和电机力能参数；步骤5.1：计算机架轧辊线速度和机架入口温度；计算轧辊线速度vr，i：vr，i＝vi(1+fi)，其中，vi为各机架出口的带钢速度，fi为前滑值；根据精轧除鳞前高温计采集到的温度，计算空冷温降和精除鳞水冷温降，计算精轧入口温度，即热连轧精轧第一活动机架的入口温度T1，0：T1，0＝T?dTw?dTA，其中，dTw为轧件水冷温降，dTA为轧件空冷温降；步骤5.2：计算当前机架轧制力；将轧件与轧辊接触区分为两部分：塑性变形区和弹性变形区，其中：塑性变形区为轧件的主变形区，弹性变形区主要是由于轧辊的弹性压扁和轧件的弹性变形所出现的弹性区域，弹性变形区轧制压力比塑性变形区轧制力小；轧制力计算模型如下：F＝FP+FE????????????????????????????(5)其中，FP?弹性变形区轧制力，FE?塑性变形区轧制力；弹性变形区轧制力：FP=σ(ϵ·,T,E,v)·w·lE·nτ---(6)塑性变形区轧制力：FE=σ(ϵ,·T)·w·lP·Q---(7)式中：?塑性变形区等效变形抗力，MPa；?弹性变形区的等效变形抗力，MPa；?平均变形速率，s?1，Δh?压下量；lP?塑性区接触弧长度，mm；lE?弹性区接触弧长度，mm；w?轧件宽度，mm；E?杨氏模量，kN；v?泊松比；Q?应力状态影响系数；nτ?张力状态影响系数；在轧制过程中，会出现轧辊压扁现象，轧辊压扁半径计算模型如下：R′=R·[1+2·C0·F(H-h′′+h-h′′)2]式中：R′为轧辊压扁半径，R为轧辊半径，F为轧制力，H为当前机架出口厚度，轧辊压扁系数h″为塑性变形区和弹性变形，其中，h为当前机架的出口厚度，为塑性变形区和弹性变形区的等效变形抗力平均值；将轧制力和轧辊压扁半径计算模型联立求解：以轧辊半径作为初始压扁半径，计算轧制力，再根据该轧制力重新计算轧辊压扁半径R′，并与轧辊半径相比较，如果则表示半径收敛，停止计算，将此时的轧制力和压扁半径作为最终的轧制力和压扁半径；步骤5.3：计算带钢与轧辊摩擦热引起的轧件温升、变形热引起的带钢温升和高温带钢与低温轧辊相互接触而产生的温降，并计算当前机架出口温度，进而获得下一机架入口温度；步骤5.4：重复步骤5.1～5.3，直到计算出最后一个机架的出口温度，判断该最后一个机架的出口温度是否满足精轧出口目标温度要求即精轧出口目标温度±15度，满足则执行步骤5.5，否则返回步骤4.2；步骤5.5：计算各机架辊缝位置；结合油膜厚度补偿值、宽度补偿量、轧辊磨损量、模型学习量、...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹剑钊，彭文，陈树宗，姬亚锋，丁敬国，张殿华，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：