六辊平整机组用虚拟板形仪进行板形闭环控制的方法

摘要

本发明涉及一种六辊平整机组用虚拟板形仪进行板形闭环控制的方法，其特征是：在六辊轧机平整机组的计算机系统中设置一个虚拟板形仪，虚拟板形仪包括以下由计算机执行的步骤：(a)基本设备参数的收集步骤；(b)板形动态显示步骤；(c)板形闭环反馈步骤；(d)板形预报步骤。其优点是：本发明通过大量的现场试验和理论研究，开发出了相应的板形分析与闭环控制系统，在不配置实体板形仪的前提下不但实现了板形的动态可视化显示与闭环控制，而且实现了板形预报等附加功能，可以有效地提高现场的板形质量。

主权项

1.一种六辊平整机组用虚拟板形仪进行板形闭环控制的方法，其特征是：在六辊轧机平整机组的计算机系统中设置一个虚拟板形仪，虚拟板形仪包括以下由计算机执行的步骤：（a）基本设备参数的收集步骤，包括工作辊的辊身长度L_w、中间辊的辊身长度L_m、支撑辊的辊身长度L_b、工作辊弯辊缸距离l_w、中间辊弯辊缸距离l_m、支撑辊压下螺丝中心距l_b、工作辊的辊径D_w、中间辊的辊径D_m、支撑辊的辊径D_b、工作辊的辊型D_wi、中间辊的辊型D_mi、支撑辊的辊型D_bi、中间辊所允许的最大正弯辊力中间辊所允许的最大负弯辊力工作辊所允许的最大正弯辊力工作辊所允许的最大负弯辊力最大负倾辊量最大正倾辊量${\eta }_{\max }^{+};$（b）板形动态显示步骤；（c）板形闭环反馈步骤；（d）板形预报步骤；所述板形动态显示步骤包括以下由计算机执行的步骤：b1）收集待安装虚拟板形仪的六辊轧机数据采集系统的采样周期τ_s；b2）给出虚拟板形仪板形动态显示的周期τ_x，该周期与安装虚拟板形仪的计算机的主频、容量相关，并且必须保证τ_x是τ_s的整数倍以及在该周期内完成两次板形计算；b3）定义虚拟板形仪动态显示画面个数过程参数N、包括年月日小时分钟秒毫秒信息的标准北京时间参数t；b4）定义轧制状态参数ξ，其中ξ=1表示开始轧制、ξ=-1表示停止轧制，该指令由现场操作人员根据现场实际情况发送；b5）给定初始钢卷号COILNO1=0，准备板形动态显示；b6）从轧机三级系统中收集当前时刻所轧钢卷的卷号COILNO、带材宽度B、钢种代码Steel grade name；b7）判断不等式|COILNO1-COILNO|>0是否成立如果成立，则令N=1，创建数据文件，并以所收集的钢卷号COILNO作为文件名，在文件中写入钢卷号COILNO、带材宽度B、钢种代码Steel grade name，转入步骤b8）；如果不等式|COILNO1-COILNO|>0不成立，则转入步骤b8）；b8）通过轧机数据采集系统收集在t时刻轧机的实际轧制压力P_N、实际前张力T_1N、实际后张力T_0N、实际压下率ε_N、实际中间辊弯辊力S_mN、实际工作辊弯辊力S_wN、实际倾辊量η_N、实际窜辊量δ_N、来料实际厚度h_0N、实际轧制速度V_N；b9）利用板形机理模型计算出轧制压力为P_N、前张力为T_1N、后张力为T_0N、压下率为ε_N、中间辊弯辊力S_mN、工作辊弯辊力S_wN、倾辊量为η_N、窜辊量δ_N、来料厚度为h_0N以及轧制速度为V_N时宽度为B、钢种代码为Steel grade name的带材的前张力横向分布值σ_1Ni，i为带材在横向的条元号，i=1,2,……,n，n为带材总的条元数；b10）根据前张力横向分布值σ_1Ni计算出以I-Unit为单位表示的板形分布${\mathrm{SHape}}_{\mathrm{Ni}}=\frac{\frac{T_{1N}}{{\mathrm{Bh}}_{0N}(1-{ϵ}_N)}-{\sigma }_{1\mathrm{Ni}}}{E}\left({1-v}^2\right)\times {10}^5,$E为带材的弹性模量，v为泊松比；b11）利用可视化软件的动态显示功能，将SHape_Ni用柱状图动态显示出来，同时将时刻t、实际轧制压力P_N、实际前张力T_1N、实际后张力T_0N、实际中间辊弯辊力S_mN、实际工作辊弯辊力S_wN、实际倾辊量η_N、实际窜辊量δ_N、来料实际厚度h_0N、实际轧制速度V_N以及所对应的板形SHape_Ni写入到所建立的数据文件中，以便板形再现；b12）判断不等式ξ<0是否成立如果不等式成立，则结束板形显示，虚拟板形仪停止工作；如果不等式不成立，则COILNO1=COILNO、N=N+1，转入步骤b6），直到不等式ξ<0成立为止；所述板形闭环反馈步骤包括以下由计算机执行的步骤：c1）收集目标板形系数a₁、a₂、a₃、a₄，其中a₁表示一次板形系数、a₂表示二次板形系数、a₃表示三次板形系数、a₄表示四次板形系数；c2）确定板形反馈过程中弯辊力的单步最小调整系数ψ；c3）确定板形反馈过程中倾辊量的单步最小调整系数c4）确定板形反馈的周期τ_f,该周期与安装虚拟板形仪的计算机的主频、容量相关，并且必须保证τ_f是τ_s的整数倍以及在该周期内完成次的板形计算；c5）定义轧制时刻过程参数t₀、虚拟板形仪板形反馈次数过程参数M；c6）接收操作指令，判断是否开始轧制如果已经开始轧制，记录下当前的标准北京时间t，并令t₀=t，转入步骤c7）；如果没有开始轧制，则进入等待状态；c7）从轧机三级系统中收集当前时刻所轧钢卷的带材宽度B、钢种代码Steel grade name；c8）通过轧机数据采集系统收集从t₀到t₀+τ_f时刻轧机的实际轧制压力{P_Mj j=1,2,…,m}、实际前张力{T_1Mj j=1,2,…,m}、实际后张力{T_0Mj j=1,2,…,m}、实际压下率{ε_Mj j=1,2,…,m}、来料实际厚度{h_0Mj j=1,2,…,m}、实际轧制速度{V_Mj j=1,2,…,m}，j表示t₀到t₀+τ_f时刻内所收集的各类实际轧制工艺参数按照时间先后顺序的编号，j=1,2,…,m，m表示在t₀到t₀+τ_f时刻内所收集的特定类型的轧制工艺参数的个数，c9）引入参数剔除过程变量数组{α_j j=1,2,…,m}，并将{α_j}用下式来表示：$\left\{{\alpha }_j\right\}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{|P_{\mathrm{Mj}}-\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{P}_{\mathrm{Mj}}|}{\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{P}_{\mathrm{Mj}}}+\frac{|T_{1\mathrm{Mj}}-\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{T}_{1\mathrm{Mj}}|}{\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{T}_{1\mathrm{Mj}}}+\frac{|T_{0\mathrm{Mj}}-\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{T}_{0\mathrm{Mj}}|}{\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{T}_{0\mathrm{Mj}}}+& \\ \frac{|{ϵ}_{\mathrm{Mj}}-\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{ϵ}_{\mathrm{Mj}}|}{\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{ϵ}_{\mathrm{Mj}}}+\frac{|h_{0\mathrm{Mj}}-\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{h}_{0\mathrm{Mj}}|}{\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{h}_{0\mathrm{Mj}}}& j=\mathrm{1,2},···m\end{array}\right\},$α_j表示在t₀+jτ_s时刻的剔除变量；c10）将{α_j}根据数值的大小按照从大到小即降序排序，并定义排序工作数组{n_kk=1,2,…,m}使该数组满足不等式${\alpha }_{n_1}\ge {\alpha }_{n_2}\ge ···\ge {\alpha }_{n_{k-1}}\ge {\alpha }_{n_k}\ge {\alpha }_{n_{k+1}}\ge ···\ge {\alpha }_{n_m},$其中n_k代表{α_j}按照数值降序排序后的第k个剔除变量所对应的按照时间顺序排序的编号，k代表代表{α_j}按照数值降序排序后的大小序号；c11）排除偶然因素的干扰，在t₀到t₀+τ_f时刻内所采集的实际轧制工艺参数中剔除掉20%的数据，然后对剩下的80%的数据进行平均，得到t₀到t₀+τ_f时刻内从用于反馈的特征轧制工艺参数，包括特征轧制压力P_M、特征前张力T_1M、特征后张力T_0M、特征压下率ε_M、特征来料厚度h_0M、特征轧制速度V_M，其表达式分别为$P_M=\frac{1}{m_2}\underset{k=m_1+1}{\overset{m}{\Sigma }}{P}_{{\mathrm{Mn}}_k},T_{1M}=\frac{1}{m_2}\underset{{k=m}_1+1}{\overset{m}{\Sigma }}{T}_{1{\mathrm{Mn}}_k},T_{0M}=\frac{1}{m_2}\underset{k=m_1+1}{\overset{m}{\Sigma }}{T}_{0{\mathrm{Mn}}_k},{ϵ}_M=\frac{1}{m_2}\underset{k=m_1+1}{\overset{m}{\Sigma }}{ϵ}_{M{n}_k},$$h_{0M}=\frac{1}{m_2}\underset{k=m_1+1}{\overset{m}{\Sigma }}{h}_{0M{n}_k},V_M=\frac{1}{m_2}\underset{{k=m}_1+1}{\overset{1}{\Sigma }}{V}_{{\mathrm{Mn}}_k},$其中m₁表示t₀到t₀+τ_f时刻内剔除的实际轧制参数的个数，m₁=int(0.2m)，m₂表示t₀到t₀+τ_f时刻内保留未剔除的实际轧制参数的个数，m₂=m-m₁；c12）根据t₀到t₀+τ_f时刻内特征轧制工艺参数，确定当前反馈周期内工作辊弯辊力的反馈值S_wM、中间辊弯辊力的反馈值S_mM、倾辊量反馈值η_M、中间辊窜辊量的反馈值δ_M；c13）将t₀到t₀+τ_f时刻内中间辊窜辊量的反馈值δ_M、倾辊量的反馈值η_M、中间辊弯辊力的反馈值S_mM、工作辊弯辊力的反馈值S_wM发送到六辊轧机的一级系统，对当前中间辊窜辊量、倾辊量、中间辊弯辊力、工作辊弯辊力进行重新设定；c14）判断不等式ξ<0是否成立如果不等式成立，则结束板形反馈，虚拟板形仪的板形反馈系统停止工作，转入c6）；如果不等式不成立，则令M=M+1，t₀=t₀+τ_f，转入步骤c7），直到不等式ξ<0成立为止；所述板形预报步骤包括以下可由计算机执行的步骤：d1）通过操作画面收集待预报板形钢卷的基本带材特性参数，包括带钢的来料厚度h_0y、带材宽度B_y、钢种代码Steel grade name；d2）通过操作画面收集待预报板形钢卷的基本轧制工艺参数，包括轧制压力P_y、前张力T_1y、后张力T_0y、压下率ε_y、倾辊量η_y、轧制速度为V_y、中间辊窜辊量δ_y、中间辊弯辊力S_my、工作辊弯辊力S_wy；d3）利用板形机理模型计算出轧制压力为P_y、前张力为T_1y、后张力为T_0y、压下率为ε_y、来料厚度为h_0y、轧制速度为V_y、中间辊窜辊量δ_y、倾辊量为η_y、中间辊弯辊力S_my、工作辊弯辊力S_wy时宽度为B_y、钢种代码为Steel grade name的带材的带材前张力横向分布值τ_1yi；d4）根据前张力横向分布值σ_1yi计算出以I-Unit为单位表示的板形分布${\mathrm{SHape}}_{\mathrm{yi}}=\frac{\frac{T_{1y}}{{\mathrm{Bh}}_{0y}}{-\sigma }_{1\mathrm{yi}}}{E}\left({1-v}^2\right)\times {10}^5;$d5）利用可视化软件的显示功能，将SHape_yi用柱状图动态显示出来，完成不同轧制参数下的板形预报。