（材料加工工程专业论文）单机架冷轧机过程控制模型系统研究与开发.pdf

垒鲨耋些垒娑叁：些銎坠 摘要 冷轧薄板在社会生产、生活方面有着广泛的应用，它的需求量在逐年增加， 对产品质量的要求也越来越高。在我国的冷轧生产中，单机架冷轧机由于投资少， 生产灵活等优点而占有重要的地位。与此同时，过程控制的模型系统又是保证现 代化冷轧生产正确，顺利进行不可缺少的中心环节。它实现了生产的高速化、自 动化，提高了产品的产量和质量。在本文中，对单机架冷轧机过程控制模型系统 进行了研究与开发，并应用于离线模拟计算，主要研究内容包括： 本文开发的模型系统，设计了多种负荷分配模式，可以灵活地确定生 产道次和压下制度。通过n e t w t o n r a p h s o n 法迭代求解非线性方程组来 进行负荷分配的计算。该负荷分配算法可以满足单机架冷轧机多品种、 小批量的生产特点。 确定了在线控制中所用到的工艺参数模型，并对主要模型进行自适应 学习。为了确保设备安全，提出了超限工艺参数的修正算法。程序运 行表明，修正算法可以对超限值进行有效修正，保证轧制过程的安全 进行。 针对单机架可逆冷轧机的特点，确定了轧制速度制度和张力制度，在 保证安全生产的条件下，发挥轧机的最大生产效率。为了保证冷轧带 钢的板形质量，确定了轧辊横移和弯辊力的设定计算模型。 在开发模型程序的基础上，开发了面向对象的v b 程序，为单机架冷轧 机的离线程序调试提供了直观的、友好的操作平台。 本文开发的单机架冷轧机模型系统的工艺参数计算结果与武钢1 2 5 0 单 机架冷轧机的实际生产数据有较好的吻合。这证明了该模型系统具有 较高的计算精度，适用于在线实际应用。 关键词：单机架冷轧机过程控制数学模型设定计算 圭韭垂；垂塑圭兰垡堡蠢一 ! ! ! ! i ! ! a b s t r a c t c o l ds t r i pi sw i d e l yu s e di nm a n yf i e l d so fs o c i e t y t h et o t a lo u t p u to fs t r i pi s v e r yl a r g ea n dt h er e q u i r e m e n ti si n c r e a s i n ge v e r yy e a r i nc o l ds t r i pm a n u f a c t u r e ， s i n g l es t a n dc o l dm i l lp l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l eb e c a u s eo f i t sp r o p e rc h a r a c t e r i s t i c c h e a p n e s sa n df l e x i b i l i t y a tt h es a m et i m e p r o c e s sc o n t r o ls y s t e mi s a ni m p o r t a n t p a r to fc o l ds t r i pm a n u f a c t u r cw h i c he n s u r e sh i g hs p e e da n da u t o m a t i o no fp r o d u c e a n dq u a n t i t ya n dq u a l i t yo fp r o d u c t i o n t h em o d e ls y s t e mo f p r o c e s sc o n t r o l l i n gi n s i n g l es t a n dc o l dm i l lh a sb e e nd e v e l o p e da n du s e do f f - l i n e t h em a i nw o r ki n t h i s t h e s i si sa sf o l l o w e d ： t h em o d e ls y s t e md e s i g n ss e v e r a lm o d e so fl o a dd i s t r i b u t i o n w h i c hc a n d e t e r m i n et h e r o l l i n gp a s s a n dr e d u c t i o n f l e x i b l y t h e m e t h o do fi o a d d i s t r i b u t i o nc a nf i tt h ep r o d u c ec h a r a c t e r i s t i co fs i n g l es t a n dc o l dm i l lb y i t e r a t i n gn o n l i n e a re q u a t i o ns y s t e m e s t a b l i s h i n gt h ep a r a m e t e r m o d e l sw h i c ha r eu s e do n l i n eo p e r a t i o na n ds e l f a d a p t i n g f o rs o m e i m p o r t a n tp a r a m e t e rm o d e l s ，t a k i n g c o r r e c t i o n c o m p u t a t i o n f o rt h e p a r a m e t e r s o v e r r u n t h er e s u l ti n d i c a t e st h a t t h e c o r r e c t i o na l g o r i t h mc a ne n s u r es a f eo p e r a t i o no f r o l l i n gp r o c e s se f f e c t i v e l y d e t e r m i n i n gv e l o c i t y a n dt e n s i o no fr o l l i n g p r o c e s s i nt e r m so ft h e c h a r a c t e r i s t i co ft h ec o l dm i l la n dm a k i n gf u l lu s eo fp r o d u c ee f f i c i e n c y e s t a b l i s h i n gt h em a t h e m a t i c m o d e l so fs h i r p o s i t i o na n d b e n d e rf o r c e d e v e l o p m e n t o fu s e ri n t e r f a c ew h i c ho f f e r sv i s u a l i z e da n df r i e n d l yo p e r a t i o n p l a t f o r mf o ro f f - l i n ed e b u g g i n g t h eo f f - l i n es i m u l a t e dv a l u e sa c c o r d sw i t ht h ef i e l dd a t a ，w h i c hi n d i c a t e st h a t t h em o d e ls y s t e mc a r lb eu s e di no n - l i n eo p e r a t i o n k e v w o r d s s i n g l es t a n dc o l dm i l l p r o c e s sc o n t r o l l i n gm a t h e m a t i cm o d e l m i l ls e t u p - l l i - - 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 本人签名： 日期： 嚅光 衣口争盈 东北大学硕士学位论文 1 1 课题背景 1 绪论 冷轧带钢产品具有表面质量好、尺寸精度高和良好的机械、工艺性能。因 此，被广泛应用于汽车制造、电气产品、造船、航空、火箭、精密仪表、民用 建筑、工业厂房、家用电器、食品包装等各个方面。随着现代工业技术的发 展，对冷轧带钢的品种、规格和产量的要求也越来越高。 与此同时，近年来，随着我国经济的发展，钢材市场的需求结构也发生了 巨大的变化。其中冷轧带钢成为我国缺口最大，进口最多，供需矛盾晟为突出 的品种，目前我国冷轧带钢生产主要存在以下几个问题： ( 1 ) 生产能力严重不足： 1 9 9 1 - - 2 0 0 3 年，冷轧带钢产量年递增率为约1 4 。2 1 ，而同期消费递增率约 为3 1 6 1 ，供需矛盾日益加剧，大量产品依靠进口，国产冷轧板的市场占有率 不足5 0 。 ( 2 ) 品种规格不全； 高难度，高附加值的品种正在开发，试制，虽有部分产品试制成功，但因 需求有限，生产成本偏高，尚不能批量生产。 ( 3 ) 质量差距较大： 产品质量存在的问题是： 内在质量( 化学成分和力学性能) 不稳定，主要是冶炼过程控制不稳 定，热轧的终轧，卷取温度控制不严等造成的。 尺寸精度不够高，钢板平直度不够好。 因此，冷轧带钢在我国具有巨大的市场潜力。国内冶金企业将在今后相当 长时间内改造、新建一批冷轧生产线。在这些冷轧生产线中，冷连轧机的特点 是产量较高，但投资大，并且不适合多品种，小批量的生产，这使其使用范围 受到一定的限制，而单机架冷轧机由于其投资少，生产灵活而将占有很大份 额。 东北大学硕士学位论文 国内现有的单机架冷轧机装备水平较低，这集中体现在设备和控制系统这 两方面。 首先，国内现有的一些设备比较落后，不能满足市场对冷轧带钢质量、产 量越来越高的要求，因此必须对落后的冷轧机进行改造或更新。目前，世界上 比较先进的冷轧机有h c ，u c ，c v c 等。它们都具有良好的板形控制能力和较 强的生产能力。其中，以u c 轧机更为突出，它是在h c 轧机的基础上开发出 来的，与其有相似的辊系结构，除具有中间辊横移和工作辊弯辊外，又增加了 中阳j 辊弯曲和工作辊小辊径化，使其既能轧制较宽，较硬和较薄的带钢，又能 获得良好的板形“j 。 其次，在控制系统中，过程控制是现代化冷轧生产不可缺少的控制手段， 它是轧钢工艺在控制系统中的体现。它决定了轧制过程中的工艺制度及控制参 数。模型系统计算得到的参数直接决定了生产过程是否能够顺利进行以及产品 的产量和质量，因此对过程控制的模型系统做全面的、细致的掌握不仅可以维 护正常生产，而且可以为改进生产制度、优化工艺参数奠定基础，而目前国内 的单机架冷轧机却很少有具备完整的过程控制系统的。 针对这种情况，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室以钢铁研 究总院1 4 5 0 、1 2 5 0 u c 冷轧机及未来的首钢h c 冷轧机为工程背景，利用重点 室现有的6 辊u c 轧机为实验条件，进行了单机架冷轧机过程控制系统的研究 与开发。 1 2 国内外冷轧带钢的发展概况 1 2 1 国外带钢冷轧机的发展概况 自1 9 7 2 年日立公司开发了新型冷轧机- - h c 冷轧机之后，世界相继出现了 多种新型冷轧机，如日立公司的u c ，西马克的c v c ，三菱的p c ，住友金属的 v c 等。这些轧机机型新颖，结构各异，各有独到之处。其中h c 冷轧机系列 ( 包括u c 轧机) 用得最广。进入9 0 年代后又陆续开发了一些新的冷轧机及冷 轧技术。如日立公司的u c m w 冷轧机等1 2 “。 - 7 - 东北大学硕士学位论文 1 绪论 1 2 2 国内带钢冷轧机的发展概况 1 9 6 2 年鞍钢冷轧厂建成，成为我国冷轧板生产的发源地。当时从前苏联引 进了1 7 0 0 m m 和1 2 0 0 r a m 单机架四辊可逆轧机，设计生产能力约为3 0 万吨冷轧 板卷。1 9 7 8 年武钢冷轧厂建成，该厂建有我国第一套1 7 0 0 r a m5 机架串列式冷 轧机，其工艺设备和技术全部由德国引进，生产冷轧板卷、热镀锌板卷及镀锡 板、设计生产能力1 0 0 万吨。1 9 8 7 年该厂又增建了彩涂板生产线，使我国冷轧 板生产有了很大改观。 8 0 年代末至今，我国冷轧板生产有了空前的发展。1 9 8 9 年，宝钢建成 2 0 3 0 冷轧厂，该厂建有2 0 3 0 r a m5 机架无头轧制冷连轧机，主要工艺设备和技 术由德国、日本、美国引进，生产冷轧板卷及热镀锌，电镀锌，彩涂板卷，设 计生产能力为2 1 0 万吨。这使我国冷轧板生产迈上新台阶。1 9 9 0 年上海宜昌薄 板有限公司从法国引进二手设备1 2 2 0 r a m5 机架串列冷轧机，其他工艺设备由 奥地利，美国引进，生产冷轧板卷，1 9 9 5 年增建了产能1 0 万吨的镀锡板生产 系统，总设计生产能力为5 0 万吨。1 9 9 6 年，攀钢冷轧厂引进了由墨西哥转来 原日立制造的新二手1 2 2 0 r a m 六辊t - i c 四机架串列式冷连轧机，其余关键工艺 设备和技术由奥地利，德国，日本引进，设计生产能力为5 0 万吨，生产冷轧板 卷和热镀锌板卷。 8 0 年代末到9 0 年代，在沈阳、天津、无锡、南京、武汉、海口等地陆续 建设了一批单机架可逆冷轧机，这些冷轧机多为生产厚度在o 4 m m 以上的冷轧 扳卷，只有武汉冷轧厂建设的1 2 5 0 r a m 六辊h c 可逆冷轧机能轧制厚度很薄的 镀锡基板。从此，武钢冷轧厂5 机架冷轧机不再轧制镀锡基板，其生产能力扩 大到1 2 0 万吨。最近鞍钢冷轧厂准备淘汰运行了近4 0 年的1 2 0 0 m m 可逆冷轧机 及1 7 0 0 m m 可逆冷轧机。此外，我国还建设了一批电工钢及不锈钢板冷轧厂。 1 9 7 8 年武钢冷轧硅钢片厂建有2 套二十辊森吉米尔可逆冷轧机。全部工艺设备 及软件均由新目铁总包，设计生产能力为7 万吨电工钢，其中取向电工钢3 万 吨。9 0 年代后期，该厂完成二期扩建工程，增加一套二十辊森吉米尔轧机及相 应设备，使生产能力达到2 6 5 万吨。太钢六轧厂于1 9 9 8 年由法国引进一套二 十辊森吉米尔轧机及相应的工艺设备，生产中低牌号电工钢，设计生产能力为 1 0 万吨。1 9 9 8 年宝新不锈钢有限公司一期工程建成，引进日本三菱重工十二辊 c r m 可逆冷轧机及辅助工艺机组，设计产能8 万吨。同期投产的张家港浦项不 - - - 3 - - 东北大学硕士学位论文 1 绪论 锈钢有限公司，引进美国二十辊森吉米尔可逆冷轧机2 套及相应工艺设备，设 计产能为1 1 万吨。这些冷轧厂的建成使我国到2 0 0 0 年已具备了大约9 5 0 万吨 冷轧板生产能力，其中电工钢7 1 5 万吨，不锈钢板卷2 7 万吨a 。能生产从一般 商用级到超深冲级别的碳素冷轧板及高强度冷轧板一定数量的i f 钢，b h 钢及 镀锡板、热镀锌板等。 到2 0 0 3 年我国已建成9 套冷连轧机，二十余套单机架可逆冷轧机，主要 生产碳素冷轧板卷及涂镀层板卷；并建成il 套多辊冷轧机，生产电工钢及不锈 钢冷轧板卷1 4 。j 。 1 2 3 国内外对冷轧带钢模型系统的研究和开发 6 0 年代以来，计算机技术获得巨大发展，并在工业控制领域取得显著成 效。美国首先将计算机用于带钢热连轧生产控制，并获得成功。在此基础上， 于6 0 年代末带钢冷连轧机组也实现了计算机控制。最初带钢连轧机组的控制系 统，主要由一台中小形计算机对生产过程进行集中控制，将生产管理到轧制过 程的实时控制融于一体。这种方法容易造成各功能模块工作不匹配，计算机系 统软件与应用软件维护困难。一旦某个控制环节出现问题，将造成整个生产线 停机，严重影响轧机的生产效率。 自7 0 年代末期，随着计算机技术的快速发展，现代化冷轧带钢生产线全部 采用分布式计算机，实行分级控制。计算机控制系统是保证带钢冷轧机正确而 有条不紊地运行的不可缺少的中心环节。现代冷轧机的控制系统一般由三级计 算机控制系统组成，三级机作为生产管理级，负责生产计划的输入，以及产品 数据的管理，在大的企业中生产管理级还可以分为：公司管理级、工厂管理级 和车间管理级等。二级机为过程控制级，主要任务有：与上下级的通讯、带钢 的跟踪、轧制规程的选择和计算、设定数据的输出、以及数学模型的自学习、 记录与打印报表等。一级机作为基础自动化级，具体负责轧机的速度调节、压 下调节、厚度调节、张力调节和弯辊调节等功能。整个计算机控制系统的组成 如图1 1 ，1 2 所示巾j ： 东北大学硕士学位论文1 绪论 i 生产管理计算帆i 生产管理级 i 设备监视系统 i l 优化计算机 l 讨挥挡制幻 l l il l 控制计算机l l | 控制计算机2 ij 板形计算机 i i i i ， i基础自动化( 传动仪表) 图1 1 过程控制系统示意图 f i g1 is c h e m a t i cm a p o f p r o c e s sc o n t r o ls y s t e m 圉1 2 计算机控制系统示意图 f i g1 2s c h e m a t i cm a po f o p e r a t i o ns y s t e m 在整个计算机控制系统中，计算机之间采用网络进行互联，常见的网络结 构有：树状结构、总线结构、星型结构及环形结构等几种。选用哪种网络结构 主要根据网络的存取方式、传输延迟时间、信息吞吐量、网络扩展的灵活性、 可靠性以及成本等因素。 东北大学硕士学位论文1 绪论 模型系统是冷轧机过程控制的重要组成内容，也是整个工艺控制的核心。 模型计算精度决定了控制系统精度，决定了产品的产量和质量。模型系统主要 由轧制规程计算、设定计算、自适应学习等功能模块组成。 近年来，我国的一些冷轧厂为了提高生产的自动化程度，缩短与世界的差 距，纷纷对冷轧机组进行现代化改造。 1 9 9 6 年，攀钢冷轧厂引进了同立制造的新二手1 2 2 0 m m 六辊h c 四机架串 列式冷连轧机，并对其进行现代化的配套改造，在计算机控制方面，该厂依据 现代控制理论，遵循数据收集，设定计算，在线控制及其优化的原则，采用分 层控制的分步式控制方案。从而提高系统性能及自动化程度。从控制功能上系 统分为2 级：对象控制及协调控制级：过程控制及产品控制级。其中过程 控制级的重要功能是计算并优化产生轧制表并将设定值传递给基础自动化系 统，并利用反馈信息进行模型自适应学习以提高其性能。经过改造，这台4 机 架六辊h c 冷轧机组达到国际9 0 年代初的水平，并且各项指标也达到设计要 求。 鞍钢冷轧厂近年来由于设备老化，产品质量较差，在市场竞争中丧失了以 前的主导地位，为了提高经济效益，该厂决定进行设备改造和技术改造。其中 它的四机架冷轧机组是从德国进口的二手设备，原是1 9 6 5 年投产，属6 0 年代 的装机水平。为了提高产品质量，对原有设备进行了重大的技术改造。增设了 全液压压上a g c 系统，工作辊快速换辊系统，以及p l c 控制系统，此外，还 增加了零道次轧机( h c 轧机) ，使整个机组达到较现代化水平，提高了产品的 质量和产量。 另外，武钢的1 2 5 0 m m h c 冷轧机也采用了计算机控制系统，主要生产成品 厚度在o 1 9 0 5 5 r n m 的镀锡板。该冷轧机的最大轧制力为1 8 0 0 吨，单道次的最 大压下率为6 0 ，最大速度可达到1 2 0 0 m m i n ，总张力一般在1 0 吨以内，单位 张力在5 0 1 0 0 m p a ，该冷轧机目前是我国轧薄能力很强的单机架可逆轧机。 2 0 0 0 年，宝钢益昌薄板有限公司对1 2 2 0 冷连轧机组进行现代化改造。在 现代化改造过程中采用了许多当前国际先进的设备与工艺技术，如全连续冷连 轧带钢生产、电气传动数字化控制、工作辊交叉与横移、支承辊滚动轴承、装 备了完善的检测仪表、多种类形、功能完善的厚度自动控制和板形自动控制系 统。在控制方面采用三级计算机控制系统，一级计算机用于基础自动化，完成 - - 6 - 东北大学硕士学住论文1 绪论 a g c 、a f c 、a t r 、a p c 等功能。二级计算机用于过程控制，主要完成模型系 统的参数计算、自适应学习、生产线轧制过程的跟踪、通讯、与一级计算机和 三级计算机之间的数据传输、工程报表的打印、生产实际数据的收集、o p s 显 示等功能。三级计算机为生产管理计算机，主要完成生产计划的制订、合同安 排、轧辊数据管理、质量管理等功能。 由于采用了先进的生产技术、先进的设备及计算机控制系统，使宝钢益昌 1 2 2 0 冷连轧机组的产量及冷轧带钢质量达到了世界先进水平。 在宝钢益昌1 2 2 0 冷连轧机组的控制系统中，二级计算机过程控制是重要的 组成部分。它是由日本三菱电机公司与东北大学轧制技术及连轧自动化国家重 点实验室合作完成，经过现场生产的实际检验表明，该系统完全能够满足冷连 轧生产各种功能的要求，具有较高的计算精度和工作稳定性。对该系统的消化 与吸收有利于掌握冷连轧过程的工艺原理与程序设计思想，有助于企业的技术 进步f s - i o 】。 1 3 过程控制系统简介 由过程计算机构成的过程控制级的任务是完成冷轧机生产过程的过程监 视、过程数据收集及过程的控制和调节。该控制系统能够自动运行的先决条件 是要知道每时每刻带钢在轧机中的位置，从而准确匹配所需要的参数和数据。 过程机首先根据三级机传来的生产计划，将来料的原始数据及其相关的成品数 据、轧辊数据等储存在系统中。根据生产计划的顺序，来料依次被放到入口鞍 座上，过程机根据级机传来的检查信号，自动启动跟踪功能，并在0 p s 画面 上显示出每卷带钢的位置。入口段操作工核对来料的钢卷号与入口段操纵台上 的0 p s 画面上显示的钢卷号是否一致，如正确无误，则按下应答键，该钢卷即 进入过程控制序列中。在轧制生产过程中，跟踪功能根据设定点的不同位置， 启动设定计算，组织协调生产工艺过程及实际数据的测量，并通过0 p s 画面向 操作人员显示带钢实际运彳亍的位置及其相关的数据【l 卜“j 。 1 4 过程控制系统主要功能 为了实现冷轧机过程自动化的任务，过程控制系统应具有如下功能： ( 1 ) 通讯功能：二级机与三级机及二级机与一级机之间的数据相互传输，保 东北走学硕士学位论文 1 绪论 证数据传递的准确性。 ( 2 ) 轧制程序计算：根据生产计划，按照要轧制的钢卷数据，选择最佳的轧 制规范，准备相应的模型参数，进行设定计算，并且把设定值传给下级系统执 行控制的调节任务。为了提高设定精度，采用数学模型的自学习技术。 ( 3 ) 记录报表系统：自动生成每钢卷的生产报表，和生产过程中的工程记录 以及运行记录。 ( 4 ) 故障记录系统：用于记录故障和操作信息，为分析和排除故障提供可靠 的依据。 1 5 本文的主要研究内容 本文的主要研究内容是对单机架冷轧机过程控制的模型系统进行轧制规程 计算，设定计算和报警处理。使该过程控制系统即可以适用于普通的单机架冷 轧机，有可用于具有轧辊横移和轧辊弯辊的冷轧机。具体包括以下几个方面的 内容： ( 1 ) 轧制规程计算： 由于冷轧带钢生产的迅速发展和对冷轧带钢质量要求的提高，尤其是要求 合理使用能源，因此，在冷轧带钢生产中，制定合理的s l n 规程是非常必要 的。 数据的准备： a 初始数据的确定； b 轧辊数据的确定； c 模型计算参数的确定： d 对这些数据进行处理：这主要包括对以上数据进行极限值检查和逻 辑检查。 负荷分配的计算： a 数学模型的确定； b 轧制道次的确定； c 轧程的确定( 既中间退火制度的确定) ： d 负荷分配模式的确定； e 道次压下率的确定； - - 8 - - 东北大学硕士学位论文 1 绪论 f 进行极限检查，对超限的参数进行修正计算。 ( 2 ) 设定计算： 设定计算是整个二级机过程控制系统的重要组成部分，其设定结果的准确 性和运行的稳定性直接决定着整个冷轧机控制的准确性和运行的稳定性。同时 准确的设定值，能够更好地保证产品的质量。 速度制度的设定计算； 张力制度的设定计算； 辊缝的设定计算。 弯辊力设定； 轧辊横移位置确定。 ( 3 ) 报警处理： 在编制程序的时候需要做到当任何一个环节出现错误的时候都有报警信息 做出提示。 9 一 东北大学硕士学位论文2 单机架冷轧机过程控制原理 2 单机架冷轧机过程控制原理 2 1 二级计算机数据流程 轧机模型设定程序作为整个二级机过程控制系统的组成核心，由跟踪程序 根据不同的事件调用，因此与其他部分的数据接口尤其重要，图2 i 是二级机 的数据流程。整个二级机与其它部分的数据交换有：通过一台作为三级机的p c 机输入轧辊数据和p d i 数据；通过o p s 输入操作工的干预和请求；由一级机传 入轧机实测数据；二级机输出到一级机设定数据；o p s 显示数据输出：数据记 录文件输出以及为模型分析输出的数据。 图2 1 数据流程圈 f i g 2 1d a t af l o wd i a g r a m 东北大学硕士学住论文 2 单机架冷轧机过程控制原理 = = = = = = = = = = = = = ! = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ! = = 2 2 轧制规程计算概述 轧制规程计算主要包括以下两个部分 ( i ) 数据准备； ( 2 ) 负荷分配计算。 2 2 1 模型数据处理 由程序数据接口进入的输入数据，根据不同的类型和情况进行不同的处 理： ( i ) 轧辊数据和初始数据处理； 对于程序所用到的轧辊数据和初始数据应进行极限值检壹，以防止程序运 行过程中出错。如果出现超限情况，该数据如果在模型参数数据库中能够找到 固定值替换，则只有警告信息，程序可用固定值进行计算；如果没有可以替换 的固定值，则输出出错信息，程序停止运行。设定计算用到的轧辊数据还要取 原始轧辊数据上下辊的平均值。 ( 2 ) 人工干预数据处理： 对于人工干预数据处理应首先判断程序触发事件，对于操作工要求计算和 一级机请求重新设定这两个事件，利用人工干预数据进行计算；对于其他事件 不使用人工干预数据。 。 ( 3 ) 模型参数数据和层别表数据： 模型参数数据直接从模型参数数据库中读取；层别表数据的选择要首先判 断层别表数据的段值，然后根据段值确定层别表数据的位置，正确选择层别表 数据。层别表数据的段值划分如表2 1 ，2 2 ，2 3 和2 4 所示： 表2 1 带钢宽度层别表 t a b l e2 1s t r a t i f i c a t i o nt a b l eo f w i d t h 段值区间 17 0 0 堇w 7 5 0 27 5 0 堇w 8 0 0 38 0 0 量w 8 5 0 48 5 0 墨w 9 0 0 5 9 0 0 薹w 9 5 0 69 5 0 主w 1 0 0 0 7 1 0 0 0 量w 1 0 5 0 81 0 5 0 堇w 1 1 0 0 ( m m ) 东北大学硕士学位论文2 单机架冷轧机过程控制原理 表2 2 带钢入口厚度层别表 ! ! ! 堕! ：；! ! ! ! 墅! ! ! ! ! ! 垒q ! 竺! 塑! 型生i ! 些塑! 段值区间 ( s p a r e ) 18 善h 20 20 三h 22 22 三h 2 3 2 3 善h 2 5 25 矗h 28 2 b 三h 30 ( s p a r e ) ( s p a r e ) s p a r e ) ( s p a r e ) ( s p a r e ) ( s p a r e ) ( s p a r e ) ( s p a r e ) ( m m ) 表2 3 带钢出口厚度层别表 t a b l e2 3s t r a t i f i c a t i o nt a b l eo fc o l dc o i lt h i c k n e s s 段值区间 10 1 5 墨h 0 2 0 202 0 量h 0 2 5 302 5 墨h 0 3 0 40 3 0 矗h 0 3 5 503 5 至h 0 4 0 6o 4 0 量h 04 5 70 4 5 矗h 各道次带钏厚度 收敛蔓算错l 收敛检查 叭 v 收敛结果 道次间带钢厚度 k 圈2 2 迭代收敛计算过程 f i g2 2c o n v e r g e n c ep r o c e s so fi t e r a t i v ec o m p u t a t i o n 初始数据代八负荷模型 山 f k = 0 ：计算各道次负荷 j - 1 _ 用x k 计算j - ( x ( 。) 及f 二_山 l 求解x ( “1 ) _ - x c 。) - j 。f 习敛。、。 输出结果 图2 3n e w t o n r a p h s o n 法计算流程图 r i g2 3f l o wd i a g r a mo f n e w t o n - r a p h s o n m e t h o d i 6 一 一 东北大学硕士学位论文 2 单机架冷轧机过程控制原理 2 2 2 4 轧制参数计算及校核 迭代收敛后，需要计算在高速和低速条件下的轧制力，变形抗力，摩擦， 前滑值，轧辊速度，轧制力矩和电机轧制功率等轧制参数，并且检查这些值是 否超限。如果各结果都在极限值范围内，那么上一步迭代得到的各道次的带钢 厚度就是最终的负荷分配结果。反之，要对负荷分配结果进行修正。 2 2 乏5 负荷分配的修正 在修正过程中，要针对不同的超限情况选择不同的修正模式。 ( 1 ) 如果轧制力f 鼻，。则选择厚度修正模式，通过修改负荷分配比对计 算结果进行修正。 ( 2 ) 如果电机功率p 鼻。，则选择速度修正模式，通过修改最大速度对计算 结果进行修正 ( 3 ) 如果总张力t 一町。，则选择张力修正模式，通过修改单位张力对计算结 果进行修正。 对于修正结果依然超限的情况，则考虑增加轧制道次，并重新设定数据， 确定负荷分配比，然后再依照上述步骤重新计算。 以上就是用非线性方程组法确定负荷分配的基本思想和主要步骤。整个计 算过程的程序流程图如图2 4 所示。 2 2 3 负荷分配模式 负荷分配模式有功率平衡模式、轧制力平衡模式、压下率平衡模式等6 种 模式，具体如表2 5 所示。根据带钢入口厚度级、带钢出口厚度级、钢种级选 择负荷分配模式。然后根据选择的负荷分配模式和层别表数据段值选择具体各 道次的负荷分配比【2 2 】。 东北大学硕士学住论文2 单机架冷轧机过程控制原理 图2 4 负荷分配主流程图 f i g 2 4m a i nf l o wd i a g r a mo fl o a dd i s t r i b u t i o n l g 东北大学硕士学住论文 2 单机架冷轧机过程控制原理 2 2 3 1 功率平衡模式； 由层别表得到第1 道次到末道次的电机功率分配比口，：a ，：= a m 。：口， 通过迭代计算得到各道次间的带钢厚度，使计算得到的电机功率值满足给定的 目标分配比，即：p l ：p 2 ：p ( 川) ：p 。= 口川：d p 2 ：艘p ( 川) ：口胛。 计算过程 如图2 5 所示： 轧制规程层别表 一 模式选择= 按功率分配， = 二二刁】：电机功率目标分配比 一固：团一：团：团 t i 比率相等 圃：旺l i i 卫： ：圃：四 一钢x 种r l 级吁靠广陌萌虱酝i 磊萌莉爵习 h 厅度广 竺兰! ! 竺! ! ! ! ! 兰i1 圃臣卫：i回： 计算电机功率 图2 5 功率平衡模式负荷分配计算过程 f i g 2 5l o a dd i s t r i b u t i o nm o d eo fp o w e rb a l a n c e 2 2 3 2 轧制力平衡模式； 由层别表得到第1 道次到末道次的轧制力分配比口f 1 ：a f 2 ：以m ：口n ， 通过迭代计算得到各道次间的带钢厚度，使计算得到的各道次的轧制力值满足 给定的目标分配比，即： e ：1 ：只= 口n ：口f 2 ：艘m 叫：口n 。计算 过程如图2 6 所示： 东北大学硕士学住论文 2 单机架冷轧机过程控制原理 轧制规程层别表 一模式选择；按轧制力分配 = = 二刁轧制力目标分配比 l 兰一一圈：团一：团：固 f i 比率相等 层别表数据选择关键值) 钢种级 入口厚度 成品厚度 计算轧制力 图2 6 轧制力平衡模式负荷分配计算过程 f i g2 6l o a dd i s t r i b u t i o nm o d eo f f o r c eb a l a n c e 2 2 3 3 压下率平衡模式； 由层别表得到第1 道次到末道次的压下率分配比口，。：口，2 ：a m _ ：口。， 通过迭代计算得到道次间的带钢厚度，使计算得到的各道次的压下率值满足给 定的目标分配比，即：1 ：r 2 ：- i l ：r = 口，f ：口，2 ：口咖- ”：口。计算过程 如图2 7 所示： 2 2 3 4 相对压下率和功率平衡模式； 由层别表得到第1 道次和末道次的绝对压下率l ，0 以及从第2 道次到第 n l 道次的功率分配比口，2 ：a ， ：口“) ，通过迭代计算得到道次间的带钢厚 度，使计算得到的第1 道次和末道次的绝对压下率分别等于_ 和，同时使中间 几道次的功率值满足给定的目标分配比，即：p ：见p ( 。) = a ，：“目：“咖叫， 计算过程如图2 8 所示： 东北大学硕士学位论文 2 单机架冷轧机过程控制原理 = = = ! = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ! ! = = = = = = = = = = = = = = = = = = 轧制规程层别表 _ 二= = 。橇酝辫= 按吁隅t 厢 _ 一日讦率目标分配比 一固团：固：口 i 比率相等 ( 层s 啼瑙龉选择关键 铜种缓 入口厚度 成品厚度 计算压下率 一定脚卿髓 。 十p o i 数据给r 萄 轧制规程层别表 图2 7 压下率平衡模式负荷分配计算过程 f i g 2 7l o a dd i s t r i b u t i o nm o d eo fr e d a c t i o nb a l a n c e 计算电机功率 t ： 币p 翻数据给 o 定的初始值 暑 暑 o 图2 8 相对压下率和功率平衡模式负荷分配计算过程 f i g 2 8l o a dd i s t r i b u t i o nm o d eo fr e d u c t i o na n d p o w e r b a l a n c e 一2 1 东北犬学硕士学位论文2 单机架冷轧机过程控制原理 2 2 3 5 相对压下率和轧制力平衡模式； 由层别表得到第1 道次和末道次的绝对压下率、以及从第2 道次到第 n l 道次的轧制力分配比口f ，：口，：a f f 。、，通过迭代计算得到各道次问的带钢 厚度，使计算得到的第l 道次和末道次的绝对压下率等于和，同时使中间 几道次的轧制力满足给定的目标分配比，即：最：巧_ ：( 。1 = 2 ：a r 3 ：唧n 。 计算过程如图2 9 所示： 计算轧制力 图2 9 相对压下率和轧制力平衡模式负荷分配计算过程 f i g 2 9l o a dd i s t r i b u t i o nm o d eo fr e d u c t i o na n df o r c eb a l a n c e 2 2 3 6 相对压下率和压下率平衡模式。 由层别表得到第1 道次和末道次的绝对压下率、以及从第2 道次到第 n _ 1 道次的压下率分e l l a ，2 ：口，3 ：口m 小，通过迭代计算得到各道次间的带钢 厚度，使计算得到的第l 道次和末道次的绝对压下率等于 和k ，同时使中间几 道次的压下率满足给定的目标分配比，即：吩：l ，= 口，2 ：口，3 ：口咖叫。计 算过程如图2 1 0 所示： 东北大学硕士学位论文2 单机架冷轧机过程控制原理 轧制规程层别表 计算压下率 o 霎 器 o 图2 1 0 绝对压下率和压下率平衡模式负荷分配计算过程 f i g 2 1 0l o a dd i s t r i b u t i o nm o d eo fr e d u c t i o na n dr e d u c t i o nb a l a n c e 2 _ 3 设定计算 轧机设定计算是在轧机轧制规程计算的基础上对轧机各道次的张力，速 度，辊缝，中间辊横移和弯辊力进行的计算。 2 3 1 张力设定 张力在冷轧生产中可以降低轧制压力，防止带钢跑偏，补偿沿宽度方向轧 件的不均匀变形等。实际生产中若张力过大会把带钢拉断或产生拉伸变形，若 张力过小则起不到应有的作用。因此，张力的合理设定对冷轧生产具有十分重 要的意义。作用在带钢上的最大张应力应满足： 仃一 口， ( 2 7 ) 式中：盯。一作用在带钢单位截面积上的最大张应力，k g m m 2 盯。一带钢的屈服极限 一2 3 东北大学顾士学位论文 2 单机架冷轧机过程控t 5 原理 实践表明，作用在带钢截面上的张应力，即单位张力q ，其数值选择范围为： g = ( 0 1 o 6 ) 口，。具体取值，要考虑带钢的材质、板形、厚度波动、带钢边部 等情况。对于单机架可逆式轧制，g 值取在( o 2 o 4 ) 盯。的范围内。但是，受开 卷机能力限制，通常第一道次张力较小。此外，一般在第一道次因酸洗机组卷 耿张力较小，为避免带卷各层间错动造成表面擦伤，也不宜不采用太大张力。 在以后的道次中，根据品种，规格选取较大的张力。另外，在轧制低碳钢时， 为防止退火粘结，成品卷取张力应小些，通常取单位张力5 0 m p a 左右。另外， 在轧制中，若带钢中部出现波浪应减小张力，以防拉裂和断带；若带钢边部出 现波浪，则应适当增加张力，以消除边部波浪2 卜2 引。在实际生产控制中，应针 对来料的不同规格，不同钢种，建立张力层别表( 如表2 6 所示) 表2 6 张力层别表 t a b l e 2 6s t r a t i f i c a t i o nt a b l eo f t e n s i o n 规格为s p h c1 0 0 0 m m2 3 - - 0 5 m m规格为m r 3 t 41 0 0 0 m m2 o - - 03 m m 单位