首鋼京唐1580mm熱軋工程精軋自動(dòng)化模型系統(tǒng)

1、RAL東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2005年年10月月帶鋼熱連軋精軋過(guò)程自動(dòng)化帶鋼熱連軋精軋過(guò)程自動(dòng)化模型系統(tǒng)方案模型系統(tǒng)方案RALRAL技術(shù)交流RAL內(nèi)內(nèi) 容容 概概 述述1. 精軋過(guò)程設(shè)定（精軋過(guò)程設(shè)定（FSU)2. 板形控制系統(tǒng)（板形控制系統(tǒng)（PCFC)3. 其它功能其它功能RAL功功 能能 概概 述：述：為軋件頭部而設(shè)定軋機(jī)，使軋件頭部在精軋機(jī)組出口達(dá)到目標(biāo)厚度和終軋溫度精度要求；為自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)(AGC)及終軋溫度控制系統(tǒng)(FTC)提供增益系數(shù)及基準(zhǔn)值，確保軋件全長(zhǎng)厚度和溫度的均勻性。1. 精軋過(guò)程設(shè)定（精軋過(guò)程設(shè)定（FSU）

2、RAL1.1 精軋過(guò)程設(shè)定系統(tǒng)的構(gòu)成1.2 精軋過(guò)程設(shè)定系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖1.3 精軋?jiān)O(shè)定計(jì)算1.4 精軋自學(xué)習(xí)計(jì)算1.5 精軋穿帶自適應(yīng)1.6 精軋?jiān)O(shè)定計(jì)算基本數(shù)學(xué)模型1. 精軋過(guò)程設(shè)定（精軋過(guò)程設(shè)定（FSU）RAL1.1 精軋過(guò)程設(shè)定系統(tǒng)的構(gòu)成精軋過(guò)程設(shè)定系統(tǒng)的構(gòu)成基于軋制理論數(shù)學(xué)模型或經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型，計(jì)算精軋區(qū)的各種物理參數(shù)；進(jìn)行壓下規(guī)程的計(jì)算，決定設(shè)備基準(zhǔn)值 。將預(yù)測(cè)值與實(shí)際值進(jìn)行比較，計(jì)算自學(xué)習(xí)系數(shù)用于設(shè)定計(jì)算，使設(shè)定值更接近實(shí)際值。 根據(jù)上游機(jī)架的輥縫實(shí)測(cè)值修正下游機(jī)架輥縫壓下位置，提高帶鋼同板厚度精度。 RAL1.1 精軋過(guò)程設(shè)定系統(tǒng)的構(gòu)成精軋過(guò)程設(shè)定系統(tǒng)的構(gòu)成RAL1.2 精軋過(guò)程設(shè)定

3、數(shù)據(jù)流圖精軋過(guò)程設(shè)定數(shù)據(jù)流圖RAL1.3.1 輸入處理；1.3.2 確保精軋入口溫度（FET）功能；1.3.3 壓下規(guī)程的計(jì)算；1.3.4 確保終軋溫度（FDT）功能；1.3.5 軋機(jī)極限檢查；1.3.6 基準(zhǔn)值的確定。1.3 精軋?jiān)O(shè)定計(jì)算精軋?jiān)O(shè)定計(jì)算RAL為精軋模型設(shè)定計(jì)算準(zhǔn)備數(shù)據(jù)：為精軋模型設(shè)定計(jì)算準(zhǔn)備數(shù)據(jù)： 原始數(shù)據(jù)：鋼卷號(hào)；鋼種；目標(biāo)厚度；目標(biāo)寬度；目標(biāo)溫度等。 系統(tǒng)常數(shù)：設(shè)備數(shù)據(jù)等。 層別數(shù)據(jù)：極限值，材料性能數(shù)據(jù)等。 實(shí)際數(shù)據(jù)：測(cè)量溫度，軋件測(cè)量尺寸等。 操作工輸入數(shù)據(jù)：操作工干預(yù)模式或干預(yù)值等。 計(jì)算數(shù)據(jù)：其它部分計(jì)算的數(shù)據(jù)（如粗軋過(guò)程機(jī)設(shè)定計(jì)算數(shù)據(jù)等） 1.3.1 輸入處理輸入

4、處理RAL1.3.2 精軋入口溫度設(shè)定精軋入口溫度設(shè)定FT0RT2中間輥道速度飛剪切頭速度粗軋速度R212mt1t2t3t4將粗軋出口表面實(shí)測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為平均溫度；計(jì)算精軋開(kāi)軋溫度；調(diào)節(jié)保溫罩或設(shè)定擺鋼時(shí)間，確保精軋開(kāi)軋溫度。RAL負(fù)荷分配設(shè)定精軋?jiān)O(shè)定計(jì)算的目的負(fù)荷分配設(shè)定精軋?jiān)O(shè)定計(jì)算的目的 按給定的負(fù)荷（壓下量、軋制力或功率）分配模式將精軋機(jī)組總壓下量分配給各個(gè)機(jī)架，確定各機(jī)架出口軋件厚度。 計(jì)算每一機(jī)架軋制速度，軋制溫度以及軋制力、軋制力矩、電機(jī)功率等軋制過(guò)程力能參數(shù) 1.3.3 負(fù)荷分配設(shè)備負(fù)荷分配設(shè)備RAL壓下規(guī)程計(jì)算模式：壓下規(guī)程計(jì)算模式：軋制力模式功率模式壓下量模式 1.3.3 壓下

5、規(guī)程的計(jì)算壓下規(guī)程的計(jì)算127123:P PP 負(fù)荷值: 軋制力、功率或壓下量負(fù)荷分配比RAL 在軋制力和功率兩種模式下采用改進(jìn)的Newton-Raphson法迭代計(jì)算：1.3.3 壓下規(guī)程的計(jì)算壓下規(guī)程的計(jì)算11121(1)1121222(122(1)1(1)2(1)(1)111111)11|kkjjjjnnnnnnnniiiijhhhhjijijiiihiiAAAhBAAAhBAAAhBfPPAhhhPPB1 (1,2,1)kjjihkkiiihhthin121( , ,) 1 1 1 1,2 4 8nit ttt tRAL 在方程系數(shù)矩陣奇異的情況下，采用如下數(shù)值轉(zhuǎn)換方法計(jì)算各機(jī)架厚度修

6、正量 ：1.3.3 壓下規(guī)程的計(jì)算壓下規(guī)程的計(jì)算ih1111 (1,2,1)kkkiiiikiikkkiiiiaphha pinhhKh kihKi -調(diào)和系數(shù)，取自集合1 111,3 6 12 24-第i機(jī)架的壓下量，mm RAL 負(fù)荷分配比的確定：1.3.3 壓下規(guī)程的計(jì)算壓下規(guī)程的計(jì)算以軋制時(shí)軋機(jī)電機(jī)功率消耗總和最低為目標(biāo)函數(shù)： 1()niiJminN約束條件： 設(shè)備強(qiáng)度能力（軋制力）的限制：0iimaxFF 電機(jī)能力的限制： 0iimaxNN0iimaxMM 工藝條件的限制：iminiimax板形良好條件的限制： (4,5,6,7)ininCRCRihhRAL 負(fù)荷分配比的確定：1.3

7、.3 壓下規(guī)程的計(jì)算壓下規(guī)程的計(jì)算RAL主要任務(wù)：主要任務(wù)：調(diào)節(jié)機(jī)架間噴嘴組態(tài)或穿帶速度，使帶鋼頭部溫度達(dá)到目標(biāo)溫度范圍。1.3.4 終軋溫度設(shè)定終軋溫度設(shè)定層別噴嘴組態(tài)層別噴嘴組態(tài)及穿帶速度及穿帶速度打開(kāi)一個(gè)噴嘴打開(kāi)一個(gè)噴嘴關(guān)閉一個(gè)噴嘴關(guān)閉一個(gè)噴嘴 過(guò)過(guò) 高高過(guò)過(guò) 低低 結(jié)結(jié) 束束噴噴嘴嘴可可調(diào)？調(diào)？ 計(jì)計(jì) 算算 終終 軋軋 溫溫 度度降低穿帶速度降低穿帶速度噴噴嘴嘴可可調(diào)？調(diào)？ YES提高穿帶速度提高穿帶速度 YES NO NO終軋溫度在目標(biāo)上下限范圍內(nèi)終軋溫度在目標(biāo)上下限范圍內(nèi)RAL修正噴嘴組態(tài)：修正噴嘴組態(tài)：1.3.4 終軋溫度設(shè)定終軋溫度設(shè)定 噴嘴開(kāi)啟順序：1 2 3 4 5 6 噴

8、嘴關(guān)閉順序：1 2 3 4 5 6修正穿帶速度：修正穿帶速度：2PriCalCalCalCalCalCalFdtFdtFetVVFdtFet RAL主要任務(wù)：主要任務(wù)： 在壓下規(guī)程計(jì)算完成后，對(duì)軋制力、電機(jī)功率在壓下規(guī)程計(jì)算完成后，對(duì)軋制力、電機(jī)功率和軋輥轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢查，確保安全生產(chǎn)。和軋輥轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢查，確保安全生產(chǎn)。 軋制力或功率超限軋制力或功率超限 ：修改負(fù)荷分配比；修改負(fù)荷分配比； 轉(zhuǎn)速超限：超限最嚴(yán)重的機(jī)架速度設(shè)為極限值，按轉(zhuǎn)速超限：超限最嚴(yán)重的機(jī)架速度設(shè)為極限值，按秒流量相等原則確定其它機(jī)架速度。秒流量相等原則確定其它機(jī)架速度。1.3.5 軋機(jī)極限校核軋機(jī)極限校核RAL主要任務(wù)：主要任

9、務(wù)：軋機(jī)輥縫的計(jì)算DSU影響系數(shù)的計(jì)算AGC增益系數(shù)、活套角以及張力等（層別索引方式）1.3.6 設(shè)定參數(shù)設(shè)定參數(shù)RAL1.4 精軋自學(xué)習(xí)計(jì)算精軋自學(xué)習(xí)計(jì)算自學(xué)習(xí)過(guò)程將預(yù)測(cè)值與實(shí)際值進(jìn)行比較，計(jì)算學(xué)習(xí)系數(shù)使預(yù)測(cè)值更加接近實(shí)際值。精軋自學(xué)習(xí)主要包括壓下位置，前滑率，軋制力，電機(jī)功率，溫度自學(xué)習(xí)5個(gè)方面。RAL1.4 模型自學(xué)習(xí)計(jì)算模型自學(xué)習(xí)計(jì)算1.4.1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的采集及處理1.4.2 設(shè)定值再計(jì)算1.4.3 自學(xué)習(xí)系數(shù)的計(jì)算RAL數(shù)據(jù)采集方法：數(shù)據(jù)采集方法： 同時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)：第一次采樣開(kāi)始時(shí)刻 = F7 咬鋼 + 延遲 以0.05s采樣周期，采集10點(diǎn)如下數(shù)據(jù)：精軋各機(jī)架軋制力精軋各機(jī)架輥縫精軋各

10、機(jī)架轉(zhuǎn)速F7出口厚度活套角 1.4.1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的采集及處理實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的采集及處理RAL數(shù)據(jù)采集方法：數(shù)據(jù)采集方法： 同一點(diǎn)數(shù)據(jù)：第一次采樣開(kāi)始時(shí)刻 = Fi 咬鋼 + 延遲 以0.05s采樣周期，采集10點(diǎn)如下數(shù)據(jù)：精軋各機(jī)架軋制力和彎輥力精軋各機(jī)架輥縫精軋各機(jī)架轉(zhuǎn)速電機(jī)功率F7出口厚度、寬度及溫度活套角 1.4.1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的采集及處理實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的采集及處理RAL 采樣數(shù)據(jù)的處理采樣數(shù)據(jù)的處理 平均值濾波法：1.4.1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的采集及處理實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的采集及處理1min()max()2niiiiActXXXXnRAL1.4.2 再計(jì)算再計(jì)算根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)條件（軋件運(yùn)輸時(shí)間，實(shí)際除鱗方式，機(jī)架間噴

11、嘴組態(tài)，實(shí)際軋制速度以及各機(jī)架出口厚度計(jì)厚度等）調(diào)用相關(guān)數(shù)學(xué)模型重新計(jì)算。RAL 其它學(xué)習(xí)系數(shù)：其它學(xué)習(xí)系數(shù)：式中： 學(xué)習(xí)系數(shù)當(dāng)前值； CI學(xué)習(xí)系數(shù)瞬時(shí)值； 學(xué)習(xí)系數(shù)上次使用值(層別數(shù)據(jù))； 平滑系數(shù)。11NINCCC1.4.3 自學(xué)習(xí)系數(shù)的計(jì)算自學(xué)習(xí)系數(shù)的計(jì)算短期自學(xué)習(xí)系數(shù)的計(jì)算：短期自學(xué)習(xí)系數(shù)的計(jì)算：前滑學(xué)習(xí)系數(shù)：前滑學(xué)習(xí)系數(shù)：NICCNC1NCRAL 輥縫修正公式：輥縫修正公式： DSU影響系數(shù)的計(jì)算（影響系數(shù)的計(jì)算（L2級(jí)級(jí)):1.5 穿帶自適應(yīng)穿帶自適應(yīng)112233 ( =5,6,7)iiiDSUiiiSFFFiSSS2122123222222332333333312112112Hi

12、TiiiThHiTiiiTTThiTiiiTTQaQTMTQMQQaQTMTQTQMTQMQaQTMTQTQM RAL速度修正公式：速度修正公式：速度補(bǔ)償系數(shù)的計(jì)算（速度補(bǔ)償系數(shù)的計(jì)算（L2級(jí)級(jí)):1.5 穿帶自適應(yīng)穿帶自適應(yīng)442551ActCalVVASBS2555555555555551111111hhMAQfhMQMBfQhfhMQRAL溫度模型軋制力模型（考慮加工硬化影響）軋制力矩模型電機(jī)功率模型軋制速度模型軋機(jī)彈跳（輥縫）模型1.6 基本數(shù)學(xué)模型基本數(shù)學(xué)模型RAL3.1 軋機(jī)剛度的測(cè)量與計(jì)算軋機(jī)剛度的測(cè)量與計(jì)算3.2 軋輥偏心控制軋輥偏心控制3.3終軋溫度控制（終軋溫度控制（FTC

13、）3. 其它功能其它功能RAL功能概述：功能概述： L1級(jí)采用“自壓靠”方法測(cè)得輥縫和軋制力，過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)接收到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)后，基于最小二乘法，計(jì)算軋機(jī)剛度曲線，在操作工確認(rèn)計(jì)算結(jié)果的合理性之后，新的軋機(jī)剛度用于精軋?jiān)O(shè)定計(jì)算（FSU）和精軋自動(dòng)厚度控制（AGC）功能。3.1 軋機(jī)剛度的測(cè)量與計(jì)算軋機(jī)剛度的測(cè)量與計(jì)算RAL3.1.1 數(shù)據(jù)的采集方法3.1.2 軋機(jī)剛度曲線的擬和3.1 軋機(jī)剛度的測(cè)量與計(jì)算軋機(jī)剛度的測(cè)量與計(jì)算RAL每次采集數(shù)據(jù)，逐步壓下及提升軋輥。在這一過(guò)程中，采集兩次數(shù)據(jù)。多次采集工作側(cè)和驅(qū)動(dòng)側(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)。步長(zhǎng)及采集數(shù)據(jù)的范圍確定如下： 200 ton F 2300 ton ,

14、0.1 mm 步長(zhǎng)共采集80個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，其中壓輥時(shí)和提輥時(shí)各40點(diǎn)數(shù)據(jù)。壓輥和提輥指令一步一步輸入。在軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下收集軋制力數(shù)據(jù)（在某一固定輥縫下，支撐輥每轉(zhuǎn)收集5點(diǎn)數(shù)據(jù)，5點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值即為該輥縫下的軋制力）。3.1.1 數(shù)據(jù)采集方法數(shù)據(jù)采集方法RAL最小二乘法分段回歸：軋制力輥縫200ton400ton600ton800ton1000ton代表點(diǎn)代表點(diǎn)Sa Pb3.1.2 軋機(jī)剛度曲線的擬和軋機(jī)剛度曲線的擬和RAL 軋輥偏心設(shè)定功能預(yù)測(cè)軋輥偏心的幅度和相位，設(shè)定補(bǔ)償參數(shù)以防止帶鋼厚度的周期性波動(dòng)。數(shù)據(jù)采集方法預(yù)壓靠狀態(tài)下的計(jì)算軋制狀態(tài)下的計(jì)算軋輥偏心動(dòng)態(tài)控制3.2 軋輥偏心控制軋輥偏心

15、控制RAL1）軋機(jī)調(diào)零結(jié)束后，降低軋輥的轉(zhuǎn)速，L1級(jí)在恒定的轉(zhuǎn)速(5O/50ms)下采集216個(gè)點(diǎn)的如下數(shù)據(jù)：軋制力；上支撐輥轉(zhuǎn)角；下支撐輥轉(zhuǎn)角。3.2.1 數(shù)據(jù)采集方法數(shù)據(jù)采集方法RAL2）當(dāng)精軋出口測(cè)寬儀檢得時(shí)，L1級(jí)收集軋制過(guò)程中的如下數(shù)據(jù)50msec216Point）：軋制力；上支撐輥轉(zhuǎn)角；下支撐輥轉(zhuǎn)角軋輥偏心修正量當(dāng)前值；AGC修正量3.2.1 數(shù)據(jù)采集方法數(shù)據(jù)采集方法RAL3.2.2預(yù)壓靠條件下的計(jì)算預(yù)壓靠條件下的計(jì)算振幅 Sj0相位修正角ijL2級(jí)參數(shù)計(jì)算采集數(shù)據(jù)AFT0 檢得PLCF1 F2 F6 F7調(diào)零結(jié)束0cosrefiijjjjssL1級(jí)偏心動(dòng)態(tài)控制支撐輥轉(zhuǎn)角jiRAL振幅 Sj0相位修正角ij波 次L2級(jí)參數(shù)計(jì)算采集數(shù)據(jù)AFT0 檢得PLCF1 F2 F6 F7FW7檢得0cosr