多段折线模型在中厚板钢板头部控制中的工程应用

摘要：基于中厚板轧制过程中头部厚度超差原因，分析了头部控制辊缝的特性，在此基础上使用了多段曲线模型的控制算法来进行优化，叠加到原来的控制曲线上，在各种规格、不同钢种下，都能进行自动修正头部补偿，使钢板的同板差达到最优，减少改判和轧废，提高钢板的成材率。

关键词：中厚板 头部补偿 自动辊缝控制

1.引言

当今钢铁工业面临着严峻的形势，无论是成本还是市场都对中厚板厚度精度不断提出更高的要求，特别是同板差影响更大，而同板差中头尾部时常厚度超差尤为严重。头尾超差后，可以采取增大头尾的剪切量，这样容易造成短尺，影响了钢板的成材率；也可以厚度改判再进行补轧，这样也牺牲了轧制命中率；另外操作人员为了保证钢板的目标厚度，必须要考虑头尾这个薄点，目标厚度必须要设定的厚些，这样就导致钢板的长度受限，影响成材率等。无论哪种方式，都不但影响了生产效益，也打乱了正常的生产秩序。对于如何保证头部厚度精度，减少切头及改判，笔者在AGC补偿和平面形状控制等方面的现场数据进行了大量的研究和分析，根据头尾部厚度超差的原因，对现有头部控制方法分析比较，结合现场实际应用，采用了带反馈的多段折线模型来控制钢板头部，取得了良好的效果。

2.系统结构

某中厚板厂3500轧机液压 AGC控制采用西门子SIMADYN D，运行稳定可靠；AGC液压缸采用为双向单活塞液压缸，打开、关闭速度≥20mm/s，油缸位置精度达到±5um，0.1mm 阶跃响应时间小于等于30ms（负荷40000kN，从0 到90%）；位移传感器采用的是SONY公司的MD50配套产品 ，压力传感器选用HYDAC 产品，检测精度安全可靠。HGC液压缸采用高性能伺服阀来控制，伺服阀采用的是MOOG公司的D664系列高性能阀，流量控制精确稳定，测厚仪是引进的瑞美伽马射线测厚仪，测量精度高。

3.头部厚度超差分析

中厚板头部控制超差的原因在很多文中进行过阐述，主要原因不外乎两点，第一是钢板的头部温度比中间部分温度低，造成头部轧制力偏大，多道次累加，容易造成头部厚度偏差过大；第二是钢板刚咬入时产生较大冲击，轧制力波动较大，压下丝杠和轧机牌坊的间隙以及弹跳，液压缸内的油柱产生弹性回缩，都将引起辊缝波动。其他的诸如信号检测精度、控制滞后等等都是比较小的原因，在工程应用中可以不用考虑，本次优化控制也是为了简便决定不考虑这些小因素。这些综合因素影响叠加起来，就造成了如图1辊缝波形：

从图1中可明显看出，在钢板咬入时，辊缝开始上抬之后开始下压，之后再恢复正常，整个过程大约0.5秒，折合长度应该在钢板前800毫米，薄点在600毫米处，高点在300毫米处。这与实际的测量是吻合的。也就是说，辊缝的波动影响了钢板的厚度，正是由于高点和薄点才频繁导致钢板头尾超差，这是造成超差的最直接原因。

4.控制方法策略研究

原来的控制方法是采用了冲击补偿法，中厚板轧制过程是多道次往复轧制，频繁的咬钢和抛钢，考虑咬钢的瞬间，由于轧制力的冲击，液压缸内油柱的弹性回缩和压下丝杠齿隙变化，辊缝有一个上升的尖峰，若不进行补偿，会是的轧件头部变厚。冲击补偿法是在咬钢前预先估计冲击尖峰的高度IMPACT，按照冲击高度和冲击事件IMPACT对辊缝补偿值进行计算，将补偿值加到辊缝设定值，保持轧制过程平稳，减少板厚偏差。这个方法只是解决了高点问题，而不能解决薄点问题，这种方法施加到钢板上，反而使薄点更为恶化，具有一定的弊端。笔者通过对辊缝数据的分析，采用削峰平谷的办法进行补偿，就是说，在高点上下压辊缝在薄点上上抬辊缝。考虑到钢板厚度的不同、钢种的不同、轧制力的大小等对高点值和薄点值都是有一定影响的，决定采用多段折线模型的控制方法来进行控制补偿。用测厚仪的数值进行反馈，再加上经验值来修正各种控制系数，图2就是新旧补偿曲线的对比图，可以看出新头部补偿曲线比原来的复杂更为灵活有效。

5.现场实施

根据新的控制策略进行编写控制程序，程序在一级自动化中实现，由于控制器是采用西门子的SIMADYN D高性能的处理器，编程软件是UNIX操作系统下的STRUC G，增加控制程序，补偿曲线直接施加到辊缝控制上，思想就是在钢板咬入时补偿到头部上，过去一定的长度后自动取消，继续正常的轧制。

由于在实际测量中是用到的长度，厚点和薄点都是用长度来描述的，所以为了表达直观，在程序中也是用到了钢板长度来表示，程序中的钢板长度是系统跟踪计算出来的相对很准确的，当然控制算法的长度也可以根据实际情况进行灵活调节。

在实际的测试过程中，逐步摸索出关键的几个控制拐点，形成一个固定函数曲线，以钢板咬入为坐标原点，头部补偿函数表达式为：

是补偿HGC的辊缝值，hcp是操作人员输入补偿辊缝值。

6.效果

经过一系列的控制优化和调试，逐步把钢板厚度、钢种规格等相关因素对钢板头部冲击的补偿值摸索出来，形成了一个相对固定的补偿曲线，在实践中效果比较好，已经杜绝了钢板头尾薄而导致的改判及轧废。钢板头部偏差控制在0.2mm内，完全满足了客户需求，提高了成才率。在图3中，第一行是控制的辊缝曲线，第二行是补偿曲线，从中可以看出钢板头部辊缝控制状况有所好转，比原来平滑了许多。

从测厚仪的实测效果上看，也得到了比较彻底的改观，如图4与图5的对比中可以看到，新模型投用后实测的曲线更为平滑，保证了同板差，在实际的钢板测量来看，与测厚仪所测结果是一致的。

7.结论

中厚板轧制过程中头部厚度超差主要受到钢板头尾温度偏低、咬钢冲击、液压缸回缩等客观因素影响，这些是中厚板轧制中的特性，不可能从根本原因上消除，只能从控制上优化。可以在不同钢种和不同规格的轧制条件下，利用轧制过程实际数据，进行轧件塑性系数计算，采用多段折线办法可以灵活的对钢板头部进行补偿控制，自动修正头部沉入量，使高点下来薄点补上来。实际生产中证明，头尾部超差的问题得到解决，降低了改判，提高钢板的命中率和成材率。