D0I:10.13374/i.issn1001053x.2002.03.057 第24卷第3期 北京科技大学学报 Vol.24 No.3 2002年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2002 一种带钢热连轧的楔形控制方法 刘文仲吕志民陈雨来 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京100083 摘要在不需要任何额外硬件投资的基础上，提出了一种新的控制带钢楔形的思路，即引 入比例积分调节(PI)法对楔形进行控制.仿真实验结果表明，采用此控制方法可以有效地提高 带钢楔形的控制精度 关键词带钢热连轧；带钢楔形控制(SWC方控制策略；反馈控制：PI控制器 分类号TP273 近年来，对热轧带钢的尺寸、形状质量方面 的控制原理是：根据精轧机组出口处凸度仪的 提出了新的、更高的要求，即要求控制带钢的楔 实际测量结果和每个机架的实测压制压力，动 形(Wedge).作者提出了带钢楔形控制(Strip Wed- 态反馈修正每个机架的压下位置（辊缝）.控制 ge Control))的一种简单易行的控制方法，采用该 算法是常规的比例积分(PI)调节.SWC的控制 方法，热连轧机组不需要进行任何硬件改造.本 原理图如图1所示 文介绍了该方法的控制原理、控制流程和控制 由图1可知，带钢的楔形信息通过精轧机 算法. 组最末架的压力传感器和其后的凸度仪测量， 并传递给过程控制计算机，计算机根据所测数 1控制原理 据与设定值的偏差，经过SWC计算，确定调整 在热轧带钢生产中，由于轧机机架左右压 量给压下设备发出指令，进行调整.SWC的控 下不平衡造成的带钢断面不是规则的矩形而成 制原理方框图如图2所示 为楔形的现象通常称为带钢楔形.楔形的出现 由图2看出，通过轧机的乐力传感器测到 通常会造成轧制过程的不稳定，如跑偏、甩尾以 轧件传动侧和工作侧的压力值的偏差量，同时 及轧件摆动等问题；同时容易造成板形不良，使 由凸度仪检测带钢断面得到的楔形实际值.对 用户在使用中由于厚度不均造成困难.在热连 压力值和实测的楔形值进行SWC的增益计算， 轧生产中，通常没有专门的楔形控制功能. 轧制万 在生产中，热轧带钢的楔形偏差(Wedge de- viation)定义为：从带钢的传动侧边缘到带钢25 BUR mm处的厚度与从工作侧边缘到带钢25mm处 WR 的厚度之差，即： △h.=h2s-ps-h2s-ws (1) 带钢楔形 式中，△ha为楔形偏差，mm;hzs-s为带钢的传动侧 边缘到25mm处的厚度，mm;hs-s为带钢的工 SW 作侧边缘到25mm处的厚度，mm 热轧带钢的楔形偏差是由传动侧的压下位 压下设备 置（辊缝）和工作侧的压下位置（辊缝）之间的非 对称性引起的.带钢热连轧的楔形控制(SWC) 图1SWC的控制示意图 收稿日期200109-20刘文仲男，50岁，高工 Fig.1 Schematic of strip wedge control (SWC) *国家经贸委重大装备国产化项目No.97-316-01-01)
第2 4 卷 第 3 期 2 0 0 2 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f U n i v e r s ity o f S c i e n e e a n d Te c h n o l o gy B e ij i n g 从〕1 . 2 4 N o . 3 J u n . 20 0 2 一种带钢热连轧的楔形控制方法 刘 文仲 吕 志民 陈 雨 来 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心 , 北京 10 0 0 8 3 摘 要 在不需要任何额 外硬 件投 资的基 础上 , 提出了一种 新 的控制带 钢 楔形 的思路 , 即引 入 比例积 分调节 ( lP )法对楔形进 行控 制 . 仿真实验 结果表 明 , 采用 此控 制方法 可 以 有效地 提高 带钢 楔形 的控制 精度 . 关键 词 带钢 热连 轧 ;带 钢楔 形控 制( SW C ;) 控制 策略 ;反 馈控 制 ;PI 控制器 分 类号 T P 2 7 3 近年来 , 对热轧带 钢的尺 寸 、 形状质量方面 提 出了新的 、 更高 的要求 , 即要求控制带钢 的楔 形(We d ge ) . 作者提出了带钢楔形控制( S itr p We d - ge C o ntr ol )的一种 简单 易行 的控制方法 , 采用 该 方法 , 热连轧机组不需要进行任何硬件改造 . 本 文介绍 了该 方法 的 控制原理 、 控制流程 和 控制 算法 . 1 控制原理 在热轧 带钢生产 中 , 由于轧 机机架左右压 下不 平衡造成 的带钢断面不 是规则的矩形而成 为楔形的现象通 常称 为带钢楔形 . 楔形 的出现 通 常会造成轧制过程 的不稳定 , 如跑偏 、 甩 尾以 及轧件摆动等 问题 ;同时容易造成板形不 良 , 使 用户在使用 中 由于厚度不 均造成 困难 . 在 热连 轧生产 中 , 通 常没有专 门的楔 形控制功能 . 在生产 中 , 热轧带钢 的 楔形 偏差 (We d ge de - vi iat on )定义为 : 从带钢 的传 动侧边缘 到带钢 25 ~ 处 的厚 度与从工作侧边缘 到带钢 25 ~ 处 的厚度之差 〔, , , 即: △h d 一 h 2 5一 D厂 h 2 5一 w , ( l ) 式中 ,△h d为楔形偏差 , m m ; 瓜 一 。 s为带钢 的传 动侧 边缘到 25 m m 处 的厚度 , m m ; 瓜 一 w s为带 钢的工 作侧边缘到 25 ~ 处的 厚度 , m m . 热轧带钢的楔形偏差是 由传动侧的压下 位 置 (辊缝 )和工作侧 的压下 位置 (辊 缝 )之间 的非 对称性 引起 的 . 带 钢热连轧的楔形控 制 ( s w c ) 收稿 日期 20 01 刁9 一 2 0 刘文 仲 男 , 50 岁 , 高工 * 国家经贸委 重大装备国产化项 目 (N 仓9 7 一 31 6 · 01 一 0 1) 的控 制原理是 : 根据精 轧机组 出 口处 凸 度仪的 实际测 量结果和 每个机架 的实测压制压 力 , 动 态反馈 修正每个机架 的压 下位置 (辊缝 ) . 控制 算法是常规 的 比例 积分 (IP )调 节 . SW C 的控制 原理 图如 图 l 所示 . 由图 1 可知 , 带钢 的楔形信息通过精 轧机 组最末 架 的压力传 感器和其后 的凸 度 仪测量 , 并传递 给过程控制计算机 , 计算机根 据所 测数 据 与设定值 的偏差 , 经过 S WC 计 算 , 确定调整 量给 压下设备发 出指令 , 进行调 整 . S W C 的控 制原 理方框 图如 图 2 所示 『2礴.l 由图 2 看 出 , 通过轧机 的 压力传感器测到 轧件传动侧 和 工作侧 的压力值 的偏 差量 , 同时 由凸度仪 检测 带钢断面得到 的楔形 实 际值 , 对 压力值和实测 的楔形值进行 SW C 的增 益计算 , 带钢楔 形 压 下设 备 图 1 s w C 的控 制示意 图 S e h e m a t i c o f s t r i P w e d g e e o n t or l ( SW C ) 下WS | .iglF匕 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 03. 057
Vol.24 刘文仲等：一种带钢热连轧的楔形控制方法 ·289 (2)塑性系数2.由查表或计算确定 末架轧机 (3)反馈控制比例增益K。,通过查表的方法 凸度仪 确定 带钢运行方向 辊缝控制 (4)反馈控制积分增益K.通过查表的方法 确定 检测轧 检测带钢 制压力 (5)控制死区(Dead-band).通过查表的方法 的楔形 传动侧和工 确定 楔形检测值 作侧压力值 计算SWC的 2.2周期处理 增益 周期处理是按固定的时间进行数据采样和 反馈挖制.当带钢的头部到达精轧出口处的凸 K+K·SPI控制器 度仪，经过一定的延迟时间以后，开始对F1(精 SWC计算的 AGC进行 轧机组第1机架)至Flast--l(精轧机组最后机架 AGC 辊缝调整量 辊缝调整 之前的机架，例如精轧机组最后机架为F7,Fla- 图2SWC的控制原理方框图 st-1就指F6)进行数据采样和SWC的反馈控 Fig.2 Schematic drawing of SWC structure 制.为了保证穿带的稳定性，精轧机组最后机架 的SWC在带钢的头部到达卷取机以后DCON) 计算值和实测楔形值一起由PI控制器解算得 开始执行.当带钢的尾部离开第i架轧机(F,metal 到辊缝调整量，将此量传递液压AGC(APC)进 out)时，F,的SWC停止执行. 行楔形调整 (I)数据采样与数据更新SWC的采样周期 2控制流程 和控制周期之间的关系，如图4所示， 数据采样是指采集各机架的轧制压力、采 SWC的控制流程如图3所示. 集带钢的传动侧边缘25mm处的厚度hs-s和带 开始 钢的工作侧边缘到25mm处的厚度hs-ws. 数据采样的次数记为N.用移动平均法对采 预处理 样数据进行处理.所谓移动平均法，是指加进一 点新数据，去掉一点旧数据，求N次数据的 采集轧制压力和带钢的形值 平均值. 周期处理 计算压下位置修下量 采样周期=挖制周期 周期出理 设定压下位置修正量 周期处理 后处理 结束 ◆F1-F6 SWC 图3SWC的控制流程 +F7 SwC Fig.3 SWC flowchart 凸度仪信号 DC-ON 21预处理 图4SWC的采样周期和控制周期 预处理需要确定SWC的以下参数 Fig.4 SWC sampling cycle and control cycle (1)轧机常数（轧机的刚度）).SwC使用的 轧机常数和AGC(自动厚度控制)使用的轧机常 (2)计算压下位置修正值.计算带钢的楔形 数完全一样. 偏差△hwd)=h2s-os一hx-ws;楔形偏差进行极限检 M=M×f八W) (2) 查.如果楔形偏差进入死区范围，那么楔形 其中，M为SWC使用的轧机常数；M为没考虑 偏差的值用0来代替，即△h(wd)户0；更新楔形 宽展影响的轧机常数：八W)为宽度影响系数；W 偏差的累积值△(wdsum)=△hwds)十△h(wd);计 为带钢的宽度 算楔形偏差的反馈修正值△h(d,)=K,△h(wd)+
l V b . 4 刘文仲 等 2 : 一种带钢 热连 轧的楔 形控制 方法 一 8 2 9 - 末架轧机 砚 度仪 带钢运行方 向 制检测压轧力 检 测带钢 的楔形 计算 的 W C S 增益 甲 { 丛十尺 . 5 G C A 楔 形检测 值 P l 控制器 计算的 W C S 辊 缝调整 s w 图 的控 制原理方 框 图 C 2 i g F · S 2 a e e e i m t h d a r w i n g o f W C S s t e t r u u e r P l 计算值和 实测楔形值一起 由 控制器 解算得 到辊缝调整量 , 将 此量传递 液压 A G C (A P )C 进 行楔形调 整 . 2 控制流程 SW C 的控制流 程如图 3 所 示 . … 开始 ! (2 )塑 性系数 Q . 由查 表或计算确定 . (3 ) 反馈控制 比例增益凡 . 通 过查 表的方法 确定 . ( 4 ) 反 馈控制积分 增益凡 . 通过查表 的方 法 确定 . ( 5) 控制死 区 ( D e a d 一 b an d) . 通 过查表 的方 法 确定 . .2 2 周期 处理 周期处理是按 固定 的时间进行数据采样 和 反馈控制 . 当带钢 的头部到达精轧 出 口处 的凸 度仪 , 经过一定 的延迟 时间以后 , 开始对 lF (精 轧机组第 1 机架) 至 lF as -t l( 精轧机组最后机架 之前的机架 , 例如精轧机组最后机架为 7F , lF a - s卜 1 就指 F 6) 进行 数据采样和 SW C 的反馈控 制 . 为 了保证穿带 的稳定性 , 精轧机组 最后机架 的 SW C 在带钢的头部 到达卷取机以后 (D C O N ) 开始执行 . 当带钢的尾部离开 第i 架轧机(F , m et al o ut )时 , F ,的 S W C 停止执行 . ( l) 数据采样与数据更新 s W C 的采样周 期 和控制 周期 之间的关系 , 如图 4 所示 . 数据采样是指采集各机 架的 轧制压力 、 采 集带钢 的传动侧边缘 25 m m 处 的厚度标 一 sD 和 带 钢的工作侧 边缘到 25 m m 处的厚度瓜 一 .ws 数据采样的次数记为.N 用移动平均法对采 样数据进行处理 . 所谓移动 平均法 , 是指加进一 点 新 数据 , 去 掉 一 点 旧 数 据 , 求N 次数 据 的 平均值 . 周期处理 周期出理 预处理 采集轧制压力和带钢 的形值 计算压下位置修正 量 设定压下位置修正量 后处理 结束 采样周期= 控 制周期 , 泣 图 3 SW C 的控 制流程 F ig . 3 S WC if o w e b a r t .2 1 预 处理 预处理需要 确定 S WC 的 以 下参 数 . ( 1)轧机 常数 (轧机 的刚度 ) `习 . Sw C 使用 的 轧机 常数和 A G (C 自动厚度控制 )使用的轧机 常 数完 全一样 . 几介 0M x f( 哟 (2 ) 其 中 , 刀为 S W C 使用 的轧机常数 ; M0 为没考虑 宽展影响的轧机常数 ;f( 哟为宽度 影响系数 ; 砰 为带钢的 宽度 . F I一 F6 S WC F 7 S WC 凸度仪 信号 D C 月ON 图 4 SW C 的采样周 期和 控制周 期 F i g · 4 S W C s a m Pl i n g e y e l e a n d e o n t or l e y e l e (2 )计算 压下位 置修正 值 . 计算带钢 的楔形 偏差△h (w d ) = h 2 5一 。 s 一 h 2 5一 w s ; 楔形 偏差进行极限检 查 . 如 果楔形 偏差 进人 死 区 范 围 , 那 么 楔形 偏差 的值用 O 来代替 , 即 △h( w d) 二 ;0 更新楔形 偏差 的累积值 Ah (w d s o M ) = △h (w d s u M ) + Ah (wd ) ; 计 算 楔 形 偏 差 的反 馈 修 正 值△h( 铸 :卜所 △h( w d) 、 -
·290· 北京科技大学学报 2002年第3期 K△h(wdsw),K,为反馈控制比例增益，K,为反馈 理、控制流程和控制算法.对于已经在精轧机组 控制积分增益.计算压下位置修正值（这是SWC 出口处安装了凸度仪的热轧厂来说，实现带钢 主要的计算公式)： 楔形控制(SWC),不需要再增加任何硬件投资， .d (2) 只要开发相应的应用软件，利用原有的硬件系 其中，△S.为精轧机的压下位置修正量；M为精 统，如液压AGC;APC就可以完成所有的控制和 轧机的刚度；2为塑性系数；为精轧机的机架序 调节功能. 号.设定乐下位置修正值 参考文献 (3)后处理.后处理是指当SWC执行的条件 1王国栋.板形控制和板形理论M北京：冶金工业出 不满足时的处理.SWC执行的条件是：凸度仪 版社，1986.11 能够正常工作；APC(自动位置控制)的控制方 2杨节.轧制过程数学模型M.北京：冶金工业出版 式为“AUTO”;SWC的控制方式为“ON” 社，1993 上述的条件有一项不满足时，就执行以下 5邹家样，施东成.轧钢机械理论与结构设计M).北 京：冶金工业出版杜，1993 的后处理：停止本周期的处理；等待下一个周期 3王贞样，张进之.AGC控制模型的误差分析，控制 的处理：清除压下位置修正值， 与决策，1992,7(3)：211 4刘建昌，王贞祥.AGC控制模型与结构的研究U]钢 4结束语 铁，1994,29(5)：35 本文给出了带钢楔形控制(SWC)的控制原 Strip Wedge Control for Hot Strip Mill LIU Wenzhong,LU Zhimin,CHEN Yulai National Engineering Research Center for Advanceol Rolling Technology,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The strip quality including gauge and shape was improved greatly.A new method based on using PI controller to control strip wedge was presented.The simulation results showed that the strip wedge precise was improved effectively. KEY WORDS hot strip rolling;strip wedge control(SWC);control strategy;feedback control;PI controller
一 2 9 0 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 02 年 第 3期 凡△h( w ds 、 ) , 瓜 为反馈控制 比例增益 , 戈为反 馈 控制 积分增益 . 计算压下位置修 正值 (这是 S Wc 主 要 的计算 公式 ) : 战 一 △ hdm 丝之g 似 矛 ( 2 ) 其中 , △wS 为精 轧机 的压下位 置修正量 ; 对为精 轧机 的刚度 ;Q 为塑性 系数 ;i 为精轧机 的 机架 序 号 . 设定压 下位置修 正值 . (3 )后处理 . 后处理 是指 当 SW C 执行 的条件 不满 足时 的处理 . S WC 执 行 的条件 是 : 凸 度仪 能够 正常工作 ; A P C ( 自动位置控 制 )的控制方 式 为 伙U T O , , ; S W C 的控制方式 为 ` ` O N , , . 上述 的条件有一 项不满足 时 , 就执 行 以下 的后处理 : 停止本周期的处理 ;等待下一个周期 的处理 ; 清除压下位 置修正值 . 理 、 控制流程和 控制算 法 . 对于 已经在精轧机组 出 口处安 装 了 凸度仪 的热轧厂来说 , 实现带 钢 楔形控 制( SW )C , 不 需 要再增加任何硬 件投资 , 只 要开发 相应 的应用 软件 , 利用 原有 的硬件 系 统 , 如液压 A G ;C 妙C 就可 以完成所有 的控制 和 调节功能 . 4 结束语 本文 给出了带钢楔形控 制( S WC )的控制原 参 考 文 献 1 王 国栋 . 板 形控 制和板形理 论 IM』 . 北 京 : 冶金 工业 出 版社 , 19 8 6 . 1 1 2 杨节 . 轧 制过 程数 学模 型 [M ] . 北 京 : 冶金工 业 出版 社 , 1 9 9 3 5 邹家祥 , 施东成 . 轧 钢机 械理 论与结构 设计 [M 』 . 北 京 : 冶 金工 业 出版社 , 19 93 3 王贞祥 , 张进 之 . A G C 控制模 型 的误差分析 [J] , 控制 与决策 , 1 9 9 2 , 7 ( 3 ) : 2 1 1 4 刘建 昌 , 王 贞祥 , A G C 控制模型 与结 构 的研究 [J] . 钢 铁 , 1 994 , 2 9 ( 5 ) : 3 5 S tr iP 研e/ d g e C o ntr o l fo r H o t S tr iP M ill LI U 肠 ” 2 八口 ng , L U hZ im in , C l才E N uY la i N at i o n al 劲ig n e e r l n g 取 s eax 比 C e in e r for A vd an e e o l oR ll i n g eT c h n o l o gy , U S T B e ij in g , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , C h in a A B S T R A C T hT e str iP qu a lity i n e in d i n g g au g e an d s h ap e w a s im Por v e d gr e at ly . A n e w m e ht o d b a s e d o n u s i n g P l e o n otr ll e r t o e o ntr o l s tr iP w e dg e w a s Pre s e n t e d . T h e s im u l at i o n r e s u lt s s h o w e d ht at ht e s tr iP w e 电e Pre c i s e w a s lm Por v e d e fe e t i v e l y . K E Y W O R D S h o t s tr iP or lli n g ; s itr P w e dg e e o ntr o l ( SW C ) : e o ntr o l s tr at e gy : fe e db ac k c o n t r o l: P l e o ntr o ll e r