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摘要：莱钢4300宽厚板生产线由加热炉、轧机、快速冷却、矫直、冷床、剪切、精整等多个工艺区域组成，在该生产线的控制系统中，模型控制为该生产线控制技术的核心。
本文较深入的描述了加热炉板坯初始温度计算模型、轧机辊缝控制及压下模型、矫直机模型控制的思路及相关内容。
关键词：莱钢 宽厚板 控制 关键技术
一、概述
宽厚板生产线自动控制系统中模型控制已经是现代轧钢的一个基本的控制手段，其中加热炉自动控制、轧机辊缝控制及其压下模型、矫直模型控制等都是宽厚板轧线最关键的模型。
二、系统简介
莱钢4300宽厚板生产线由加热炉、轧机、快速冷却、矫直、冷床、剪切、精整等多个工艺区域组成，全套系统有10台服务器、12台调试机、56台上位机、26套PLC、1套测厚仪、1套测宽仪1套测速仪和4套测压头，现场自动化点数达到15000余点。
三、关键技术点
1、加热炉板坯初始温度计算模型
加热炉板坯初始温度计算模型的主要功能是计算板坯装炉时的初始温度分布，为板坯温度跟踪模型提供初值。根据装炉前实测温度不同分为冷坯和热坯，冷坯的实测温度不需要修正，热坯的实际装炉温度要根据大气温度和测量时间到装入完成的时间差值进行初始温度修正，并通过差分方程计算板坯各层的初始温度、初始目标温度和预测的节奏。具体的计算方法如式1所示：
温度对时间取前差分，温度对空间取中心差分，则：
2、轧机辊缝控制及压下模型
2.1AGC技术的应用
厚板精轧机采用了绝对值AGC技术。钢板出口厚度直接产生于称为H的负载辊缝。当实际压下位置值在校准点处设为零时，标定后的实际压下位置值大致与空辊缝相等，所以，H的结果可表示如式2：
式中： 为实际的出口厚度； 为标定后的实际压下位置值形式的空载辊缝； 为实际的机架弹跳量； 为机架实际轧制力值的和； 为轧辊直径热膨胀补偿值； 为轴承油膜厚度补偿值； 为两个支撑辊的转速的算术平均； 为轧辊的角偏心补偿；Vx为轧辊x的实际旋转角度； 为上支撑辊； 为上工作辊； 为下支撑辊； 为下工作辊。
2.2绝对AGC
绝对值 AGC在实际应用中需要对由于轧机自身因素所引起的厚差的扩大作用进行补偿。绝对AGC是基于轧机弹跳方程来计算的。
结合轧制时辊缝中钢板厚度h与预调辊缝s、轧机弹跳?S之间的关系，制定弹跳方程式3所示：
轧机弹性曲线的斜率M称为轧机刚度，它的物理意义是使轧机产生单位弹跳值所需的轧制力。
在本项目的应用中，绝对AGC的控制方式只考虑轧制力的变化量，没有将辊缝的变化量考虑其中，总体厚度偏差原理实现如式4所示：
cg：机架模量，轧制力产生的机架变形量。
在计算主液压缸轧制力造成的弹跳形變的同时添加弯辊力造成的形变，弯辊造成弹跳形变量计算如式5所示。
dS/dFb：单位弯辊力产生的机架形变。
最后，为了提高AGC系统的精度，添加了二阶机架弹跳的计算，如式6所示。
2.3快速AGC
快速AGC系统可改善钢板头尾厚度，缩小钢板厚度纵向差。快速AGC在考虑轧制力变化可能造成的辊缝偏差外，还考虑了在轧制过程中辊缝偏差值对板子厚度的影响。出口厚度偏差计算如式7所示。
3、矫直机模型控制
3.1平面设定模型
平面设定模型是基于离线模型和在线模型。
离线模型是基于钢板物理性质和钢材特性的物理模型，它归于长期计算周期并运行系统，并且将该模型的输出储存到数据库中。
在线模型包括：离线模型计算结果，机械设备相关数据，根据实测数据的自适应。在线模型也叫做程序模拟器，进行预设定计算，为钢板提供理想的塑性比和平坦度。
在线模型利用包括所有产品组合的表中的钢种和温度，首先计算钢板的性能。根据钢种、温度和厚度给定初始的辊缝，模型将逐渐减小辊缝，计算相应矫直力、力矩，并计算塑性比。离线模型的结果不进行修正，但是钢板的流动应力根据不同的自适应系数进行修正。
3.2自适应/在线自学习
只要采集到中心区域的测量值，经过平均处理后，自适应就自动进行。但只要有一个反馈值超出了最小/最大限定值，自适应就不会进行。智能读取模型对测量平均值和预设值进行比较，根据两者的比值（实测值/预测值）得到修正系数。修正系数经过滤后存储到表中。力矩通过总力矩公式确定，修正系数将应用到每个钢种的屈服应力计算中。
所有的表自适应系数按下面所描述方法进行过滤：
对所用的钢种只有一个α值，这个值将存储在数据库中，仅在调试期间被修改。当某种钢种从未进行过自适应学习时，使用“快速学习机制”：只要学习速度α没有达到限定值，使用前n次的修正系数。
四、结论
莱钢宽厚板控制关键技术的开发和应用，使得生产线总体成品量提高20%，成材率提高2%-3%，水、电、煤气消耗降低5%-6%，故障时间降低5%。莱钢宽厚板控制关键技术的开发和应用，，可以改善钢板产品质量，提高成材率，提高产量，可以有效的提升莱钢宽厚板产品在市场上的竞争力，并有助于莱钢技术能力的提升。
参考文献：加热炉温度控制回路模糊整定的研究与应用，《自动化技术与应用》，2009年第4期。
中厚板轧线跟踪建立及批次轧制模型的应用，《信息系统工程》，2011年第5期。
宽厚板热矫直机中矫直模型的应用，《自动化技术与应用》，2011年第11期。
本文较深入的描述了加热炉板坯初始温度计算模型、轧机辊缝控制及压下模型、矫直机模型控制的思路及相关内容。
关键词：莱钢 宽厚板 控制 关键技术
一、概述
宽厚板生产线自动控制系统中模型控制已经是现代轧钢的一个基本的控制手段，其中加热炉自动控制、轧机辊缝控制及其压下模型、矫直模型控制等都是宽厚板轧线最关键的模型。
二、系统简介
莱钢4300宽厚板生产线由加热炉、轧机、快速冷却、矫直、冷床、剪切、精整等多个工艺区域组成，全套系统有10台服务器、12台调试机、56台上位机、26套PLC、1套测厚仪、1套测宽仪1套测速仪和4套测压头，现场自动化点数达到15000余点。
三、关键技术点
1、加热炉板坯初始温度计算模型
加热炉板坯初始温度计算模型的主要功能是计算板坯装炉时的初始温度分布，为板坯温度跟踪模型提供初值。根据装炉前实测温度不同分为冷坯和热坯，冷坯的实测温度不需要修正，热坯的实际装炉温度要根据大气温度和测量时间到装入完成的时间差值进行初始温度修正，并通过差分方程计算板坯各层的初始温度、初始目标温度和预测的节奏。具体的计算方法如式1所示：
温度对时间取前差分，温度对空间取中心差分，则：
2、轧机辊缝控制及压下模型
2.1AGC技术的应用
厚板精轧机采用了绝对值AGC技术。钢板出口厚度直接产生于称为H的负载辊缝。当实际压下位置值在校准点处设为零时，标定后的实际压下位置值大致与空辊缝相等，所以，H的结果可表示如式2：
式中： 为实际的出口厚度； 为标定后的实际压下位置值形式的空载辊缝； 为实际的机架弹跳量； 为机架实际轧制力值的和； 为轧辊直径热膨胀补偿值； 为轴承油膜厚度补偿值； 为两个支撑辊的转速的算术平均； 为轧辊的角偏心补偿；Vx为轧辊x的实际旋转角度； 为上支撑辊； 为上工作辊； 为下支撑辊； 为下工作辊。
2.2绝对AGC
绝对值 AGC在实际应用中需要对由于轧机自身因素所引起的厚差的扩大作用进行补偿。绝对AGC是基于轧机弹跳方程来计算的。
结合轧制时辊缝中钢板厚度h与预调辊缝s、轧机弹跳?S之间的关系，制定弹跳方程式3所示：
轧机弹性曲线的斜率M称为轧机刚度，它的物理意义是使轧机产生单位弹跳值所需的轧制力。
在本项目的应用中，绝对AGC的控制方式只考虑轧制力的变化量，没有将辊缝的变化量考虑其中，总体厚度偏差原理实现如式4所示：
cg：机架模量，轧制力产生的机架变形量。
在计算主液压缸轧制力造成的弹跳形變的同时添加弯辊力造成的形变，弯辊造成弹跳形变量计算如式5所示。
dS/dFb：单位弯辊力产生的机架形变。
最后，为了提高AGC系统的精度，添加了二阶机架弹跳的计算，如式6所示。
2.3快速AGC
快速AGC系统可改善钢板头尾厚度，缩小钢板厚度纵向差。快速AGC在考虑轧制力变化可能造成的辊缝偏差外，还考虑了在轧制过程中辊缝偏差值对板子厚度的影响。出口厚度偏差计算如式7所示。
3、矫直机模型控制
3.1平面设定模型
平面设定模型是基于离线模型和在线模型。
离线模型是基于钢板物理性质和钢材特性的物理模型，它归于长期计算周期并运行系统，并且将该模型的输出储存到数据库中。
在线模型包括：离线模型计算结果，机械设备相关数据，根据实测数据的自适应。在线模型也叫做程序模拟器，进行预设定计算，为钢板提供理想的塑性比和平坦度。
在线模型利用包括所有产品组合的表中的钢种和温度，首先计算钢板的性能。根据钢种、温度和厚度给定初始的辊缝，模型将逐渐减小辊缝，计算相应矫直力、力矩，并计算塑性比。离线模型的结果不进行修正，但是钢板的流动应力根据不同的自适应系数进行修正。
3.2自适应/在线自学习
只要采集到中心区域的测量值，经过平均处理后，自适应就自动进行。但只要有一个反馈值超出了最小/最大限定值，自适应就不会进行。智能读取模型对测量平均值和预设值进行比较，根据两者的比值（实测值/预测值）得到修正系数。修正系数经过滤后存储到表中。力矩通过总力矩公式确定，修正系数将应用到每个钢种的屈服应力计算中。
所有的表自适应系数按下面所描述方法进行过滤：
对所用的钢种只有一个α值，这个值将存储在数据库中，仅在调试期间被修改。当某种钢种从未进行过自适应学习时，使用“快速学习机制”：只要学习速度α没有达到限定值，使用前n次的修正系数。
四、结论
莱钢宽厚板控制关键技术的开发和应用，使得生产线总体成品量提高20%，成材率提高2%-3%，水、电、煤气消耗降低5%-6%，故障时间降低5%。莱钢宽厚板控制关键技术的开发和应用，，可以改善钢板产品质量，提高成材率，提高产量，可以有效的提升莱钢宽厚板产品在市场上的竞争力，并有助于莱钢技术能力的提升。
参考文献：加热炉温度控制回路模糊整定的研究与应用，《自动化技术与应用》，2009年第4期。
中厚板轧线跟踪建立及批次轧制模型的应用，《信息系统工程》，2011年第5期。
宽厚板热矫直机中矫直模型的应用，《自动化技术与应用》，2011年第11期。