摘要：宽厚板生产中的质量问题较多，因此，必须要对宽厚板自动控制系统进行优化，以此来提高宽厚板产品的质量。本文重点阐述了宽厚板自动控制策略与优化效果。
关键词：宽厚板；自动控制；优化效果
近年来，随着经济的发展，机械、电子、军工、造船等各轻重工业对宽厚板的需求日益增加。随着用户对产品质量、品种、性能等方面要求的日益提高，其质量指标也已达到了较高的程度。
一、轧制基础理论
传统轧制理论是以理想的轧制过程为理论基础的，而实际上理想的轧制过程不可能实现。首先，轧辊不是一个理想的圆柱体，板形控制要求研究轧辊的凸度，既有辊型设计时采用的原始凸度，也有热凸度和磨损凸度，特别是近年来还为一些特定的轧辊设计了凸度曲线，如CVC轧辊就是连续可变凸度轧辊；其次轧辊远不是刚体，轧制力作用下，轧辊不但会产生弹性挠曲，而且还有弹性压扁；再次，轧件带来的热量会引起轧辊的热膨胀。尽管有限元法等数值计算方法的出现，提供了一种对轧制过程进行三维分析的有力工具，但要想精确处理轧制过程中轧件弹塑性变形、轧机弹性变形与热变形、轧件与轧机的温度变化、轧件内部的组织性能变化、系统的动态时变特性等问题，绝不是一蹴而就的事情。可见传统的轧制理论已远不能满足现代轧制技术发展的需要，实践呼换着新的、更为有力的方法出现。另外，轧件密度、温度及各方向的塑性是不均匀的。导致厚板厚度控制偏差过大的一个重要原因是轧件温度分布的不均匀性。沿钢板长度方向轧件横断面的温度差异，不仅会导致钢板发生边部波浪，而且会对轧件内部的组织性能产生较大影响。
二、优化方案的实施
1、加热炉温度控制。宽厚板轧钢对出现较多的钢板存在麻点、非金属夹杂、裂纹、龟裂等表面质量问题。经过考察分析，发现与加热炉加热不均匀、加热时间过长、加热速度控制不当，即加热炉温度控制缺陷关系密切，为此制定了温度控制方案。
采取的措施是使用模糊管理程序，该程序能较好地使调控装置按实际运行情况确定传统的PI(比例积分)参数。如图1所示，在控制器回路上增加温度模糊控制器，温度控制回路依然采用比例积分调节方式。模糊控制器根据所测炉温、炉温变化率、炉内负荷、空煤比、实际步距等工作条件计算出温度控制回路所需的比例、积分参数，传送给温度控制回路，温度控制回路由此对设定值和反馈值进行计算，得到对应现场执行机构的输出信号，从而实现温度的闭环调节。模糊控制器仅用简单的开/关指令，操作工在画面上选择即可连通或断开模糊控制器。如果断开模糊控制器，温度控制回路的比例积分参数就为原先方式调定的缺省值。这种模式方便灵活，易于调试。
2、动态板型控制。所需弯辊量需要通过二级模型计算，在二级模型优化中运用测厚仪测量结果，操作员可手动消除控制过程中模型设定的不足和扰动。二级系统在每道次之后做一次计算，修正下一道次的弯辊量。动态板形控制通过自动化手段投入二级弯辊模型，对板形控制效果进行改善，极大地减少了钢板凸度，双边浪、中浪等钢板板形质量问题也越来越少。钢板板形测量装置运用测厚仪时，动态板形控制的执行机构为精轧机现有的弯辊系统，其测量结果不需要改动现有的设备，在升级现有软件后进行控制。在改造一级系统时，弯辊系统必须要频繁动作，所以阀台蓄能器的容量会增加，提高了液压系统的响应速度。在新增加的二级动态板形控制模型中，弯辊量向TDC传输时可运用系统原有空闲的备用通道，最终弯辊命令输出就是原有的手动弯辊量和新增二级模型弯辊量的总和。改造二级系统时，需在现有服务器基础上进行升级，以新的独立进程方式运行新的动态板形控制模型，通过中间件系统与一级数据交互。
3、控制冷却。在粗、精轧机轧制后，在进入MULPIC水冷区前，钢板的温度不均匀，冷却过程的跟踪误差加剧了冷却模型的偏差，钢坯长度方向的温度也出现了不均匀的现象。在钢坯出炉计算预设定时，要结合实测终轧温度对终轧后的一次修正设定进行计算，注意提高控冷过程的及时性和可靠性，二次修正计算进入水冷区时的实际开冷温度。目前长度方向温度不均的情况可通过微跟踪来消除，其工作原理是沿长度方向将钢坯分成若干物理段，跟踪物理段的状态，对在轧线上钢坯处的具体位置进行跟踪，这就是微跟踪。
1)预设定计算处。钢坯的数据档案建立需要控制系统接收钢坯出炉消息后进行，钢坯物理段长度的确定需要控制系统结合输入的成品钢坯长度进行，对钢坯的微跟踪物理段进行划分。通过钢坯原始PDI数据，预设定计算其控冷参数。
2)一次修正设定计算处的微跟踪。钢坯在进行最后一个道次轧制时，钢坯头部抵达轧机后的测温仪时控制系统根据计时器的读数和钢坯的运行速度，计算出钢坯各物理段到轧机后测温仪的距离。扫描高温计将测得的钢坯各物理段的实际温度传给控制系统，并根据各物理段的实际温度进行控冷规程的一次修正计算；由一级控制系统对阀的开口度进行调节。
3)二次修正设定计算处的微跟踪。当钢坯头部到达mulpic入口高温计时，mulpic控制系统将钢坯跟踪权从轧机系统接收过来，进入mulpic冷却跟踪区。高温计将测得的钢坯各物理段的实际温度传给二级系统，进行微跟踪物理段的实际温度的二次修正计算。控制系统根据计时器的读数和钢坯的运行速度，计算出钢坯各物理段到轧机后测温仪的距离，同时根据钢坯的实际位置，计算各集管下钢坯的物理段序号并根据物理段序号及对应物理段集管的设定状态，确定当前控冷线集管的状态，一级控制系统根据这些执行控冷规程，保证阀门的开关状态以及开度大小。
4)冷却区中的微跟踪。钢坯完全处于冷却区中时，控制系统根据计时器的值和钢坯的运行速度，计算出钢坯各物理段到轧机后测温仪的距离，并根据钢坯的实际位置，计算各集管下钢坯的物理段序号，再根据物理段序号及对应物理段集管的设定状态，确定当前控冷线集管的状态，并将参数传给一级系统，一级依此执行控冷规程。
5)冷却区后的微跟踪。钢坯尾部到达控冷区后的测温仪处时，钢坯进入冷却出口区，二级系统将一级传来的实测温度值进行自学习计算，修正下一支钢坯的预设定值；至此完成当前钢坯的微跟踪。钢坯尾部离开矫直机前的测温仪时，钢坯出冷却出口区。
由于控冷系统的阀门具有延迟性，在进行钢坯的微跟踪时必须考虑到这一点，并在钢坯抵达下一位置之前提前给出控制结果。此外，为了控制的方便，钢坯物理段的划分不能太短，否则由于系统误差反而会影响控制效果但是，物理段若划分过大，就达不到微跟踪的目的。结合宽厚板生产的实际，物理段的长度可定在1m左右。为了能对在冷却区中的钢坯进行及时的控制，钢坯进入冷却区后只进行集管开闭状态的调节，而不进行流量调节，一般是在控冷区的末段安排小流量集管进行微调控制，以消除钢坯长度方向的温度波动。
三、优化效果
自投入温度模糊控制系统以来，操作工可根据加热炉炉内情况及将要加热的板坯情况，凭经验调节温度控制器，从而降低了加热炉的煤气消耗，提高了加热均匀度。
动态板形控制系统增加弯辊系统自动控制后，根据二级模型来调节弯辊量，避免了操作工因经验不足而对弯辊的误操作，提高了板形控制精度。
自优化mulpic系统后，跟踪信号不再丢失，且扫描式高温计测量准确，提高了冷却命中率，降低了头尾和边部冷却不均匀性，减少了钢板的瓢曲。
四、结语
宽厚板是冶金工业的一个重要产品，其品种繁多，性能各异，质量要求高，应用范围广，在经济、国防建设中都离不开宽厚板。因而世界各国都把宽厚板的品种、质量作为衡量一个国家钢铁工业综合水平的尺度。
参考文献：
[1]吕霞.宽厚板自动控制系统优化[J].工程技术研究,2016(02):23-26.
[2]张春霞.宽厚板自动控制策略的优化[J].信息技术与信息化，2015(06).
论文作者:邓飞翔
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第04期
论文发表时间:2019/7/9
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