最终版--轧机过程控制系统(控制部分详细设计).doc

江西九江钢厂有限公司以新代旧综合利用技术改造工程3500mm中厚板项目过程控制系统详细设计规格书第二章 轧机过程控制系统(控制部分)中冶京诚工程技术有限公司2008年11月九江钢厂技改工程3500mm中厚板项目“三电”详细设计规格书目 录1.模型系统概述11.1.设计特点11.2.主要功能21.3.控制流程21.4.系统组成72.轧机控制功能102.1.轧制规程设定计算102.1.1.程序流程图及调用子函数说明102.1.2.主要数学模型132.2.道次再计算232.3.自学习计算262.4.板形控制功能292.4.1.平直度与凸度的关系292.4.2.板形形成机理302.4.3.板凸度方程322.4.4.机械凸度的计算342.4.5.板形控制策略353.系统支持功能403.1.系统数据流403.2.共享区管理413.2.1.INSTALL程序413.2.2.UNINSTALL程序423.3.进程管理433.3.1.PROCESS程序433.3.2.STOP程序443.4.内存共享区443.4.1.SYSCOM共享数据区定义453.4.2.SRTCOM共享数据区453.4.3.PROCOM共享数据区473.4.4.COMMON进程473.5.模型表数据区483.6.MODELTOOL进程模型表维护工具503.7.ALARM进程系统诊断与报警513.8.MONITOR进程系统管理功能543.9.系统通信543.9.1.RMSERVER进程543.9.2.FMSERVER进程603.9.3.HMISERVER进程643.9.4.MODCLIENT进程704.共享区数据附表754.1.SRTCOM数据区754.1.1.SRTCOM数据列表754.1.2.PDI数据列表784.1.3.PASSTYPE数据列表794.1.4.PHASETYPE数据列表824.1.5.PASSSETTYPE数据列表834.1.6.MEATYPE数据列表854.1.7.PASMEATYPE数据列表864.1.8.RECALTYPE数据列表874.1.9.LEARNTYPE数据列表874.1.10.STEELCOF数据列表884.2.SYSCOM数据区894.2.1.SYSCOM数据列表894.2.2.STEELTYPE数据列表974.2.3.FAMILYTYPE数据列表974.3.PROCOM数据区984.3.1.PROCOM数据列表984.3.2.ALARMTYPE数据列表98合同号修改日期版本页号2008年11月10日Aii/1011. 模型系统概述1.1. 设计特点（1） 模型计算采用集成化设计理念，将粗轧和精轧两个工艺过程看成一个整体，统一考虑成形、宽展和延伸三个轧制阶段的轧制过程，同时计算粗轧和精轧的轧制规程，使粗轧和精轧的生产节奏基本均衡。（2） 模型计算采用最少道次原则，充分发挥每架轧机的能力，力求用最短时间完成轧制过程。（3） 负荷分配充分考虑对板形的影响，在延伸阶段采用良好板形约束条件，通过控制后3个道次的轧制力实现对板形的控制。（4） 精轧机设计有一定的板形控制功能，利用弯辊力设定计算功能，最大程度的控制精轧的板凸度和平直度。（5） 根据钢种的性能要求设计有常规轧制、控轧控冷和热机轧制3种轧制方式，具有较宽的生产范围，适应各种高强韧性钢种的生产。采用交叉轧制提高热机轧制的产量。（6） 为了方便操作，设计了轧制负荷修正功能。操作工可根据实际情况调整精轧道次间的负荷分配系数，改变各道次的变形量。（7） 粗轧转钢策略既可以自动计算，又可以人工给定，转钢位置既可以设在机前，也可以设在机后，方便实际应用。（8） 模型考虑了单机架轧制的模式，使得当某一架轧机发生故障而不能投入运行时，可以利用另一架轧机来保证基本的生产需求。（9） 采用多进程的系统结构设计，将不同的任务设计成独立进程，进程之间不会相互影响，方便系统调试与生产维护。（10） 进程间采用全局共享区的方法实现数据共享和快速通讯。1.2. 主要功能（1） 轧制策略计算（2） 轧制规程设定计算（3） 道次规程修改计算（4） 轧制规程的自学习计算（5） 控轧控冷与热机轧制（6） 板形设定计算1.3. 控制流程（1） PDI数据确认与请求设定计算板坯由吊车或热送辊道送到上料辊道后，对板坯的原始数据（PDI）进行确认，并将板坯重量输入过程机。准确无误后，操作工可请求对该板坯的轧制过程进行模拟计算，目的是为了确认板坯尺寸是否合理，能否满足转钢的要求。板坯确认完毕后方可运到加热炉入口进行装炉加热。（2） 加热炉内板坯跟踪为了保证板坯在炉内的跟踪功能，装炉时需将板坯号等原始数据发送到加热炉控制系统，加热炉按板坯号进行炉内跟踪。板坯出炉时，加热炉控制系统必须将此板坯号返回轧线过程计算机，使轧线过程机能找到该板坯的PDI数据，用于后续阶段的轧制过程。（3） 板坯出炉及第1次设定计算板坯出炉后，利用板坯PDI数据、出炉温度和各种设备限制条件，启动第1次设定计算。进行相应轧制规程分配，并根据轧制规程计算相应的设定数据和控制参数。在这些设定数据中，最重要的是轧制节奏控制参数（辊道速度、间隙时间、炉内运行速度），轧制节奏控制功能根据这些控制参数进行多坯热机轧制模式的选择以及坯料出炉时间的判断，确定最佳的出炉时刻。（4） 第2次设定计算板坯进入粗轧机前时进行第2次设定计算，目的是修正第1次预设定计算的偏差，得出合理的轧制规程和相应的设定数据。由于第1次预设定计算所使用的PDI数据是理想状态下的数据，这些数据与实际数据可能存在偏差。当板坯到达粗轧机前，可以得到推床实测板坯宽度和高温计实测板坯温度，然后综合考虑实测宽度、温度值与PDI数据提供的数据，经过合理性判断和相应处理后得出合理的板坯宽度和开轧温度，根据这些值再重新计算轧制规程。基础自动化用第2次设定计算的规程进行轧钢，每轧制完一个道次将下一个道次的规程发送到基础自动化。（5） 道次修正计算为了提高钢板的厚度设定精度，在每轧制完一个道次后启动道次修正计算功能。模型根据前面道次实测轧制数据与预计算设定值的偏差来对模型参数和后面道次的设定结果进行修正，以保证后续道次的设定精度。（6） 模型自学习计算成品道次轧制完后，获得本块钢的所有实测数据，包括精轧出口实测厚度与温度，启动模型的自学习计算功能。利用每个道次的实测力能数据、成品数据和预计算数据，反馈计算模型误差，用平滑指数法？计算弹跳模型、轧制力模型、硬度模型和板形模型的修正系数，用于后续轧件的规程计算。（7） 板形设定计算由于板形设定计算需要用到规程计算的结果，因此每次规程计算完成后，都要启动板形设定计算程序，计算弯辊力设定基准值，以便与规程数据一并发送到基础自动化。（8） 控轧控冷和热机轧制这些功能属于规程计算程序的一个部分，由于工艺不同需要在PDI数据中给出标志，按标志进行相应的计算和控制。合同号修改日期版本页号2008年11月10日A5/101表1.1 轧制功能时序表计算功能触发事件请求计算1.入炉前请求模拟计算，检查板坯尺寸2.检修后请求模拟计算，检查设备3.操作员要求追加道次后，检查规程4.操作员修改道次负荷分配系数后，检查规程规程设定计算1.板坯出炉后，进行1次设定计算2.轧机入口测得温度、宽度后进行第2次设定计算道次修正计算1.每道次轧制结束得到轧件实测数据后启动2.长时间待温后要求重新轧制自学习计算轧制结束，测得成品厚度、温度信号后启动控轧控冷与热机轧制在PDI数据中给出相应的标志位板形设定计算每次规程计算结束后启动板形设定计算九江钢厂技改工程3500mm中厚板项目“三电”基本设计规格书自学习快冷设定前馈1次设定2次设定请求计算后计算规程设定计算规程修正计算板形设定计算PDI数据自学习计算模型数据表再计算快冷设定计算前馈计算计算快冷自学习计算快冷修正轧制策略计算模型数据表。再计算图1.1 控制时序图合同号修改日期版本 页号2008年11月10日 A 6/101九江钢厂技改工程3500mm中厚板项目“三电”详细设计规格书1.4. 系统组成该模型系统是以多进程的思想来设计和建立的，一个进程就是一个独立运行在操作系统上的任务。这样设计的优点在于当某一个进程在运行中发生错误而退出时不会干扰到其他的进程的运行，以确保整个模型系统在运行时的独立性和稳定性。根据中厚板轧制的特点，将模型系统划分为模型计算功能和辅助功能两大部分。辅助功能由12个进程组成，模型计算功能由4个进程组成。这样整个模型系统一共含有有16个进程。它们之间互相协调工作，以完成不同的任务。模型系统中，辅助功能是为模型计算功能服务的，它为模型计算功能中的各个计算进程提供了一个运行的环境和平台。辅助功能中各个进程的详细说明见表1.2。模型计算功能中各个进程的详细说明见表1.3。表1.2 模型计算功能详细说明表模型计算功能主程序(.exe)进程名功能说明1SETUPCAL规程设定计算计算轧制策略和轧制规程，为L1提供基准值2PASRECAL道次修正计算每道次轧制完毕启动，实施规程再计算，修正后续道次的轧制规程，提高设定精度3ADAPTCAL自学习计算利用实测数据进行模型系数的自学习，不断提高整个模型的设定精度。4PROFILE板形设定计算根据设定的轧制规程，计算钢板凸度和弯辊力基准值，最大程度保证钢板板形良好表1.3 模型辅助功能详细说明表模型辅助功能主程序(.exe)功能说明1INSTALL共享区管理创建COMMON进程和ALARM进程来建立内存共享区，实现系统进程间的资源共享和快速通讯3UNINSTALL停止COMMON进程和ALARM进程的运行，最终停止整个模型控制系统3COMMON开辟内存共享区并将数据文件载入内存，供各进程共同访问4PROCESS进程管理管理各个进程的启动和进程资源5STOP管理各个进程停止和进程资源6ALARM系统诊断对生产过程中出现的重要信息和问题给予及时的报警和提示7MODELTOOL模型表管理建立、修改/查询和管理模型表文件8MONITOR系统监控对整个模型系统的I/O信息实施监控，保证系统的正常运行9MODCLIENT系统通讯负责发送各次设定计算和再计算参考值到L110HMISERVER负责轧机换辊/调平/调零等操作后数据的更新11RMSERVER负责粗轧实测数据处理及触发1，2次设定计算和粗轧再计算12FMSERVER负责精轧实测数据处理及触发精轧再计算及自学习计算整个模型系统的详细结构如图1.2所示。PROFILEPASRECALSETUPCALADAPTCALINSTALLUNINSTALLSTOPPROCESSMODELTOOLALARMMONITORMODCLIENTHMISERVERRMSERVERFMSERVERL2 control partCOMMON图1.2 模型控制系统结构图共享区管理模型表管理系统监控系统诊断共享区建立进程管理模型计算功能系统通讯合同号修改日期版本页号2008年11月10日A98/1012. 轧机控制功能2.1. 轧制规程设定计算轧制规程的设定计算功能是模型的主体功能，它是在轧件进入轧机以前进行的预报计算。针对这点，本模型系统专门设计了SETUPCAL进程来完成轧件的轧制规程计算。SETUPCAL进程在以下三种情况下被触发：l 第1次设定计算板坯出炉时l 第2次设定计算粗轧机入口侧推钢前高温计采集到板坯表面温度是l 操作工的请求设定计算在任何时刻操作工均可触发轧机设定计算模型采用集成化设计理念，将粗轧和精轧两个工艺过程看成一个整体，统一考虑成形、宽展和延伸三个轧制阶段的轧制过程，同时计算两架轧机的轧制规程，在设备极限和工艺条件的约束下，计算每道次的最大允许变形量，力求用最少的道次完成轧制过程，使粗轧和精轧的生产节奏能得到有效的控制。SETUPCAL进程在计算轧制规程时，充分考虑了以下四个方面的工艺制度：l 道次制度：轧制阶段、轧制道次、道次变形量l 速度制度：各道次咬入速度、最大轧制速度、抛钢速度l 温度制度：各道次的轧制温度l 压下制度：各道次压下量、轧机弹跳和辊缝2.1.1. 程序流程图及调用子函数说明该进程的程序流程如图2.1所示，调用子程序说明如表2.1所示。SETUPCALINITPRO- MAPSYSdo until shutdownMAPSRTShutdownWaitForSingleObject一直等待，直到事件SETUPCAL被触发- 创建事件SETUPCALPreCal- SearchStlCof- PDILimCheck- RollingStg- RunSch- GeneralInit- PhaInit- SchSizig- PhaInit- SchBroading- PhaInit- SchTrans- PhaInit- SchORFinish- PhaInit- SchCRFinishIf(TMCP)?- PasInitial- PasParaCal- ThickRoundg- MaxReduCal- PasInitial- PasParaCal循环直到道次i出口厚度小于阶段目标厚度- PhaseEnd置阶段总道次n=i, i=0i = i+1，循环直到i=n- ScalingStrategy- RolSpdInit- RolSpdCalc- EntryPasCalc- PasTimeCal- PasTmpCal- ResStrainCal- RadTmpDrp- ScalingTmpDrp- ForceCal- TorqueCal- FlowStressCal- SimRolSpd- ArcLenCalc- ForwardSlipCal- ForceCal- WidRis- ArcLenCalc- GapCal- TorqueCal- ExitPasCalc- RolCntTmpDrp- DefHeatTmpRis- RadTmpDrp- PasInitial- PasParaCal- PasDhCal轧制总道次n初始化n道次出口厚度大于终轧厚度，n=n+1- ThickRound & i=0- PasInitial- PasParaCali = i+1，循环直到i=n- PhaseEnd- PhaEndTmpCal- PasSet图2.1 SETUPCAL程序流程图YNYNCLOSEMAPSRT表2.1 SETUPCAL调用子程序说明表子程序说明INITPROSETUPCAL进程初始化MAPSYS连接到SYSCOM共享区WaitForSingleObject等待事件对象SETUPCAL被触发，使程序继续往下执行MAPSRT连接到SRTCOM共享区中对应轧件的地址空间Precal设定计算主程序SearchStlCof根据钢种寻找钢种表和钢族表中相应的模型系数，供设定计算使用GeneralInit设定计算参数初始化PDILimCheck检查PDI数据的合理性，判断该规格板坯是否可以进行轧制RollingStg轧制策略的确定(所需轧制阶段数，转钢位置)RunSch计算轧制规程主函数PhaInit初始化各阶段规程计算所需入口数据SchSIzing计算定尺阶段轧制规程SchBroading计算展宽阶段轧制规程SchTrans计算过渡阶段轧制规程(轧制到中间坯厚度)SchORFinish计算常规轧制延伸阶段轧制规程(钢板无待温，直接进入精轧机轧制)SchCRFinish计算控制轧制延伸阶段轧制规程(钢板需要在中间辊道上进行待温)PasInitial各道次入口数据初始化MaxReduCal计算最大许可道次压下量PasParaCal各道次轧制规程数据的计算ScalingStrategy确定除鳞道次RolSpdInit轧制速度初始化(咬钢速度/稳定轧制速度/抛钢速度)RolSpdCalc计算本道次可以使用的最大轧制速度EntryPasCalc计算各道次入口数据的轧制时间，入口温度，残余应变）PasTimeCal计算各道次纯轧时间和道次间隔时间PasTmpCal计算各道次入口温度RadTmpDrp计算热辐射和热对流导致的温降ScalingTmpDrp计算高压水除鳞温降ResStrainCal计算各道次残余应变ForceCal计算各道次轧制力FlowStressCal计算各道次变形抗力ArcLenCalc计算接触弧长ForwardSlipCal计算前滑值TorqueCal计算各道次轧制力矩SimRolSpd校核各道次最大轧制速度是否合适WidRise计算各道次宽展系数GapCal根据弹跳方程计算各道次辊缝值ExitPasCalc各道次出口参数计算RolCntTmpDrp计算轧件与轧辊热传导导致的温降DefHeadTmpRis计算轧制过程中变形热导致的温度升高值ThickRound分配各阶段计算的出口厚度与目标厚度差值到阶段中各道次上PhaseEnd各阶段计算结束后参数的处理CLOSEMAPSRT关闭SRTCOM共享区，释放系统资源2.1.2. 主要数学模型在计算过程中采用的数学模型包括力能参数计算、温度计算、辊缝计算、时间计算4个方面的模型。（1）力能参数计算模型包括：1） 轧制力计算轧制力模型是设定计算中最基本的模型，是压下规程计算和辊缝设定的依据，同时板形控制的计算也离不开它。热轧中使用最广泛的是SIMS计算公式。式中：轧制力，kN平均变形抗力，MPa轧件宽度，mm轧辊压扁半径，mm压下量，mm轧制力影响函数，12） 变形抗力计算变形抗力是轧制力模型中一个极其重要的物理参数，它的计算精度直接影响轧制力模型的计算精度。公式可以表示为：式中：变形率影响函数，与T和无关变形速率影响函数 轧件硬度，与钢板的温度T有关 3） 轧辊压扁计算当单位轧制压力较高时，处在变形区的轧辊表面将被压扁，使接触弧长度l加大，导致单位轧制压力的增加(如图2.2所示)。RRll图2.2 轧辊压扁示意图这一压扁所带来的影响，在计算精轧机组轧制力时必须考虑。计算轧辊弹性压扁时，采用以下公式：式中：轧制力，kN轧辊半径，mm压下量，mm轧件宽度，mm ？轧件波松比轧件弹性模量4） 轧制力矩计算轧制力矩模型采用如下公式所示：式中：轧制力矩，kN.m;轧制力，kN；接触弧长，m；力臂系数；轧制力矩自学习系数。5） 前滑计算模型根据秒流量相等定律这里式中：轧件中性点n的速度（轧辊线速度），mm/s中性点处轧件的厚度，mm轧件出口速度，mm/s轧件入口厚度，mm轧件出口厚度，mm轧辊压扁半径，mm中性角 前滑值一般来说很小，所以 根据流量公式有：根据SIMS公式（2）温度计算模型轧制过程中，钢板温度的计算是很重要的，它直接影响到钢板变形过程中的变形抗力大小。所以在计算钢板的温度时必须充分考虑到各种影响因素，使钢板温度的计算趋于合理。钢板温度主要由以下几个方面共同确定：l 热辐射温降计算l 热传导温降计算l 高压水除鳞温降计算l 轧制变形功导致的温度上升计算1） 热辐射温降计算根据STEPHON BOLTZMAN定律可以得出轧件与空气之间的热辐射关系因此，辐射散失的热量为：式中：BOLTZMAN常数，W/mm2/K4辐射率，1轧件温度，K空气温度，K热流密度，W/mm2辐射热量，J散热面积，mm2散热时间，s采用微分形式，其热量为：由于散热造成的温降为dT，其热量为：式中：板重量，kg轧件厚度，mm钢板密度，kg/mm3轧件比热，J/kg/K因此辐射温降为：2） 热传导温降计算轧件与轧辊间的热传导可以看成是两个不同温度的半无限体之间的相互接触而产生的热传导。并且因为轧件与轧辊之间的接触是不完全接触，所以他们之间存在接触热阻。根据理论推导式中：轧辊热扩散率，；Jm2/K/s轧件热扩散率，；Jm2/K/s接触时间，s轧件平均温度，K轧辊温度，K接触热阻，K.m2.s.J轧制时轧件的平均厚度，mm轧辊热传导率，J/m/s/K轧辊密度，kg/m3轧辊比热，J/kg/K轧件热传导率，J/m/s/K轧件密度，kg/m3轧件比热，J/kg/K3） 高压水除鳞温降计算由于高压水的压力很大，可以假定在轧件的被冲击区域，轧件表面温度在瞬时间降到与高压水在钢板表面形成的水膜温度(140)相同。根据这些条件，热流密度可以表示为单位面积的热量损失可以表示成假定轧件速度等于V，高压水冲击宽度为B，有效率为，则平均温度降可以表示成式中：轧件平均温度降，K轧件初始平均温度，K高压水膜的温度, =413K轧件厚度，m轧件热传导率，J/m/s/K轧件密度，kg/m3轧件比热，J/kg/K冲击宽度，m轧件速度，m/s除鳞有效系数，14） 轧制变形功导致的温度上升计算轧制过程中，轧件塑性变形所产生的热量会导致轧件温度的升高。根据轧件单位体积的变形功：可以得出轧件的温升为：式中：轧件单位体积变形功，J/mm3轧件平均变形抗力，MPa变形率，1轧制力变形区影响函数（3）辊缝计算模型包括：1） 轧机弹跳计算在轧制过程中，由于轧机的弹跳，使轧件的出口厚度等于轧辊的理论空载辊缝再加上轧机的弹跳值(如图2.3所示)。hSH0.5*F/K图2.3 轧机弹跳现象按照虎克定律，轧机弹性变形与应力成正比，轧机弹跳量应为F/K。 考虑到各种补偿后，最终得出修正后的轧机弹跳方程：式中：轧件的出口厚度，mm初始设定辊缝，mm轧制力，kN轧机调零压力，kN轧机刚度，kN/mm轧件宽度补偿量，mm轧辊热膨胀和磨损补偿量，mm辊缝零点自适应值，mm2） 宽度补偿计算在实际轧制过程中，所轧板坯的宽度比轧辊辊身长度要短，从而造成轧机刚度的降低。将板宽与轧机弹跳的关系用下式表示：式中：工作辊长度与板宽差值，mm模型系数，1轧制力，kN3） 辊缝计算在轧制过程中，轧机辊缝受很多因素的影响，大致来说可以归结为几个主要因素：1）轧机自然刚度；2）轧辊直径；3）轧辊凸度；4）轧制力；5）轧件宽度； 6）轧辊磨损和热膨胀考虑上述因素及轧机辊缝自适应项，可以得出如下辊缝方程：式中：轧件出口厚度，mm初始设定辊缝，mm轧制力为F时轧机弹跳量，mm调零压力为F0时轧机弹跳量，mm轧件宽度补偿量，mm轧辊热膨胀和磨损补偿量，mm辊缝零点自适应值，mm2.2. 道次再计算PASRECAL进程是专门用于负责轧制过程中道次间的再计算，目的是为了提高厚度设定精度。计算过程与设定计算功能基本一样。再计算功能在以下两种种情况下被触发：l 每轧制完一个道次，重新计算后续道次的基准值。l 钢板长时间待温后，重新计算后续道次的规程每当轧制完一个道次后，便获得该道次的实测数据，如实测轧制力、压下位置、轧制电流、轧件厚度等，通过计算实测值与设定值之比获得模型的计算误差，将此误差应用到模型计算中，及时进行规程的修正计算，修改后续道次的压下位置基准值，并用新的规程进行后续道次的轧制，达到用实测数据在线修正设定精度的目的。该进程的程序流程如图2.4所示，调用子程序说明如表2.2所示。PASRECALINITPRO- MAPSYSdo until shutdownMAPSRTWaitForSingleObject一直等待，直到事件PASRECAL被触发- 创建事件PASRECAL图2.4 PASRECAL程序流程图RecalcMain- RecalInit- PasMeaData- RecalExtThk- ForwardSlipCal- PasTmpRecal- ForceCal- HardRecal- TorqueCal- HardLrn- RollerWearCal- RollerExpaCal- NextPasCalc- TorqLrn- PhaNumCalc- PasNumCalc- RolCntTmpDrp- DefHeatTmpRis- RadTmpDrp- ScalingTmpDrp- AnalyseResut- WidRis- ResStrainCal- RunSchCLOSEMAPSRTShutdown表2.2 PASRECAL进程调用子程序说明表子程序说明INITPROPASRECAL进程初始化MAPSYS连接到SYSCOM共享区WaitForSingleObject等待事件对象PASRECAL被触发，使程序继续往下执行MAPSRT连接到SRTCOM共享区中对应轧件的地址空间RecalcMain道次再计算主函数RecalInit道次再计算参数初始化PhaNumCalc计算当前实测道次所属的阶段数PasNumCalc计算当前道次在阶段中的相对道次数AnalyseResult分析当前所轧制道次的结果数据并对相关参数进行优化PasMeaData对道次实测数据进行有效性分析RecalExtThk根据实测辊缝和轧制力，通过弹跳方程重新计算当前道次出口厚度ForwardSlipCal重新计算当前道次的前滑值WidRis重新计算当前道次的钢板宽展系数PasTmpRecal重新计算当前道次入口温度和出口温度RolCntTmpDrp计算轧件与轧辊热传导导致的钢板温降RadTmpDrp计算热辐射和对流导致的钢板温降DefHeatTmpRis计算轧制过程中变形热导致的钢板温度升高值ScalingTmpDrp计算高压水除鳞导致的钢板温降ResStrainCal重新计算当前道次的残余应变ForceCal根据再计算的数据从新计算当前道次的轧制力HardRecal根据在计算的轧制力反算当前道次钢板的硬度值TorqueCal根据再计算的数据从新计算当前道次的轧制力矩TorqLrn轧制力矩自学习（为什么此处也有自学习）HardLrn钢板硬度系数自学习RollerWearCal计算轧辊的磨损量RollerExpaCal计算轧辊的热膨胀NextPasCalc后续道次轧制规程的再计算RunSch轧制规程计算主函数(与SETUPCAL进程中相同)CLOSEMAPSRT关闭SRTCOM共享区2.3. 自学习计算自学习计算是本块轧件对后续轧件设定修正。精轧末道次轧完后，启动自学习计算功能。自学习计算是设定计算的逆过程，根据精轧出口实测厚度，宽度、温度以及各道次的实测数据，回归计算模型参数和模型误差，用指数平滑法计算模型的修正系数，并保存到模型数据区中，待下块钢坯轧制时便可采用新的修正系数，从而达到提高后续轧件设定精度的目的。本系统采用3个自学习项：l 钢种硬度系数自学习(轧制力自学习)l 轧制力矩修正系数自学习l 辊缝修正量自学习自学习计算功能在以下情况下被触发：l 精轧末道次轧完，测厚仪实测到轧件中部1/4处厚度后，启动自学习计算功能。ADAPTCAL进程的程序流程如图2.5所示，调用子程序说明如表2.3所示。ADAPTCALINITPRO- MAPSYSMAPSRTWaitForSingleObject一直等待，直到事件ADAPTCAL被触发- 创建事件ADAPTCAL图2.5 ADAPTCAL程序流程图SelfLrnMain- SelfLrnInit- HardCofSelfLrnCLOSEMAPSRTdo until shutdownShutdown- TorqCofSelfLrn- GapSelfLrn- SaveDataToFile表2.3 ADAPTCAL进程调用子程序说明表子程序说明INITPROADAPTCAL进程初始化MAPSYS连接到SYSCOM共享区WaitForSingleObject等待事件对象ADAPTCAL被触发，使程序继续往下执行MAPSRT连接到SRTCOM共享区中对应轧件的地址空间SelfLrnMain自学习主函数SelfLrnInit自学习过程参数初始化HardCofSelfLrn钢种硬度系数自学习TorqCofSelfLrn轧制力矩修正系数自学习GapSelfLrn辊缝修正值自学习SaveDataToFile将自学习结果存储到文件供后续轧件轧制时使用CLOSEMAPSRT关闭SRTCOM共享区2.4. 板形控制功能2.4.1. 平直度与凸度的关系板形控制包括平直度和凸度两个指标。平直度和凸度不良都是由不均匀变形引起的，二者之间有内在关系。根据外国专家Sholet,Townsand,Sommer的研究，发现轧件的不均匀变形有临界值，不均匀变形在临界值内不会起浪，超过临界值才会产生不良的形状。其方程为： (1) (2)式中：C1、h1轧机出口凸度与出口厚度C2、h2 轧机入口凸度和入口厚度w 轧件宽度a、b 系数，与钢种有关；低碳钢时：a=b=1.86（1）式为不产生两边浪的边界条件，（2）式为不产生中间浪的边界条件。当实际凸度不超过临界值上下限时，不会破坏钢板的平直度，当实际凸度超过临界值上限时会两边浪，当实际凸度超过临界值下限时会产生中间浪。如下图。凸度凸度下限中浪区厚度或道次凸度上限边浪区宽度影响图2.6 板形限制示意图在生产过程中，只要将每个道次的实际凸度控制在上下临界值范围以内，就能保持钢板有良好的平直度和凸度。2.4.2. 板形形成机理轧制过程中带钢板形的变化，归根结底是板形的两个基本指标：凸度和平直度之间的相互转化、协调作用的结果。在热轧生产过程中对于板形控制的实质也集中在对各道次间带钢凸度和平直度的控制上。以往认为延伸率沿宽度处处相同板形就是良好的，即 (3)由此可得 (4)式中：来料中部厚度与边部厚度之差轧后中部厚度与边部厚度之差来料平均厚度轧后平均厚度上述条件未考虑金属在变形区内横向流动和来料板形的影响。轧制时金属在横向各个部位的变形量是不均匀的，它直接影响延伸率的变化。例如对等厚的来料轧制时，实际测定表明，边部的波浪并没有按不考虑宽展预计的那么大，因为边部有一部分金属横向流动。因此，必须考虑横向流动才能正确进行板形分析。在来料和轧后的断面上，分别取出宽度进行分析，由体积不变定律有： (5)式中：变形区出口金属的横向位移量来料厚度对应的轧后厚度轧前长度轧后对应长度上式两边取增量可得： (6)由上式整理可得 (7)一般只计算中部与边部之差，故、和用平均值近似代替，而沿板宽的平均值很小，可得 (8)保持板材平直度的条件是或故得： (9)或者 (10)由此可见，在热轧生产中，无需遵守严格的比例凸度相似原则。带钢出口的板形状况除了和带钢入口和出口的比例凸度有关外，带钢入口的平直度以及带钢轧制过程中的宽展变形也会影响到出口带钢的平直度。这些因素对板形的影响在热轧生产中尤为显著，必须考虑在板形控制的模型中。2.4.3. 板凸度方程除了带钢在辊缝处发生的弹塑性变形外，带钢从离开前一道次到进入下一道次之前还存在一个应力的恢复释放过程，使得道次间带钢的平直度和凸度发生明显的改变，这主要是由于带钢在轧制变形过程中各纤维的不均匀延伸所致。带钢在前一道次的不均匀延伸会使得带钢在离开轧制区继续发生变形以达到一个相对平衡的状态。由此产生的最终效果是使带钢纤维之间的相对延伸率差变小，即带钢自己消化了一定的不均匀延伸，使得带钢平直度朝有利的方向转变。因此，可将带钢在轧制区发生的弹塑性大变形称为一次变形，对应的将带钢在道次间发生的变形称为二次变形。二次变形在热轧生产中有一定影响，在计算中不能忽略。为分析带钢变形行为，建立带钢在道次间的凸度、平直度以及相对延伸率示意图如图2.7所示，图中第道次的入口厚度为，出口厚度为，设第道次的入口凸度为，一次变形出口凸度为，第道次的入口平直度为，出相对延伸率，出口平直度，二次变形出口凸度。图2.7 凸度、平直度传递示意图轧制过程中带钢的变形可以分为一次变形和二次变形。将带钢在通过轧机辊缝时所发生的变形称为一次变形。按照下式计算带钢在该道次的一次变形后的凸度值： (11)式中： 道次号第道次的有载辊缝凸度，也称机械凸度(标准凸度)第道次入口凸度系数经过道次入口带钢平直度和带钢轧制前后比例凸度变化的综合作用，第道次出口后的相对延伸率为： (12)式中 辊缝宽展影响系数将带钢在道次间由于高温和张力等原因所导致的变形成为二次变形。按照绍特判别式，计算二次变形时带钢的平直度： (13)式中：平直度系数平直度阈值带钢在各个道次中二次变形后的凸度值为： (14)式中 凸度系数 2.4.4. 机械凸度的计算为了控制钢板的凸度和平直度，必须计算每个轧制道次出口的预报凸度值，每道次出口凸度不仅要考虑凸度计算公式(15)： (15)其中：带钢出口凸度带钢入口凸度板凸度遗传系数机械凸度(标准凸度)，即有载辊缝凸度出口厚度入口厚度还要考虑机械凸度(16)式： (16)其中：轧制力影响系数 轧制力弯辊力影响系数弯辊力工作辊凸度影响系数工作辊凸度支撑辊影响系数工作辊凸度标准凸度一般可通过有限元法、影响函数法通过计算得出，但因其计算量较大，很难在现场实际在线应用。因此将有限元或影响函数法根据各种参量变化（如板宽、轧辊半径、轧辊凸度、弯辊力等）得出的大量计算结果采用多变量最小二乘回归方法进行离线计算得出如(16)式中的各影响系数。最终确定(15)和(16)式的在线应用模型。2.4.5. 板形控制策略板形控制的两个重要指标是板的平直度和凸度，两者相互关联，好的平直度离不开合理的凸度控制。对平直度的控制必须通过控制带钢凸度来实现，而控制凸度可能伴随平直度的变化，因此必须采用合理的板形控制策略。由图1可知，在延伸轧制阶段的上游道次由于轧件厚度较大，金属横向流动性较好，因而具有较宽的“平直度死区”。这一特性为上游道次比较自由的形成所需的轧件凸度提供了机会。因此，控制策略为：在精轧机上游道次实现带钢的凸度控制，使之达到设定的比例凸度值，而在下游道次根据恒比例凸度原则实现平直度控制。成品目标平直度由下游各道次带钢比例凸度恒定原则来保证，成品目标凸度由上游道次来保证。假设带钢目标凸度，则可根据恒比例凸度原则，如式(17)所示得出最后三道次出口目标凸度。上游道次的出口目标凸度根据工艺条件确定。 (17)在上游道次，要实现带钢的凸度控制，使之达到设定的比例凸度值，这样在轧机初始道次和上游道次的末道次之间必然存在一定的凸度变化，应按一定的分配方案把这种凸度的变化分配到各道次上，由于精轧机各道次所轧带钢板厚依次递减，压下量也由大到小，轧制温度逐渐降低等因素的影响，带钢金属横向流动性能也依次递减，因此，将按各道次的相对压下量占上游道次总相对压下量的比例进行调整，可以从总体上反映这种规律。首先利用式（18）计算各道次的相对压下量（即压下率），然后根据式（19）把总的比例凸度变化分配给各个道次，由此可以根据比例凸度变化量、各道次轧前板凸度和轧前、轧后的板厚，利用式（20）计算轧后的设定板凸度。 (18) (19) （i=1，2，,n-3） (20)在延伸阶段轧制过程中，为了保证板形良好，设定其后三个道次的轧制力时，应符合板形良好的条件。板形限制主要包括边浪限制和中浪限制。如果轧制力比给定轧制力高，边部波浪平直度超限；如果轧制力比给定轧制力低，中部波浪平直度超限。根据工艺设计采用两种板形控制手段：负荷分配法和弯辊力设定计算。板形控制策略规程如图2.8所示。图 2.8 板形控制策略规程(1) 负荷分配法负荷分配法是通过合理设定个各个道次的轧制力实现板形的控制。根据平直度与凸度的关系，钢板的凸度临界值与钢板厚度、宽度有关，比较厚时允许的凸度范围比较大，通常不会产生平直度缺陷，只有比较薄、比较宽的钢板才会产生平直度缺陷。对宽厚板而言当厚度小于20mm，宽度大于2500mm时才可能出现波浪问题。根据这一原理，在规程计算的后几个道次控制好轧制力就能避免破坏板形。该模型系统是将后3个道次作为控制对象，使预报轧制力按一定的递减规律变化，从而达到控制板形的目的。生产中如果发现钢板平直度不良，可人工调整后3个道次的轧制力实现对板形的控制。(2) 工作辊弯辊力预设定计算弯辊力设定计算是在轧机设定计算结束之后进行，用轧制规程预报的轧制力计算轧辊挠度和轧辊热膨胀、磨损等，计算可能产生的钢板凸度，根据式(15)、(16)从目标凸度出发反算出凸度小于临界值的弯辊力基准值。弯辊力基准值与轧机基准值一起送到基础化控制轧机。(3)板凸度的前馈控制从凸度式（21）方程可知，轧制力对带钢出口厚度具有很大的影响，因此当AGC工作时所造成的轧制力变动或由于其它原因（来料硬度波动）造成的轧制力变动时，会改变有载辊缝凸度进而将破坏预设定力