首鋼京唐1580熱連軋定寬壓力機(jī)二級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

1、首鋼京唐1580熱連軋定寬壓力機(jī)二級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用董占奎1，田 華2，宋向榮2（1.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司 熱軋部，河北 唐山 063210；2.北京金自天正智能控制股份有限公司）摘要：首鋼京唐1580熱連軋定寬壓力機(jī)自動(dòng)化工程項(xiàng)目的二級(jí)控制系統(tǒng)是國內(nèi)第1套自主集成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的定寬壓力機(jī)過程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要功能包括：軋件跟蹤、模型設(shè)定計(jì)算、模型自學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信等。目前系統(tǒng)運(yùn)行狀況非常穩(wěn)定，實(shí)測(cè)寬度達(dá)到工藝考核指標(biāo)，完全滿足現(xiàn)場生產(chǎn)的要求。關(guān)鍵詞：熱連軋；定寬壓力機(jī)；軋件跟蹤；模型設(shè)定計(jì)算；模型自學(xué)習(xí)文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1000-7059（2012）0 -00 0

2、Design and application for L2 system of slab sizing pressin Shougang Jingtang 1580mm Hot Strip MillDONG Zhan-kui1，TIAN Hua2，SONG Xiang-rong2(1. Hot Metal Dept.,Shougang Jingtang United Iron and Steel Company, Tangshan 063210 China;2.Beijing Aritime Intelligent Control Co., Ltd.)Abstract: Based on th

3、e automation project of Shougang Jingtang 1580mm hot strip mill, the level 2（L2） software of slab sizing press (SSP) has been designed and developed, which is constructed independently by domestic companies. The main functions of the system include plate tracking, model setup calculating, model self

4、-learning, data acquisition and data communication, etc. At present, the operation of the system is very stable, and measured width is of the process evaluation index, which fully meet the requirements of the production.Key words: hot strip mill; slab sizing press; plate tracking; model setup calcul

5、ating; model self-learning0 引言近幾年我國冶金重型裝備制造技術(shù)和板材生產(chǎn)技術(shù)有了很大進(jìn)步，為減少板坯的寬度種類，提高連鑄與軋鋼的一體化水平1-2，定寬壓力機(jī)（Slab Sizing Press，以下簡稱SSP）設(shè)備在熱軋生產(chǎn)線上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)已經(jīng)投入使用的SSP及其自動(dòng)控制系統(tǒng)主要是從國外引進(jìn)的3-5。京唐1580熱連軋SSP自動(dòng)化項(xiàng)目，由北京金自天正智能控制股份有限公司自主開發(fā)，設(shè)計(jì)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的熱連軋SSP二級(jí)系統(tǒng)，系統(tǒng)功能主要包括：物料跟蹤、模型設(shè)定、模型自學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信等。2011年7月SSP二級(jí)系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，系統(tǒng)運(yùn)行狀況非常

6、穩(wěn)定，寬度控制良好，完全滿足現(xiàn)場生產(chǎn)要求。1 工藝流程配備SSP的熱軋生產(chǎn)線上的調(diào)寬設(shè)備主要有SSP和立輥軋機(jī)，SSP在鍛壓狀態(tài)下以中間坯目標(biāo)寬度為目標(biāo)對(duì)板坯全長進(jìn)行大的側(cè)壓，最大減寬量為350mm6；立輥軋機(jī)通常與平輥軋機(jī)配合使用，主要作用是微量調(diào)寬，經(jīng)過幾個(gè)道次的軋制，控制后續(xù)粗軋平輥軋機(jī)軋制后帶來的自然寬展，其減寬量一般不大于100mm。SSP和立輥軋機(jī)分工明確，通過合理控制保證寬度指標(biāo)。SSP位于除鱗箱和粗軋機(jī)之間。板坯出加熱爐后經(jīng)過除鱗箱，去除表面氧化鐵皮，由SSP前的側(cè)導(dǎo)板完成水平對(duì)中；再由輥道和入口夾送輥將板坯送至擠壓室預(yù)設(shè)定位置，通過兩個(gè)對(duì)稱的錘頭進(jìn)行寬度方向的第1次側(cè)壓，之后

7、錘頭打開，板坯通過導(dǎo)向輥的作用向前步進(jìn)某一長度，錘頭第2次側(cè)壓，之后錘頭再打開，板坯再向前步進(jìn)，按照預(yù)設(shè)定規(guī)程側(cè)壓N道次后，由出口夾送輥將板坯傳遞到SSP出口輥道，進(jìn)行后續(xù)工序的加工。2 系統(tǒng)組成SSP自動(dòng)控制系統(tǒng)主要是指基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)（L1）與過程自動(dòng)化級(jí)（L2），系統(tǒng)配置的總體原則：先進(jìn)、可靠、開放、經(jīng)濟(jì)、合理。L2系統(tǒng)采用Server/Client結(jié)構(gòu)，由1臺(tái)高性能PC服務(wù)器和1臺(tái)高性能PC客戶端組成，均采用當(dāng)前主流配置。其中PC服務(wù)器置于過程機(jī)房，用于運(yùn)行數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序；PC客戶端置于粗軋操作室，用于顯示SSP設(shè)定規(guī)程畫面和進(jìn)行相應(yīng)操作。SSP的L2系統(tǒng)通信主要是指PC服務(wù)器與L1和人

8、機(jī)界面（HMI）及儀表的通信。與L1的通信功能主要是L1給L2上傳生產(chǎn)過程的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，L2根據(jù)L1上傳的數(shù)據(jù)做出判斷，從而給L1下發(fā)SSP設(shè)定規(guī)程。與HMI的通信功能主要是將SSP的規(guī)程發(fā)送到畫面以及接收人工干預(yù)數(shù)據(jù)。與儀表的通信包括與高溫計(jì)和SSP前測(cè)寬儀的通信，在設(shè)置高溫計(jì)時(shí)，每個(gè)站位采用兩個(gè)高溫計(jì)，同時(shí)獲取板坯溫度實(shí)際值，兩組數(shù)值通過L1上傳給L2系統(tǒng)，一用一備；與測(cè)寬儀之間有兩種通信方式，一是L2系統(tǒng)與測(cè)寬儀直接通信，以該通信方式為主，二是測(cè)寬儀數(shù)據(jù)通過L1上傳給L2系統(tǒng)，L2系統(tǒng)根據(jù)時(shí)間和上傳次數(shù)求平均值，這種通信方式留作備用，這種一用一備的通信方式，可以避免某一通信方式中斷時(shí)，數(shù)據(jù)

9、不能及時(shí)傳遞的問題。L2系統(tǒng)采用Windows 2003 Server操作系統(tǒng)，依托金自天正具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的過程控制開發(fā)平臺(tái)HDP，利用Oracle 10g數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)，采用Visual Studio 2008開發(fā)工具和VC+語言實(shí)現(xiàn)SSP的L2控制系統(tǒng)功能。3 系統(tǒng)功能L2系統(tǒng)主要對(duì)SSP區(qū)域進(jìn)行工藝參數(shù)設(shè)定計(jì)算，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制：通過軋件跟蹤觸發(fā)模型設(shè)定計(jì)算，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、HMI干預(yù)和數(shù)據(jù)通信等（見圖1 ）。其中，軋件跟蹤是實(shí)現(xiàn)模型設(shè)定計(jì)算的基礎(chǔ)，而模型設(shè)定計(jì)算是其核心功能。SSP模型設(shè)定計(jì)算主要包括SSP錘頭開口度設(shè)定、SSP入口和出口夾送輥的位置設(shè)定等關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算。圖1

10、 SSP的L2系統(tǒng)控制功能圖Fig.1 System control function graph for SSP L2圖2中，PDI修改是指板坯原始數(shù)據(jù)信息修改。1233.1 軋件跟蹤通過軋件跟蹤，一方面為操作員顯示正確的生產(chǎn)信息，包括軋件位置、狀態(tài)和相關(guān)的工藝參數(shù)以及軋線工況；另一方面依據(jù)軋件跟蹤信息觸發(fā)相應(yīng)的程序：操作數(shù)據(jù)庫、調(diào)用模型計(jì)算、產(chǎn)生控制信息等。SSP的區(qū)域跟蹤是通過L1上傳的SSP入口和出口熱金屬檢測(cè)器信號(hào)的檢得和檢失以及夾送輥的實(shí)測(cè)壓力來判斷跟蹤區(qū)域是否有鋼，并在共享內(nèi)存中創(chuàng)建跟蹤數(shù)組以存儲(chǔ)這些變量，然后將數(shù)值轉(zhuǎn)換后發(fā)送到HMI畫面上顯示。3.2 模型設(shè)定計(jì)算如圖2所示，L

11、2系統(tǒng)在4個(gè)時(shí)刻自動(dòng)觸發(fā)模型設(shè)定計(jì)算（見表1第14行），在粗軋第1道次出口測(cè)得寬度實(shí)測(cè)值后，延時(shí)進(jìn)行模型自學(xué)習(xí)計(jì)算（見表1第5行）。表1 L2模型設(shè)定觸發(fā)時(shí)機(jī)表Table 1 Trigger time of SSP L2 model setup次數(shù)觸發(fā)時(shí)機(jī)觸發(fā)的功能數(shù)據(jù)來源HMI與L1通信1板坯入爐SSP一次預(yù)設(shè)定PDI顯示否2板坯即將出爐SSP二次預(yù)設(shè)定PDI、化學(xué)成分顯示否3板坯出爐SSP三次預(yù)設(shè)定PDI、高溫計(jì)實(shí)測(cè)值顯示根據(jù)跟蹤區(qū)域是否有鋼判斷4SSP入口SSP四次預(yù)設(shè)定PDI、高溫計(jì)實(shí)測(cè)值、SSP入口測(cè)寬儀實(shí)測(cè)值顯示發(fā)送設(shè)定數(shù)據(jù)5粗軋第1道次出口SSP自學(xué)習(xí)粗軋第1道次測(cè)寬儀實(shí)測(cè)值無無

12、表1中SSP一次和二次預(yù)設(shè)定完成數(shù)據(jù)有效性檢查，設(shè)定結(jié)果不下發(fā)一級(jí)系統(tǒng)；三次預(yù)設(shè)定由于采集到溫度的實(shí)測(cè)值，因此其設(shè)定較一次和二次設(shè)定更準(zhǔn)確，如果SSP區(qū)域有鋼，則該次設(shè)定不下發(fā)，否則，下發(fā)該次設(shè)定到一級(jí)系統(tǒng)；四次預(yù)設(shè)定則是在采集到溫度和寬度的實(shí)測(cè)值后進(jìn)行，該次設(shè)定與前三次設(shè)定相比更加準(zhǔn)確，其設(shè)定結(jié)果下發(fā)一級(jí)系統(tǒng)。在通過SSP模型進(jìn)行設(shè)定計(jì)算時(shí)，首先確定減寬量，計(jì)算軋制力；其次判斷軋制力是否在限定范圍內(nèi)，若軋制力超限，則給出新的板坯步進(jìn)長度，再重新迭代計(jì)算，直到給出合理的SSP錘頭開口度；然后計(jì)算入口和出口夾送輥的位置設(shè)定；最后當(dāng)板坯經(jīng)過SSP，并且由粗軋第1道次出口的測(cè)寬儀測(cè)得實(shí)際寬度后，SS

13、P設(shè)定模型進(jìn)行自學(xué)習(xí)。SSP模型設(shè)定計(jì)算流程如圖2所示。 圖2 SSP模型設(shè)定計(jì)算流程圖Fig.2 Calculating flow chart of SSP model setup3.2.1 軋制力模型在計(jì)算軋制力時(shí)，需要先計(jì)算SSP的減寬量，然后再根據(jù)減寬量大小計(jì)算SSP一次擊打板坯的偏移量，最后再代入軋制力模型計(jì)算出軋制力。（1）計(jì)算減寬量假設(shè)板坯為彈塑性體、SSP為剛體，考慮側(cè)壓后的狗骨回復(fù)量和過壓量，根據(jù)SSP入口寬度和出口目標(biāo)寬度，可以確定SSP的減寬量，即 （1）式中，為中間目標(biāo)寬度，mm；為SSP引起的狗骨回復(fù)量，mm；為SSP過壓量，mm。（2）計(jì)算一次擊打板坯的偏移量一次擊

14、打板坯的偏移量 （2）式中，為SSP錘頭角度1，º；為SSP錘頭角度2，º；為SSP錘頭尺寸，mm。SSP錘頭尺寸如圖3所示。SSP一次擊打板坯步進(jìn)量，mm。圖3 SSP錘頭尺寸示意圖Fig.3 Diagram of dimension for SSP hammers（3）計(jì)算軋制力軋制力模型基本方程如下： （3）式中，為平均變形抗力，MPa；為軋制力模型系數(shù)；為修正系數(shù)；為板坯厚度，mm。3.2.2 SSP開口度模型根據(jù)SSP軋制力和出口目標(biāo)寬度，可以確定SSP開口度，即 （4）式中，,為SSP設(shè)備常數(shù)，由工藝設(shè)備參數(shù)確定。3.2.3 夾送輥位置模型根據(jù)板坯的原始數(shù)據(jù)信息

15、PDI和板坯溫度進(jìn)行計(jì)算，得出板坯的熱值，在某一偏移量的基礎(chǔ)上可確定入口夾送輥的高度。而出口夾送輥的高度，需要考慮板坯經(jīng)過側(cè)壓后產(chǎn)生的狗骨峰值，在峰值基礎(chǔ)上偏移一定高度，進(jìn)行夾送輥位置設(shè)定。（1） 入口上夾送輥高度 （5）式中，為入口上夾送輥高度，mm；為與板坯厚度和板坯溫度相關(guān)的函數(shù)。（2） 入口下夾送輥高度入口下夾送輥高度與運(yùn)輸輥道高度相同。（3） 出口上夾送輥高度 （6）式中，為出口上夾送輥高度，mm；為向上偏移量，mm。（4） 出口下夾送輥高度 （7）式中，為出口下夾送輥位置，mm；為經(jīng)過SSP側(cè)壓定寬后的板坯最高厚度，mm；為向下偏移量，mm。3.2.4 模型自學(xué)習(xí)利用粗軋第1道次從

16、測(cè)寬儀得來的實(shí)際值和計(jì)算值之差作為下一塊板坯SSP開口度設(shè)定的補(bǔ)償量，利用指數(shù)平滑法對(duì)SSP開口度模型的補(bǔ)償量進(jìn)行更新。（1） 當(dāng)前自學(xué)習(xí)值計(jì)算 （8）式中，為SSP開口度模型自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量；為粗軋第1道次出口測(cè)寬儀實(shí)測(cè)值；為粗軋第1道次出口寬度計(jì)算值。（2） 平滑更新利用指數(shù)平滑法更新自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量，判斷新的自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量是否滿足邊界條件。 （9）式中，為新的自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量；分別為自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量的上、下限；為舊的自學(xué)習(xí)補(bǔ)償量；為平滑系數(shù)。對(duì)于新的鋼種和規(guī)格，模型經(jīng)過35次自學(xué)習(xí)參數(shù)調(diào)整，即可使寬度達(dá)到目標(biāo)值允許公差范圍要求。模型自學(xué)習(xí)計(jì)算流程如圖4所示。圖4 SSP模型自學(xué)習(xí)計(jì)算流程圖Fig.4 Ca

17、lculating flow chart of SSP adaptation model setup4 應(yīng)用效果2011年7月2日進(jìn)行了第1塊板坯的定寬熱試，減寬量為60mm，成品寬度達(dá)標(biāo)。之后分別對(duì)減寬量100，150，200，250，320 mm的SSP設(shè)定計(jì)算功能進(jìn)行了調(diào)試，并于7月29日完成了減寬極限350mm的設(shè)備能力測(cè)試，檢驗(yàn)了系統(tǒng)在極限情況下設(shè)定規(guī)程的合理性。圖5為投入SSP后隨機(jī)抽取的實(shí)測(cè)寬度趨勢(shì)圖。（a）SPA-H鋼種，側(cè)壓量140mm（b）SPHC鋼種，側(cè)壓量200mm圖5 投入SSP后的寬度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)圖Fig.5 Diagram of width statistic data after using SSP 從圖5可以看出，SPA-H和SPHC這兩個(gè)鋼種，SSP側(cè)壓量分別為140mm和200mm的情況下，帶鋼全長實(shí)測(cè)寬度的趨勢(shì)平穩(wěn)，板坯寬度控制效果良好，完全滿足現(xiàn)場生產(chǎn)要求。參考文獻(xiàn)： 1劉統(tǒng)珂，趙立偉. 板坯定寬壓力機(jī)的技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步J.一重技術(shù)，2011,143(5)：29-31.2Hideyuki Nikaidu. Development of slab sizing press for heavy