热连轧精轧设定模型的试验研究

D0I:10.13374/j.is8m1001-053x.1979.02.007 北京钢铁学院学报 1979年第2期 热连轧精轧设定模型的试验研究 北京钢铁学院自动化系 孙一康 摘 要 本文应用我院的计算机控制四机架热连轧试验机组进行了模型试验研究， 确定了能耗、温降、轧制力等模型系数，试验研究了設定模型的控制效果和模 型系统自适应校正等问题。 一、概 述 带钢热连轧精轧机组设定模型的主要任务是根据精轧前带坯的已知参数（温度，厚度 等)和计划成品厚度等数据通过计算后输出各机架的辊缝开口度及轧辊速度值，使带坯进入 精轧机组后能顺利轧成带钢（不堆钢或拉断带钢），並保证带钢头部的厚度精度。因此精轧 设定模型是热连轧计算机控删中涉及质量和产量的主要数学模型之一。 武钢设定模型的主要内容为： 1,负荷分配：负荷分配的实质是已知来料和成品厚度后利用能耗模型通过对各机架的 能耗分配来确定各机架的轧出厚度h1(i=1~n-1),其中n为连轧机组机架数，hn即为成 品厚度， 2.速度配置：从稳态轧制时“秒流量相等”出发，可根据已确定的h,(i=1~n)计 算出各机架应有的辊速度值。作为基准的末架速度一般根据试验或按终轧温度的需要来确 定 3.确定辊缝值：由于带利轧制时存在址若的弹跳现象，因此锟缝S。可川下式确定： S1-h1--P。 ·(L) C, 式中：P,为i机架轧制压力， P。为辊缝仪请另时的顶正靠E力； C为轧机刚度系数。 因此，S。确定的关健在于精确确定各机架轧制压力值。 为了实践设定模型研制方法，模索模型系数自适应校正並研究扩大钢种问题，我们应用 北京钢铁学院的计算机控制四机架热连轧试验机纽进行了榄型的试验研究。 G9

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年第 期 热连轧精轧设定模型的试验研究 北京钢 铁学院 自动化 系 孙 一 康 摘 要 本 文应 用 我院 的计算机控制 四机 架热连轧试 验机组 进 行 了模型试 验研 究 ， 确定 了能耗 、 温 降 、 轧 制力竿模型系 数 ， 试 验研 究 了靓定 模型 的控 制效 果 和 模 型 系统 自适应校 正 等问题 。 一 、 概 述 带钢热连轧精轧机组设 定模型 的主要任务是根据精轧 前带 坯 的 已知 参 数 温度 ， 厚度 等 和计划成品厚度等数据通 过计算后输出 各机架的辊缝开 口 度 及轧 辊速度值 ， 使带 坯 进 入 精轧 机组后 能顺利轧 成带 钢 不堆 钢 或拉 断带 钢 ， 业 保 证带 钢头部 的厚度精 度 。 因此精轧 设 定 模型是热连轧计 算机控 制 中涉 及质量和产 量 的主要数学模型 之一 。 武钢设 定模型 的主要 内容为 负荷分配 负荷分配 的实质 是 已知 来料和成品厚度后利 用能耗 模型通 过 对各机架 的 能耗分 配来 确定各机架 的轧 出厚 度 一 ， 其 中。 为连轧机组机架数 ， 即为成 品厚度， 速度配置 从稳态轧制 时 “ 秒 流 量 相等 ” 出发 ， 可根 据 已确定的 计 算出各机架应 有的轧辊速度值 。 作为基准的末架速度一 般根据试 验 或按终 轧温度的需要来确 定 确定棍缝恤 山 于带 钢 轧 制时存 在显著 的弹跳现 象 ， 因此 辊缝 。 一 可 下 式 确定 勺， 一 一 ︸一 式 中 ‘ 为 机 架轧 制压 力， ， 一 。 为辊缝仪请 另时 的预压 靠压 力， 为轧机刚 度 系数 。 因此 ， 。 确定的关键 在 于精确确定 各机架 轧制压 力值 。 为了实践设定 模型研 制方 法 ， 模 索模型 系数 自适应校 正 业研究扩 大钢种问题 ， 我 们应 用 北 京钢铁学院的计 算机控 制 四 机架热连轧试 验 机 组进 行 了模型 的试 验 研 究 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1979．02．007

③M☒ 。 ④ 9⊙网9①甲一9O网一P①网 0入 : 数入 入 L 榄 图1 T。,T一入口测温仪和出口测温仪，.S-辊缝仪；SR,NR-可控硅装置， M-压下电机，D-主电机，n-测速仪，Tu~活套调节器；X-x射线测厚 仪，P-测压仪 二、試验方法 试验轧机配置了各种相应的检测仪表（图1） 1.测温仪F。和Fτ测量开轧和终轧温度，为了提高响应速度，我们采川数字电压表 直接测量硅光电池产生的热电势並通过数字电压表把信息输入计算机； 2.用脉冲编码可逆计数式辊缝仪测量S。1~S。4; 3.用数字式测速仪测量n1~n4 4.P,~P4轧制力测量用本院研制的数字显示，並以0-1V模拟量信号输入计算机的测 压仪。压头采用电阻应变式，后二个机架由于窗口限制，采川了外形低，抗偏心载荷能力强 的剪幅式测压传感器（图2）； 5.热金属检测器HMD。~HMD4,跟踪轧件並给出相应中断信兮逃彳行采样和控制； 6,各机架主电机（直流）的电压和电流测量。 采样试验时带坯从加热炉取出后，经立辊破鳞由TO测温仪测量运动中的轧件温度， 计算机根据HMD。来的中断信号经延迟后开始采样（连采5个值，取其平均值作为头部温 度)，.以保证避开温度过低的端部。各架压为、辊缝等值以及FT4终轧温度亦通过相同延迟 后再采样（亦采5次值)，以保证同点测量。 70

匕 一 怪 一 刁 … … 一… 显 模 」 … 图 。 ， ‘ 一 入 口 测 温仪 和 出 口 测温仪 一 辊 缝 仪 ， 一 可 控硅装 置 一 压 下 电机， 一 主 电机 一 测速仪 ， “ 一 活 套调 节器 ， 笠 射线测 厚 仪 ， 一 测 压仪 二 、 拭 验 方 法 试 验 轧机配置 了各种 相应 的检侧 仪表 图 测温仪 。 和 ‘ 测 量开 轧 和终 轧温 度 ， 为 了提高 响 应 速 度 ， 我 们 采 用数 字 电压表 直 接测 量硅 光 电池产生的热 电势血通 过 数字 电压表把信 息输入 计 算机 ’ 二 用脉 冲编码可逆计数式辊缝 仪测 量 。 一 。 ‘ 犷 一 用数字式 测 速 仪测 量 ， ‘ 叭 ‘ 轧制 力测 量用本 院研 制 的数字显 示 ， 业 以 。 一 摸拟 量信号输入 计 算机 的 测 压 仪 。 压 头 采 用 电阻 应变式 ， 后 二个机 架 由 于窗 口 限 制 ， 采 川 了外形低 ， 抗偏心 载荷 能力强 的剪幅 式 测压 传感器 图 热金属 检测器 。 ‘ ， 跟踪 轧件 业给 出相应 中断 信 号进 行 采样和 控制 各机架主 电机 直流 的 电压和 电流 测量 。 气 采 样 试验 时带 坯 从 加热炉取 出后 ， 经立辊 破 鳞 由 ’ 测 温 仪测 量运 动 中的轧件温度 ， 计 算机根据 。 来 的 中断信 号经 延 迟后 开 始采 样 连 采 个值 ， 取 其平均值 作为头 部 温 度 ， 以 保证 避开 温度过低 的端部 。 各架压力 、 辊 缝 等值 以 及 终 轧温 度亦通 过 相 同延 迟 后 再 采样 亦 采 次 值 ， 以 保证 同点侧 量

ABC湖面 中/06 一中55 图2 在根据采样结果的加工处理确定模型系数后，为了检验整个设定模型的精度及用它来控 刷不同规格产品的能力，专门翁删了一整套模型及其他程序，控制用程序的工作时序及它！ 问期互关系。见图3 件取 从出 HMD 班 热 活 的 然 I'a 1T CDT CDT 游入表许及警数 SYD SYD 5·- FS3 FSX FSN DDC-APC 1'5 FML -PC 11-1 图3 其中各程序的功能为： 一CDT一检测器状态变换处理积序，用子处哩过程来的各1断信号，並启动相应程序 工作； SY)一问诊断字顶先定-时间，SYD程在此时间已过去时再动相应程 序工作（达词了延迟的作川）； 71

月乃 却面 一 垦否 一 、 八 乙 今今门 电 【名二日 二 叮 童生立日上上 一刊 一 图 在根据采样 结果 的加工处理 确定模 型 系数后 ， 为 丁 检验 整个 设定模 型 的精度 及用它来控 制不 同观格产 品 的能 ， 间期 互关 系 。 见 图 专 门编 制 了一 整套 模型 及其他 程序 ， 控 制 用程序 的工 作时序 及它 们 四咬机钢架韦 ︷︸ ︷ 后鳞陈 加咬一仇训。 ︸ 件轧从加热炉取出吠︸ ” 、 、 入 下 汉 丫 只 ’ 。 山 中甲几 于 其 各程序 的功 能为 刀 二二 二捡测器状 态变换 处理程序 ， 丑几竹 广 一 时间诊 断 个提序 当 顽先洽定 序 工作 达 到 一 延迟 的 作 川 图 用 于处理 过程 来 的各中 断信 号 ， 亚 启动 相应程 序 ，间 ， 不 序在此 于可已过 去 ‘ 再启 、为才 应不丝

B A 按钢种及h查表取温降公式的K。 取FSU請求字 由温降公式计算T: 是 次设定> 否 i>47 i=i+1 次设定請求位复位 香 是二 是 这 次设定 据根钢种查表取钢种系数 读操作台数 否 二次设定睛求位复位 键饩送FTO 单 填APC清求字 i=1 读T测厚 术程序结束酵 仪扫描值途 用变形阻力公式计算a 求APC运行 FTO单元 将常数P',运P单元 j=1 根据成品厚度h由表查取负何分配公 式系数(K1,K2)及负何分配系数 川P单元的压力值计算压肩后？© 读操作台给定数码指定的原始 根据机架号确定Q,公式系数 数据(H,B,h,V,Ri钢种码》 用轧调力公式计算压力，结 由负何分配公式计算h:(i=1~3) 果运P单元 i1 否 j>5 j=j+1 是 按前滑公式计算f: 用P单元压力按弹跳方程 计算辊缝S; 由流量公式计算轧辊速度V: 否 i>4t 4 i=i+1 是 i=1 图4精扎，設定(FSU)程序框 72

按 钢种 及 五查表取 温降公 式的 由温降公式计算 是 据根 钢种查表取钢种系数 用变形 阻 力公 式计算。 将 常数 ‘ ， 这 单 元 州不 一 根据机架号确定 ， 公 式 系数 习 用 轧制 力 公 式 计算压 力 ，结 果 送 单元 卜、 引 ” ’ 十 ’ 是 用 单元 压力按弹跳 方程 计算辊 缝 玉 寸 嵘名各 一 次设定精求位复位 躲 单元 霆姚 读 。 测厚 仪扫描 值掀 单元 根 据成品 厚度 卜 由表查取 负何分配公 式 系数 ， 及负何分配系数 读 操作台给定数码 指定的原始 数据 ， ， ， ， 钢种码 按前滑公式计算 二 图 精 术段 定 程序 组 框

FSN一精轧扫描程序，用来扫描温度，各架压力批缝速度电压电流等参数； FSU一一为精轧设定模型，其工作粗框图见图4； FML一为自学习模型，我们在本文中又称其为模型系数自适应校正： FAC一为本块料自适应程序，当轧件咬入第一机架后，如实测压力和原先预报的压 力差别较大时，用其相对误差值(%)来及时修正第二~第四机架使轧件进入后面机架时， 能较好地保证轧出厚度的精度， DDC-APC一为数字直接控制自动预整定控制系统的程序，当设定模型计算出合适 的辊缝和轧辊速度值后，由APC程序启动压下机构及调整主传动速度，使各机架辊缝及转 速都达到设定值。其工作原理为每隔100~200mS对各机架实际辊缝值和主传动速度进行采 样，然后和设定值相比，如有偏差则输出相应的控制信号使此偏差尽快消除。 在确定了各模型系数后利用所编程序进行了：三种钢种多种规格的设定模型控制试验及自 适应校正试验。 三、模型系数的确定 1.能耗模型 带钢由来料原度H。轧成目标厚度时，n个机架轧制过程所消耗的单位能耗总和称为 总能耗a: (2) 而j机架的累积能耗(1装机果架到j机架的单位能耗之和！为： (3) i=1 能耗分心一般常采H累能耗分礼系数甲1(j=1~1) p,=a1/a.×100%(j=1~n) (4) 因此单n=100% 累积能耗分配系数一般根据现场操作经验统计而得。 为了计算机进行负荷分配计算需要写出能耗的数学关系式，文献中发表了好几种形式的 数学式，我！采用： a.-K,(1w入)2+K21n入 (3) 诚 aK1(1n入，)2+K21n入 其中： =,a1=出 由上述公式可推导出确定h,的公式(j=1~n-1) ,=甲，ts=K:(11入1)2+Kz1n入， =k(1n是；》+：lH; 73

－精轧扫描程序 ， 用来扫描 温 度 ， 各架压 力 棍缝 速 度 电压 电流等参数 一 一 为精 轧设定模 型 ， 其工作粗框 图见 图 － 为 自学 习模 型 ， 我 们在 本文 中又称 其为模 型 系数 自适应校 正 ， － 为本块料 自适应程 序 ， 当轧件咬入 第一 机架后 ， 如实测压 力和 原先预报 的压 力差 别较大 时 ， 用 其相对 误差值 来 及时修 正 第二一 第 四 机架使轧件进入后 面 机架时 ， 能较好地 保证轧 出厚 度的精度 一 －为数 字直接控 制 自动 预整定控 制系统 的程序 ， 当 没定 模 型 计 算出合适 的辊缝和 轧辊速 度值 后 ， 由 程序 启动压下机 构及调 整 主传动 速度 ， 使各机 架辊缝 及转 速都达到设 定值 。 其工 作原理为每 隔 一 对各机 架实际 辊缝 值和主传动 速度进行 采 样 ， 然 后和 设定值 相 比 ， 如 有偏差 则输出相应 的控 制信 号使此 偏差尽 快消除 。 在 确定 了各模型 系数 后利 用所 编程序进 行 了 三种 钢种多种规格的设定模 型控 制试 验 及 自 适 应校正试 验 。 三 、 模 型 系数 的确定 了 能耗棋 型 带钢 由来料厚度 。 轧成 日标厚 度 。 时 ， 总 能耗“ 个机 架轧制过 程所 消耗 的单位能耗总 和称为 △ · 一 刀 丁厅 扫 架的累 积能耗 莽机架到 机 架的单位 能耗之 和 为 、 ， 二 刁 “ “ 能 耗分配一 般华诊采 用累积 能耗 分配 系数甲 ， 甲 ， 又 因此 甲 。 二 累积能耗分配 系数一 般根据现场 操作经 验统计而得 。 为 了计 算机进行 负荷 分配计 算需 要 写 出能 耗 的数学关 系式 ， 数学式 ， 我们 采 用 、 二 一 入 、 “ 一 卜 义 ， 入 而 、、 二 ， 入， “ “ 一 入， 文 献 中发表 了好几种形式 的 ︷， 一 一 良 ︸幻 二 比一 人 山 其 人 中 由上述 公式可推 导 出确定 ，的公式 二 一 一 ， 丁 二 甲 ， 长 吸 一入 丈 入， 二 叮 · ，· 一 诀 ，孟 ，飞了