热轧关键控制技术
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Shanghai Baosight Software Co.,Ltd. 12
带钢FET温度预测（TBT）
1080 1060 1040 1020 1000
头部温度预测精Leabharlann Baidu预设定
980
960 940 920 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 辊
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4
完整的信息控制和信息管理
制造执行系统（L3）
钢卷顺序和属 性数据
生产计划 钢卷属性数据 以及相关统计 信息 成品信息
过程控制系统（L2）
和现场钢卷实 物同步的映像 信息
设定值
跟踪钢卷信息
实时过程数据
成品实绩
基础自动化（L1）
控制参数例如 张力，速度和 轧制力等
道 加 速 最 高 点 辊 道 加 速
带钢全长终轧温度控制
最 大 轧 制 速 度 轧制开 始速度
无BH速度图
精轧第一， 二加速度 1.5 1.0 F1E
保温盖
抛 钢 点
侧 导 板
矫 直 点
BH
飞 剪 点
黑色为头部段速度图， Shanghai Baosight Software Co.,Ltd. 粉红色为第二段的速度图
1）提高宽度头尾计算精度，减少头尾宽度封锁； 2）降低中部宽度余量的目的。
计算方法：
根据精轧出侧实测的全长宽度根据分段的长度计算头中尾宽度，考虑到头部拉窄和尾部 超宽等因素，在线学习头中尾的宽度余量。
Shanghai Baosight Software Co.,Ltd. 10
宽度头尾精细化短行程
头尾宽度短行程的设 定计算采用多点拟合， 细分计算各点设定， 结合实测头尾宽度， 对短行程模型进行自 适应修正，实现精细 化的头尾控制。
M
c los ed lo o p
M t en s io n c a lc u la tio n
AC T
M
ASR speed
ASR + + speed r ef .
+ tar g e t a n g le
REF
r ef .
A S R : A u t o m a tic ASR Sp e e d R e g u la t or
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先进活套控制
Fi t en s io n a n g le d et e c t or c los ed lo o p
AC T
t en s io n
F i+ 1 111
a n g le
lo o p e r c o n tr o l
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7
板坯温度计算模型
c P 1 d x2 12 t 12 0 0 0 12 2 c P 2d x t
2
0 23 2 c P 3 d x t
13
精轧轧制力负荷分配
设计目的：
轧制力比例负荷分配方式的优点是机架 间的负荷分配保持在一定的比例，计算 中可自动调整机架间负荷分配, 即当实 际压力较设定压力大时可自动降低该机 架压下率分配，可保证各个机架始终保 持在最合理的分配状态，在理论上可以 避免机架间轧制力倒挂引起的轧制不稳 定和板形控制难的问题。
控制方法：
1)参照相对压下负荷分配表，考虑钢种、 规格因素建立轧制力比例负荷分配； 2)建立各个机架厚度和轧制力的函数关 系，P = F(H,h); 3)采用牛顿-拉普森数值方法可解 P=F(H,h)方程组,得到厚度分布以及轧 制力比例； 4) P=F(H,h)的约束条件即为轧制力比例 负荷分配表中给出的一组系数； 5)初始厚度分布可借用相对压下方式或者 采用默认值。
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8
板坯最优升温曲线计算
离线仿真技术，计算板坯最优升温曲线，在满足板坯目标温度、均热 度与升温速率的前提下，节约加热炉对能源的消耗；
1500
1000
温度
500 0 0 2 4 6 0 50 100 150 200 250
分层序号
时间间隔（分）
(F S U C ) (R S U C ) (C S U C ) (S S U )
学习
节奏控制
轧 辊 热 凸 度 &磨 损 计 算 温 度 控 制 （ F D T C ,C T C ）
放 大 系 数 ，影 响 系 数等
操作
L e v e l1
操作
辊缝控制 辊缝, 速度 度控制 CVC 串 动 或 PC 角 , 弯 辊 力 (A G C ) , (A W C ) , 温 度 控 制 （ F D T C ,C T C ） , 板型控制 制 (A S F C ) 宽 (A S P C ) ,平 直 度 控
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粗轧头中尾余量宽度控制
中部AWC锁 定
宽度控制 尾部段
头部 短行程
宽度控制头部段 尾部 短行程
宽度控制头部段
宽度控制中部段
宽度控制尾部段
L2设定头部 短行程
L2设定中部段辊 缝、轧制力、 AWC系数
L2设定尾部 短行程
设计目标：
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11
粗轧中间坯温度检测及处理
头中尾温度平均值 全长温度实绩值
上表头中尾温度平均值 下表头中尾温度平均值 下表水印点温度均值 下表非水印点温度均值
（1）基于粗轧SP温度检测和翘叩头实绩，预测热 损耗和实际热损耗的区别，反推合理的板坯抽出上 下表温度。在此基础上，优化修正原板坯分层温度 计算模型。根据上下配分的偏差量，通过平滑处理 应用到实际的自动炉温设定。 （2）基于RDT 温度的自适应学习，通过粗轧将RDT 温度的实测值和温降值传送到加热炉，参与出炉温 度反馈修正计算。
2
0 0 34 2 c P 4d x t
2
12 23
23 0 0
23 34
34 0
34 45
45
0 0 0 45 2 c P 5 d x 45 t
热轧关键控制技术
2012年10月28日
热轧工艺、设备、生产趋势 对板带的质量要求越来越高。主要表现在对材料的性 能，表面质量和钢材的尺寸精度上； 在制造工艺上要求生产高强度，多品种，多规格，直 接轧制，混合轧制和自由轧制； 在轧钢设备上大型化，高速化，连续化和自动化；
减低生产成本，实施节能降耗和环境保护；
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6
板坯温度计算模型
对加热板坯采用有限差分的方法，利用近似解析递推模型精确计算板坯温度 ，结合专家规则，作为边界条件，实现对板坯均热度、头尾温差控制的需要；
板厚
水印2
水印1
板长
2 a2 t x 2 ( x ,0) 0 ( x ) S x x I x x
k10
F3
设计目的： 保证精轧控制过程的 稳定性，实现活套角度和 张力的精细化控制 控制方法： （1）建立以张力、角速 度、角度为状态变量的活 套系统简化状态方程 （2）根据ILQ理论构造扩 展矩阵，并求取状态反馈 矩阵 （3）根据期望的闭环响 应极点求取ILQ控制系统 的各个参数值
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压下分配方式：压下率分配 轧制力分配
精轧特征点计算
设计目的：
常规的带钢预计算只针对 带钢头部进行。实际带钢在精 轧轧制过程中的温度变化，带 钢全长与头部的轧制参数会有 很大的差异。
控制方法：
根据策略给定的最大速 度，第一加速度和第二加速度 以及带钢的长度，穿带速度表 格值，确定为了确保终轧目标 温度的修正穿带速度。，根据 轧线布置以及各个速度制度参 数的作用点以及带钢长度，可 以准确计算各个速度制度的拐 点(特征点)在带钢长度方向上 的位置、对应的速度，以此可 以计算各个特征点的轧制力力 能参数。
1 2N N 3 N 4 N 5
N
泰勒级数展开
2 c P d x O O ( 12 ) 1 12 2 2 d x q U t 2 c P 2 d x O O O 12 1 ( 2 12 23 ) 2 23 3 t 2 c d O ( 2 P 3 x ) O O 23 2 23 34 3 34 4 t 2 c P 4d x O O O 34 45 ) 4 45 5 34 3 ( 2 t 2 c P 5d x O O 45 4 ( 45 ) 5 2 d x q D t
实时数据例如 张力，速度， 轧制力等
出口长度，重 量厚度等
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5
热轧模型构成
生 产 管 理 MES 原 始 数 据 (P D I)
操作
加热炉温度控 制
L e v e l3 L e v e l2
精轧设定模型 粗轧设定模型 卷取机设定 板型设定
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3
完整的功能
加热炉过程机： 生产管理数据处理功能 跟踪和跟踪修正功能 加热炉燃烧控制功能 实绩数据处理功能 加热炉设定功能 加热炉PLC • 加热炉入、出炉自动操作 • 板坯跟踪 • 装钢机／抽钢机操作控制 • 炉内步进梁的自动等 加热炉DCS • 加热炉炉温控制 • 燃料流量控制 • 空气流量控制 • 交叉限幅 • 压力控制等 粗轧过程机： 材料跟踪 轧制策略 道次计划计算 宽度控制功能 轧制节奏 PLC功能： • 数据管理，材料跟踪和顺 序控制 • 侧导板位置控制 • 除鳞机控制 • 轧辊冷却控制 • 辊道控制 • 设定和操作模式的协调 • 粗轧辊缝控制 • 自动AGC（要有液压AGC） • 立辊辊缝调节 • AWC和SSC • 换辊 • 润滑油系统 精轧过程机： 材料跟踪 轧制策略 道次计划计算 板型控制功能 终轧温度控制等 PLC功能 • 数据管理，材料跟踪和顺 序控制 • 飞剪控制 • 侧导板位置控制 • 轧辊水和机架水控制 • 活套控制 • 辊缝控制 • AGC • 弯辊控制 • 动态板型控制 • 工作辊串动 • 换辊 冷却过程机： 冷却策略 主冷区控制 精冷区控制 预设定计算 反馈控制 自适应等 PLC功能 • 数据采集 • 阀门控制 过程机： 卷取机设定 卷取实绩采集 PLC功能 • 卷取张力控制 • 踏步控制 • 辊缝控制 • 张力控制 • 卷筒夸张控制 • 卷径计算 • 运输链控制
IL Q c o n tro lle r
+
tar g e t t e n s io n
REF
设计
ref
+
KTT
K I 021 s
建模
1 1 tM s
KI 022 + s +
K S1
KTA K F 011
KTA K F 022
VRref
VR
1 f
VS
+ +
E Ls
主速度控制系统
F2
为了提高轧制精度采用了大量的数学模型，以实现产 品的质量，性能的提高和能源的降低。
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热轧生产具有连续、高温、高速、多品种、多规格的特 点，高精度热轧过程控制技术是冶金行业中难度最高的核 心技术之一； 我国二十多条大型、高精度热轧生产线很多都是引进。 更重要的是严重制约了汽车板、管线钢、高强度钢、硅钢 等国家战略产品的研发； 根据我国钢铁生产的发展趋势，结合宝钢在该领域的技 术积累，开展了热轧质量控制、复杂系统集成、大生产实 现以及工艺控制等技术的研究和实践。
带钢FET温度预测（TBT）
1080 1060 1040 1020 1000
头部温度预测精Leabharlann Baidu预设定
980
960 940 920 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 辊
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完整的信息控制和信息管理
制造执行系统（L3）
钢卷顺序和属 性数据
生产计划 钢卷属性数据 以及相关统计 信息 成品信息
过程控制系统（L2）
和现场钢卷实 物同步的映像 信息
设定值
跟踪钢卷信息
实时过程数据
成品实绩
基础自动化（L1）
控制参数例如 张力，速度和 轧制力等
道 加 速 最 高 点 辊 道 加 速
带钢全长终轧温度控制
最 大 轧 制 速 度 轧制开 始速度
无BH速度图
精轧第一， 二加速度 1.5 1.0 F1E
保温盖
抛 钢 点
侧 导 板
矫 直 点
BH
飞 剪 点
黑色为头部段速度图， Shanghai Baosight Software Co.,Ltd. 粉红色为第二段的速度图
1）提高宽度头尾计算精度，减少头尾宽度封锁； 2）降低中部宽度余量的目的。
计算方法：
根据精轧出侧实测的全长宽度根据分段的长度计算头中尾宽度，考虑到头部拉窄和尾部 超宽等因素，在线学习头中尾的宽度余量。
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宽度头尾精细化短行程
头尾宽度短行程的设 定计算采用多点拟合， 细分计算各点设定， 结合实测头尾宽度， 对短行程模型进行自 适应修正，实现精细 化的头尾控制。
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A S R : A u t o m a tic ASR Sp e e d R e g u la t or
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先进活套控制
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板坯温度计算模型
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精轧轧制力负荷分配
设计目的：
轧制力比例负荷分配方式的优点是机架 间的负荷分配保持在一定的比例，计算 中可自动调整机架间负荷分配, 即当实 际压力较设定压力大时可自动降低该机 架压下率分配，可保证各个机架始终保 持在最合理的分配状态，在理论上可以 避免机架间轧制力倒挂引起的轧制不稳 定和板形控制难的问题。
控制方法：
1)参照相对压下负荷分配表，考虑钢种、 规格因素建立轧制力比例负荷分配； 2)建立各个机架厚度和轧制力的函数关 系，P = F(H,h); 3)采用牛顿-拉普森数值方法可解 P=F(H,h)方程组,得到厚度分布以及轧 制力比例； 4) P=F(H,h)的约束条件即为轧制力比例 负荷分配表中给出的一组系数； 5)初始厚度分布可借用相对压下方式或者 采用默认值。
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板坯最优升温曲线计算
离线仿真技术，计算板坯最优升温曲线，在满足板坯目标温度、均热 度与升温速率的前提下，节约加热炉对能源的消耗；
1500
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温度
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分层序号
时间间隔（分）
(F S U C ) (R S U C ) (C S U C ) (S S U )
学习
节奏控制
轧 辊 热 凸 度 &磨 损 计 算 温 度 控 制 （ F D T C ,C T C ）
放 大 系 数 ，影 响 系 数等
操作
L e v e l1
操作
辊缝控制 辊缝, 速度 度控制 CVC 串 动 或 PC 角 , 弯 辊 力 (A G C ) , (A W C ) , 温 度 控 制 （ F D T C ,C T C ） , 板型控制 制 (A S F C ) 宽 (A S P C ) ,平 直 度 控
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粗轧头中尾余量宽度控制
中部AWC锁 定
宽度控制 尾部段
头部 短行程
宽度控制头部段 尾部 短行程
宽度控制头部段
宽度控制中部段
宽度控制尾部段
L2设定头部 短行程
L2设定中部段辊 缝、轧制力、 AWC系数
L2设定尾部 短行程
设计目标：
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粗轧中间坯温度检测及处理
头中尾温度平均值 全长温度实绩值
上表头中尾温度平均值 下表头中尾温度平均值 下表水印点温度均值 下表非水印点温度均值
（1）基于粗轧SP温度检测和翘叩头实绩，预测热 损耗和实际热损耗的区别，反推合理的板坯抽出上 下表温度。在此基础上，优化修正原板坯分层温度 计算模型。根据上下配分的偏差量，通过平滑处理 应用到实际的自动炉温设定。 （2）基于RDT 温度的自适应学习，通过粗轧将RDT 温度的实测值和温降值传送到加热炉，参与出炉温 度反馈修正计算。
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热轧关键控制技术
2012年10月28日
热轧工艺、设备、生产趋势 对板带的质量要求越来越高。主要表现在对材料的性 能，表面质量和钢材的尺寸精度上； 在制造工艺上要求生产高强度，多品种，多规格，直 接轧制，混合轧制和自由轧制； 在轧钢设备上大型化，高速化，连续化和自动化；
减低生产成本，实施节能降耗和环境保护；
Shanghai Baosight Software Co.,Ltd.
6
板坯温度计算模型
对加热板坯采用有限差分的方法，利用近似解析递推模型精确计算板坯温度 ，结合专家规则，作为边界条件，实现对板坯均热度、头尾温差控制的需要；
板厚
水印2
水印1
板长
2 a2 t x 2 ( x ,0) 0 ( x ) S x x I x x
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设计目的： 保证精轧控制过程的 稳定性，实现活套角度和 张力的精细化控制 控制方法： （1）建立以张力、角速 度、角度为状态变量的活 套系统简化状态方程 （2）根据ILQ理论构造扩 展矩阵，并求取状态反馈 矩阵 （3）根据期望的闭环响 应极点求取ILQ控制系统 的各个参数值
Shanghai Baosight Software Co.,Ltd. 14
压下分配方式：压下率分配 轧制力分配
精轧特征点计算
设计目的：
常规的带钢预计算只针对 带钢头部进行。实际带钢在精 轧轧制过程中的温度变化，带 钢全长与头部的轧制参数会有 很大的差异。
控制方法：
根据策略给定的最大速 度，第一加速度和第二加速度 以及带钢的长度，穿带速度表 格值，确定为了确保终轧目标 温度的修正穿带速度。，根据 轧线布置以及各个速度制度参 数的作用点以及带钢长度，可 以准确计算各个速度制度的拐 点(特征点)在带钢长度方向上 的位置、对应的速度，以此可 以计算各个特征点的轧制力力 能参数。
1 2N N 3 N 4 N 5
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泰勒级数展开
2 c P d x O O ( 12 ) 1 12 2 2 d x q U t 2 c P 2 d x O O O 12 1 ( 2 12 23 ) 2 23 3 t 2 c d O ( 2 P 3 x ) O O 23 2 23 34 3 34 4 t 2 c P 4d x O O O 34 45 ) 4 45 5 34 3 ( 2 t 2 c P 5d x O O 45 4 ( 45 ) 5 2 d x q D t
实时数据例如 张力，速度， 轧制力等
出口长度，重 量厚度等
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热轧模型构成
生 产 管 理 MES 原 始 数 据 (P D I)
操作
加热炉温度控 制
L e v e l3 L e v e l2
精轧设定模型 粗轧设定模型 卷取机设定 板型设定
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3
完整的功能
加热炉过程机： 生产管理数据处理功能 跟踪和跟踪修正功能 加热炉燃烧控制功能 实绩数据处理功能 加热炉设定功能 加热炉PLC • 加热炉入、出炉自动操作 • 板坯跟踪 • 装钢机／抽钢机操作控制 • 炉内步进梁的自动等 加热炉DCS • 加热炉炉温控制 • 燃料流量控制 • 空气流量控制 • 交叉限幅 • 压力控制等 粗轧过程机： 材料跟踪 轧制策略 道次计划计算 宽度控制功能 轧制节奏 PLC功能： • 数据管理，材料跟踪和顺 序控制 • 侧导板位置控制 • 除鳞机控制 • 轧辊冷却控制 • 辊道控制 • 设定和操作模式的协调 • 粗轧辊缝控制 • 自动AGC（要有液压AGC） • 立辊辊缝调节 • AWC和SSC • 换辊 • 润滑油系统 精轧过程机： 材料跟踪 轧制策略 道次计划计算 板型控制功能 终轧温度控制等 PLC功能 • 数据管理，材料跟踪和顺 序控制 • 飞剪控制 • 侧导板位置控制 • 轧辊水和机架水控制 • 活套控制 • 辊缝控制 • AGC • 弯辊控制 • 动态板型控制 • 工作辊串动 • 换辊 冷却过程机： 冷却策略 主冷区控制 精冷区控制 预设定计算 反馈控制 自适应等 PLC功能 • 数据采集 • 阀门控制 过程机： 卷取机设定 卷取实绩采集 PLC功能 • 卷取张力控制 • 踏步控制 • 辊缝控制 • 张力控制 • 卷筒夸张控制 • 卷径计算 • 运输链控制
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主速度控制系统
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为了提高轧制精度采用了大量的数学模型，以实现产 品的质量，性能的提高和能源的降低。
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热轧生产具有连续、高温、高速、多品种、多规格的特 点，高精度热轧过程控制技术是冶金行业中难度最高的核 心技术之一； 我国二十多条大型、高精度热轧生产线很多都是引进。 更重要的是严重制约了汽车板、管线钢、高强度钢、硅钢 等国家战略产品的研发； 根据我国钢铁生产的发展趋势，结合宝钢在该领域的技 术积累，开展了热轧质量控制、复杂系统集成、大生产实 现以及工艺控制等技术的研究和实践。