冷连轧机厚度扩展前馈控制方法与流程

本发明涉及五机架冷连轧机系统，特别涉及一种冷连轧机厚度扩展前馈控制方法。

背景技术：

厚度精度是冷轧带钢最重要的质量指标之一。随着汽车、航空、家电、精密仪表、民用建筑、食品罐头等行业的兴起与发展，对冷轧带钢的厚度精度具有严格的要求。

冷连轧机是冶金行业中最复杂、自动化程度最高、精度要求最严的装备之一，它在一定程度上代表了钢铁工业技术发展的水平。冷连轧机厚度前馈控制是保证冷轧带钢成品厚度精度的重要手段。来料厚差是冷轧带钢成品产生厚差的重要原因，因此传统的冷连轧机厚度前馈控制使用在机架前直接测量的来料厚差进行前馈控制。

图1为传统的五机架冷连轧机厚度前馈控制原理图，该冷连轧机包括五个机架，即第一机架S1、第二机架S2、第三机架S3、第四机架S4和第五机架S5，只在第一机架S1前、第二机架S2前和第五机架S5前分别安装有第一测厚仪11、第二测厚仪12和第五测厚仪15。通常，只有在机架前安装测厚仪，该机架才进行前馈控制。现有的冷连轧机厚度前馈控制方法，在第一机架S1、第二机架S2和第五机架S5采用第一测厚仪11、第二测厚仪12和第五测厚仪15直接测量的来料厚差分别用于所述第一机架S1、第二机架S2和第五机架S5的前馈控制，前馈控制的调节机构为第一机架液压控制、第二机架液压控制和第五机架液压控制。

现有的冷连轧机厚度前馈控制方法的具体流程如下：

开始时，带钢运动到第一机架SI机架入口前的第一测厚仪11，第一测厚仪11测量到第一机架入口厚度偏差，第一机架入口厚度偏差通过第一厚度信息表T1移位到第一机架S1位置，信息表的移动速度与第一机架S1入口带钢的运动速度同步，在第一机架S1位置根据第一机架入口厚度偏差调整辊缝实施前馈控制；

随后，带钢由第一机架S1位置运动到第二机架S2入口前的第二测厚仪12，第二测厚仪12测量到第二机架入口厚度偏差，第二机架入口厚度偏差通过第二厚度信息表T2移位到第二机架S2位置，信息表的移动速度与第二机架S2入口带钢的运动速度同步，在第二机架S2位置根据第二机架入口厚度偏差调整辊缝实施前馈控制；

接着，带钢由第二机架S2位置运动到第三机架S3位置，由于无法测量第三机架入口厚度偏差，在第三机架S3位置不调整辊缝，即不实施前馈控制；

同样，当带钢由第三机架S3位置运动到第四机架S4位置，由于无法测量第四机架入口厚度偏差，在第四机架S4位置也不调整辊缝，即不实施前馈控制；

最后，带钢由第四机架S4位置运动到第五机架S5入口前的第五测厚仪15，第五测厚仪15测量到第五机架入口厚度偏差，第五机架入口厚度偏差通过第五厚度信息表T5移位到第五机架S5位置，信息表的移动速度与第五机架S5入口带钢的运动速度同步，在第五机架S5位置根据第五机架入口厚度偏差调整辊缝实施前馈控制，带钢由第五机架出口方向运动，完成前馈控制。

由于用户对冷轧产品厚度精度要求的提升以及冷轧来料厚度的波动较大，现有冷连轧机前馈控制能力不足，因此，考虑将没有参与厚度前馈的机架也投入厚度前馈控制。第三机架S3和第四机架S4没有参加厚度控制的原因，主要是在机架入口处没有安装测厚仪。随着由第一机架S1到第五机架S5的轧制厚度不断减薄，来料的硬度不断加大，第一机架S1和第二机架S2消除来料厚差的能力有所不足，为此，有必要增加第三机架S3和第四机架 S4厚度前馈控制。按照传统的厚度前馈控制方法，增加第三机架S3和第四机架S4厚度前馈控制，需在第三机架S3和第四机架S4前增加测厚仪。在第三机架S3和第四机架S4前各增加一台测厚仪，设备的投资费用巨大，同时设备维护负担加重。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种冷连轧机厚度扩展前馈控制方法，将未安装测厚仪的机架投入前馈控制，保证整个钢卷长度方向上成品带钢厚度的一致性。

为实现上述目的，本发明的冷连轧机厚度扩展前馈控制方法，该冷连轧机包括第一机架、第二机架、第三机架、第四机架和第五机架，在第一机架、第二机架和第五机架的入口前分别安装有第一测厚仪、第二测厚仪和第五测厚仪，第一测厚仪、第二测厚仪和第五测厚仪分别测量第一机架、第二机架和第五机架的入口来料厚度偏差，所述厚度偏差分别用于所述第一机架、第二机架和第五机架的前馈控制；根据第二测厚仪实测得到的厚度偏差预估出第三机架入口厚度偏差，并将预估出的第三机架入口厚度偏差传递到第三机架进行厚度前馈控制；根据所述预估出的第三机架入口厚度偏差预估出第四机架入口厚度偏差，并将预估出的第四机架入口厚度偏差传递到第四机架进行厚度前馈控制。

优选地，所述根据第二测厚仪实测得到的厚度偏差预估出第三机架入口厚度偏差，采用公式计算，其中

ΔH₃：预估的第三机架S3入口厚度偏差；

ΔH₂：第二测厚仪实测的第二机架入口厚度偏差

M₂：第二机架的纵向刚度系数；

W₂：在第二机架位置的带钢塑性刚度系数；

根据所述预估出的第三机架入口厚度偏差预估出第四机架入口厚度偏差，采用公式计算，其中

ΔH₄：预估的第四机架入口厚度偏差；

M₃：第三机架的纵向刚度系数；

W₃：在第三机架位置的带钢塑性刚度系数；

优选地，所述第三机架前馈调节量ΔY₃和第四机架前馈调节量ΔY₄采用如下公式计算：

${\mathrm{\ΔY}}_3={\mathrm{\ΔH}}_3\×\frac{W_3}{M_3};$

${\mathrm{\ΔY}}_4={\mathrm{\ΔH}}_4\×\frac{W_4}{M_4}.$

优选地，前馈控制的算法在PLC中执行。

采用本发明的冷连轧机厚度扩展前馈控制方法，不需要增加设备投入，提高了厚度控制的精度，对于确保整个钢卷长度方向上成品带钢厚度精度，对减少成品带钢厚度波动以及保证轧制稳定具有积极意义。

附图说明

图1为传统的五机架冷连轧机厚度前馈控制原理图；

图2为本发明的冷连轧机厚度扩展前馈控制原理图；

图3为图2中第三机架和第四机架厚度前馈控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图2和3所示，本发明的冷连轧机厚度扩展前馈控制方法，该冷连轧机包括第一机架S1、第二机架S2、第三机架S3、第四机架S4和第五机架S5，在第一机架S1、第二机架S2和第五机架S5的入口前分别安装有第一测厚仪11、第二测厚仪12和第五测厚仪15，第一测厚仪11、第二测厚仪12和第五测厚仪15分别检测第一机架S1、第二机架S2和第五机架S5的入口 带钢厚度偏差。在第一机架S1、第二机架S2和第五机架S5采用第一测厚仪11、第二测厚仪12和第五测厚仪15直接测量的来料厚度偏差分别用于所述第一机架S1、第二机架S2和第五机架S5的前馈控制。

对第三机架S3和第四机架S4的前馈控制采用如下方法：首先，根据第二机架S2入口第二测厚仪12实测得到的厚度偏差预估出第二机架S2出口厚度偏差即第三机架S3入口厚度偏差，第三机架S3入口厚度偏差传递到第三机架S3进行厚度前馈控制；同理，根据第三机架S3入口厚度偏差预估出第三机架S3出口厚度偏差即第四机架S4入口厚度偏差，第四机架S4入口厚度偏差传递到第四机架S4进行厚度前馈控制。

第三机架S3和第四机架S4厚度前馈控制的具体做法是对带钢进行跟踪，将第三机架S3和第四机架S4前得到的每段带钢的预估厚度偏差值分别存贮在第三厚度信息表T3和第四厚度信息表T4中，并随着带钢轧制速度向前移动，在该段带钢进入第三机架S3或第四机架S4机架前，取出与该段带钢相应的厚度偏差值，根据相应的前馈控制算法得到每个机架液压控制的调节量用于实时厚度前馈控制。

第三机架S3和第四机架S4入口厚度偏差的预估方法如下：

根据第二机架S2入口第二测厚仪12实测得到的厚度偏差预估出第三机架S3入口厚度偏差，采用如下公式一：

${\mathrm{\ΔH}}_3={\mathrm{\ΔH}}_2\×\frac{W_2}{M_2+W_2}$ (公式一)

ΔH₃：预估的第三机架S3入口厚度偏差；

ΔH₂：第二测厚仪12实测的第二机架S2入口厚度偏差

M₂：第二机架S2的纵向刚度系数；

W₂：在第二机架S2位置的带钢塑性刚度系数；

按照预估的第三机架S3入口厚度偏差预估第四机架S4入口厚度偏差，如下公式二：

${\mathrm{\ΔH}}_4={\mathrm{\ΔH}}_3\×\frac{W_3}{M_3+W_3}$ (公式二)

ΔH₄：预估的第四机架S4入口厚度偏差；

M₃：第三机架S3的纵向刚度系数；

W₃：在第三机架S3位置的带钢塑性刚度系数；

带钢厚度偏差信息传递的方法如下：由装在各个机架工作辊上的脉冲计数器信号来获得带钢前进的长度。当带钢前进的长度大于第一机架S1入口第一测厚仪11到第二机架S2的距离时，提取第一机架S1的第一厚度信息表T1中的第一机架S1入口厚度偏差实测值；当带钢前进的长度大于第二机架S2入口第二测厚仪12到第二机架S2的距离时，提取第二机架S2的第二厚度信息表T2中的第二机架S2入口厚度偏差实测值，同时根据公式一预估出第三机架S3入口厚度偏差值，保存到第三机架S3的第三厚度信息表T3中的首地址；当带钢前进的长度大于第二机架S2和第三机架S3间的距离时，提取第三厚度信息表T3中的第三机架S3入口预估厚度偏差值，根据公式二预估出第四机架S4入口厚度偏差值，保存到第四机架S4的第四厚度信息表T4中的首地址；当带钢前进的长度大于第三机架S3和第四机架S4间的距离时，提取第四机架S4的第四厚度信息表T4中的第四机架S4入口预估厚度偏差值；当带钢前进的长度大于第五机架S5入口第五测厚仪15到第五机架S5的距离时，提取第五机架S5的厚度信息表T5中的第五机架S5入口厚度偏差实测值。

根据提取的第三机架S3和第四机架S4入口预估厚度偏差值，计算扩展前馈控制调节量实施厚度控制。根据提取的第一机架S1、第二机架S2和第五机架S5入口厚度偏差实测值，计算常规前馈控制调节量实施厚度控制。

第一机架S1至第五机架S5厚度前馈控制算法分别为：

第一机架S1厚度前馈控制算法，如下公式三：

$\mathrm{\Δ}{Y}_1={\mathrm{\ΔH}}_1\×\frac{W_1}{M_1}$ (公式三)

ΔY₁：第一机架S1前馈调节量；

ΔH₁：实测的第一机架S1入口厚度偏差；

M₁：第一机架S1的纵向刚度系数；

W₁：在第一机架S1位置的带钢塑性刚度系数；

第二机架S2厚度前馈控制算法，如下公式四：

${\mathrm{\ΔY}}_2={\mathrm{\ΔH}}_2\×\frac{W_2}{M_2}$ (公式四)

ΔY₂：第二机架S2前馈调节量；

ΔH₂：实测的第二机架S2入口厚度偏差；

M₂：第二机架S2的纵向刚度系数；

W₂：在第二机架S2位置的带钢塑性刚度系数；

第三机架S3厚度前馈控制算法，如下公式五：

${\mathrm{\ΔY}}_3={\mathrm{\ΔH}}_3\×\frac{W_3}{M_3}$ (公式五)

ΔY₃：第三机架S3前馈调节量；

ΔH₃：预估的第三机架S3入口厚度偏差，由公式一计算得出；

M₃：第三机架S3的纵向刚度系数；

W₃：在第三机架S3位置的带钢塑性刚度系数；

第四机架S4厚度前馈控制算法，如下公式六：

${\mathrm{\ΔY}}_4={\mathrm{\ΔH}}_4\×\frac{W_4}{M_4}$ (公式六)

ΔY₄：第四机架S4前馈调节量；

ΔH₄：预估的第四机架S4入口厚度偏差，由公式二计算得出；

M₄：第四机架S4的纵向刚度系数；

W₄：在第四机架S4位置的带钢塑性刚度系数；

第五机架S5厚度前馈控制算法，如下公式七：

${\mathrm{\ΔY}}_5={\mathrm{\ΔH}}_5\×\frac{W_5}{M_5}$ (公式七)

ΔY₅：第五机架S5前馈调节量；

ΔH₅：实测的第五机架S5入口厚度偏差；

M₅：第五机架S5的纵向刚度系数；

W₅：在第五机架S5位置的带钢塑性刚度系数；

轧机厚度扩展前馈控制算法要求计算速度快，因此，该算法的工业应用在PLC中执行。在PLC中分为程序运行区和数据存储区。厚度控制算法的相关参数以及带钢信息表保存在数据存储区。针对第一机架S1至第五机架S5机架的前馈控制输出，将厚度控制算法分为5个独立的程序进行计算。

由各测厚仪到各机架的距离和机架间距离确定的两类数据表，用于入口厚度偏差的保存、移动和提取。如图2中，设各测厚仪到各对应机架的距离和机架间的距离分别为L₁和L₂，设第一厚度信息表T1和第二厚度信息表T2分别为第一测厚仪11和第二测厚仪12到第一机架S1和第二机架S2的厚度信息表，设第三厚度信息表T3和第四厚度信息表T4分别为第二机架S2到第三机架S3的厚度信息表和第三机架S3到第四机架S4的厚度信息表，设厚度信息表T5为机架前第五测厚仪15到第五机架S5的厚度信息表。为了从图2中的数据表中准确获得相应厚度值，需要对带钢进行实时跟踪，可以 由装在各个机架工作辊上的脉冲计数器信号来完成，当某个机架的脉冲计数器增加一定数量，则表示带钢前进了一段固定的距离。

例如：设距离L₁和L₂分别为2000毫米和4500毫米，由于每个脉冲计数信号所对应的带钢分段控制长度L₀为20毫米，因此可由容量为100的厚度信息表T1、T2、T5和容量为225厚度信息表T3、T4来完成信息的传递。其中，移动1次信息表是将当前单元的信息值移动到下一单元；厚度信息表的保存、移动、提取均由PLC程序完成。以容量为100的第一厚度信息表T1为例说明厚度信息表的移动原理。PLC程序是按定周期来执行的，例如每50毫秒进行一次计算。每次计算的顺序如下：首先，读取第一厚度信息表T1中第100个单元的第一机架S1入口厚度偏差值。然后，根据接收到的第一机架S1工作辊脉冲数移动第一厚度信息表T1，1个脉冲表示带钢移动了20毫米。以接收到2个脉冲数为例，需要将第一厚度信息表T1由左向右移动2次。最后，将当前第一机架S1入口厚度偏差测量值保存到第一厚度信息表T1的前2个单元。

厚度控制PLC程序是按定周期来执行的，如每50毫秒进行一次计算。其中，每个机架对应一个独立的运行程序，每个程序的计算过程如下。

①对应第一机架S1的PLC程序的计算流程

●读取第一厚度信息表T1中第100个单元的第一机架S1入口厚度偏差值；

●从数据存储区里提取参数M₁和W₁；

●按照公式三计算得到液压控制的调节量；

●输出液压控制的调节量；

●接收到N个第一机架S1工作辊上的脉冲计数器信号；

●移动N次第一厚度信息表T1；

●将当前第一机架S1入口厚度偏差测量值保存到前N个单元；

②对应第二机架S2的PLC程序的计算流程

●读取第二厚度信息表T2中第100个单元的第二机架S2入口厚度偏差值；

●从数据存储区里提取参数M₂和W₂；

●按照公式四计算得到液压控制的调节量；

●输出液压控制的调节量；

●接收到N个第二机架S2工作辊上的脉冲计数器信号；

●移动N次第二厚度信息表T2；

●将当前第二机架S2入口厚度偏差测量值保存到前N个单元；

③对应第三机架S3的PLC程序的计算流程

●读取第三厚度信息表T3中第225个单元的第三机架S3入口厚度偏差值；

●从数据存储区里提取参数M₃和W₃；

●按照公式五计算得到液压控制的调节量；

●输出液压控制的调节量；

●接收到N个第三机架S3工作辊上的脉冲计数器信号；

●移动N次第三厚度信息表T3；

●读取第二厚度信息表T2中第100个单元的第二机架S2入口厚度偏差值，根据公式一预估出第三机架S3入口厚度偏差值，将其保存到第三厚度信息表T3的前N个单元；

④对应第四机架S4的PLC程序的计算流程

●读取第四厚度信息表T4中第225个单元的第四机架S4入口厚度偏差值；

●从数据存储区里提取参数M₄和W₄；

●按照公式六计算得到液压控制的调节量；

●输出液压控制的调节量；

●接收到N个第四机架S4工作辊上的脉冲计数器信号；

●移动N次第四厚度信息表T4；

●读取第三厚度信息表T3中第225个单元的第三机架S3入口厚度偏差值，根据公式二预估出第四机架S4入口厚度偏差值，将其保存到第四厚度信息表T4的前N个单元；

⑤对应第五机架S5的PLC程序的计算流程

●读取第五厚度信息表T5中第100个单元的厚度偏差值；

●从数据存储区里提取参数M₅和W₅；

●按照公式七计算得到液压控制的调节量；

●输出液压控制的调节量；

●接收到N个第五机架S5工作辊上的脉冲计数器信号；

●移动N次第五厚度信息表T5；

●将当前第五机架S5入口厚度偏差测量值保存到前N个单元；

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。