东北大学 热连轧轧制生产线自动控制系统1

DBMS （Oracle、Access）
软件支持层
使 用 Oracle 9i，系 统 热轧厂；2011 年兴业铜业 48# 轧 设定模型、精轧设定模型、板形设
在确保精轧出口温度的前提
配置库使用 Access 数 机生产线 )，RAS 平台的各项指 定和控制模型、机架间冷却设定 下，结合机架间冷却技术，设计热
开展了许多提高高强度 GA 的伸 形性。
的 软 钢 板 和 抗 拉 强 度（TS）为 上述实验相同。实验结果见图 1。 提高。原因是由于对 GA 钢板进
粗轧过程控制 关的模型参数自学习。长期自学
系统的模型包括轧 习用于大量同种轧件长期参数修
RAS 过程控制系统
件空冷温降模型、 正，主要是与轧机有关的模型参
水冷温降模型、塑 数自学习。
性 功 温 升 模 型、轧
为了保证带钢在精轧轧制过
进程间通信
件轧辊接触导热模 程中的正常轧制，精轧设定模型
以太网通信
型、轧件温度分布、 通过各个功能模块在精轧设定主
精轧机设定规程的目的是计
RAS 轧机过程控制系 了方便的日志查询功能；
度，降低模型的使用性能。两者 算出一套辊缝参考值，以便在轧
统应用平台的体系结
◆多任务间耦合度适中合 之间需要一种平衡。
机设备允许条件内获得目标厚度
系统工作进程 （模型、通讯、跟踪、数据库）
应用层
构上分为 4 层，如图 1 理，平台部署容易，维护成本低， 东北大学轧制技术及连轧自 的带钢。同时还必须计算出与电
使用的均为在理论基础上得到的 设定模型的优劣决定了该轧线产 习分为短期自学习和长期自学
品质量精度、生产 习。短期自学习用于轧件到轧件
HMI 服务器
效率和流畅性，是 的参数修正，学习后的参数值自 轧制过程控制模型 动替代原先的参数值，用于下一
精轧出口带钢速度，m/s
的核心。
块同钢种轧件，主要是与轧件有
自学习因子相结合，来精确地计
II 级过程控制系统及其相关模型 通信、过程机与 HMI 服务器之间 / 线程反应速度快，数据完整性
层别数据的使用为提高模型 算出轧机在穿带时目标厚度和温
和算法，并将研究成果提供给热 的通信、过程机与基础自动化及 更强；
的计算精度和稳定性提供了切入 度下的各机架辊缝、速度及机架
B04
轧钢技术
Steel Rolling Technology
2013 年 5 月 21 日 编辑：任秀平
立项建设二十周年 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（简称RAL），其前身是东北工学院轧钢实验室， 1991年获批立项建设，1995年通过国家验收，成为我国轧制技术及其自动化领域唯一的国家重点实验室。RAL
PLC
0
带钢累积轧制长度，m
变形抗力模型、接 程序中的相互调用，利用模型中
图 2 过程控制平台体系结构
图 3 TVD 曲线示意图
触弧长模型、平立 所提供的模型参数、设备参数、轧
轧的应力状态系数 件参数及相关限制条件，在模型
模型、平轧宽展模型、立－平轧宽 中增加精轧设定所需要的轧制参
展模型等。
数实测值的有效性保护，同时充
径，然后计算出该直径与冲头直
展，为此，推进了高强度合金化热 在全球范围内进行供货的产品， B 类滑动条件的板材移动距离较
实际冲压时，钢板与模具接 径的比，即极限深冲比（LDR）。
镀锌钢板（以下简称高强度 GA） 在以日系汽车厂为主的众多汽车 长，所以动摩擦系数是主要的影 触面的压强受成形件形状和母材 图 4 是钢板的 γ 值与极限深冲
分，通过综合考虑厚度压下和宽
（未完待续）
20wenku.baidu.com3 年 5 月 21 日 编辑：任秀平
轧钢技术
Steel Rolling Technology
B05
JFE 合金化热镀锌汽车板 JAZ 的成形性
近年来，为减少 CO2 排放和 并且已经完成或将要向德国、中 在模具内移动量很小，其滑动速 可以提高钢板的成形性。
达涅利、东芝、西马克等国外公司 平台之上，采用 II 级设定和控制 具体工作进程。
经验模型。由于轧线上特别是变 制，自动宽度控制的作用范围有
为主，但已可以实现由国内设计 系统与 I 级基础自动化相结合的
平台在进程级上采用一功能 形区内的一些事件和现象尚未得 限，因此采用立辊的短行程控制
和指定设备选型。相对于硬件， 方式，结合离线仿真、理论分析、 模块对应一进程的模式分别负责 出完善的理论解释，比如变形区 （SSC）来控制头尾部的宽度均匀
度，进而提高轧线整体质量水平
2.1 轧机设定模型
控制模型的主要参数需要进行自
与生产效率。
轧机设定模型分为粗轧机组 学习的主要原因。
轧制过程控制模型建立在轧 设定模型和精轧机组设定模型。 通过自学习的方法，可以使
制理论之上，由于计算速度以及 其主要功能为设定轧线的压下制 控制模型的设定值计算精度满足
应用性能的限制，目前在轧线上 度、速度制度和温度制度。轧机 过程控制的要求。模型参数自学
◆提供了在线的、实时的日 用层别数据机制来构建模型。层 够根据热轧板厂的具体产品进行
Windows 的 多 进 程 多 线 程 系 统 供全面的数据服务和平台支持。 志报警显示模块，操作人员可实 别划分过粗则不利于提高计算精 个性化设定计算。
RAL 开 发 的 时监控平台的运行信息，并提供 度，层别划分过细则提高调试难
据库；第三层为系统 标达到了设计标准，通讯速度快， 和控制模型、层流冷却设定和控 轧 带 钢 的 速 度 制 度 TVD 曲 线，
操作系统 Windows Server
应用层
管理层，由系统管理 效率高，数据准确性高，各个任务 制模型为核心的一套热连轧带钢 如图 3 所示。 中 心（Manager）和 核 间负载均衡，平台运行稳定。 过程控制数学模型。从轧制规程、 精轧机设定模型包括轧制力
得到了前所未有的蓬勃发展。新 过程控制系统，总结了以粗轧机组和精轧机组的轧机设定模型、板形设定控制模型、终轧温度控制模 结合宽度自学习来设定各道次
建和改造的生产线的生产能力、 型、卷取温度控制模型为代表的 II 级过程控制系统关键模型数学的技术特点，分析了基础自动化控制 的立辊开口度；自动宽度控制则
所示。最下层为系统 二次开发工作变得更简单。
动化国家重点实验室在充分了解 机能力相匹配的精轧各机架速
系统管理中心 核心动态库
管理层
支 持 层；第 二 层 为 软
现场应用表明（2010 年思文 热连轧带钢生产工艺、设备和技 度，以保持机架间的恒定秒流量，
件支持层，数据中心 科德热轧厂；2011 年国丰 650mm 术条件的基础上，开发了以粗轧 并获得精轧的目标出口温度。
会导致接触面压增加。对传统 深冲比随 γ 值的增加而增加，与 GA 钢板和 JAZ® 钢板的摩擦系 强度无关。在 γ 值相同的情况 数与接触面压的关系进行了实验 下，高强度 JAZ® 钢板的极限深
研究，在实验中改变 A 条件的接 冲比大于传统 GA 钢板，说明高 触面压的大小。润滑油的使用与 强度 JAZ® 钢板的成形性得到了
轧制技术及连轧自动化国
1 系统开发和应用平台
更加集中的管理同样类型的任 形假设；冷却过程中的水冷机制 好 水 平（2012 年 国 丰 620mm 热
家重点实验室（RAL）以国内钢
系 统开发和应用平台基于 务；
的对流区、核沸腾区、膜沸腾区、 轧厂）。
铁行业的大发展为契机，针对热 Windows 系统，具有共享内存的
设备水平和技术水平均处于世界 系统的主要功能与关键技术。介绍了东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室在该领域的研 是在立辊轧制过程中动态修正开
前列。虽然轧制过程控制系统的 究开发成果及其推广情况，并对该领域的发展前景作出展望。
口度以改善轧件全长的宽度均
硬件仍以西门子、GE、三菱、VAI、
匀 性。 由 于 宽 度 检 测 仪 表 的 限
件容易起皱。分别测定出不发生
提高冲撞安全性，汽车向轻量化、 国、泰国等国家的钢铁企业进行 度小，为 10-40mm/min。接触面
1.3 摩擦系数与接触面压的 裂纹和起皱的可成形试样最大直
高强度化和高耐腐蚀性的方向发 技术转让，使 JAZ® 钢板成为可 压 低，为 1-15MPa。 由 于 A 类、 关系
心 动 态 库 负 责；最 上
2 主要数学模型
速度制度、温度制度等方面，综合 模型、能耗模型、温度模型、厚度
图 1 过程控制系统分层结构
层 为 应 用 层，是 系 统
热连轧带钢的过程数学模型 考虑现场条件，实现对热轧带钢 模型、变形抗力模型、辊缝模型和
是轧制自动化控制系统的核心内 产品外形质量和组织性能质量的 负荷分配算法等子模型。
自主创新系列成果（34） 秉承“开放、流动、联合、竞争”的运行机制，以国民经济需求为导向，取得了一系列具有自主知识产权的科研创 新成果。为庆祝RAL建设二十周年，本报特组织相关报道，以飨读者。
热连轧轧制生产线自动控制系统
十年来，我国热连轧生产线
编者按：阐述了热连轧带钢生产线控制系统的发展概况。结合基于 Windows 应用平台的 I、II 级 度压下对轧件宽度变化的影响并
连轧带钢生产线的新建和改造现 上级系统的通信、控制逻辑、数据
◆提供了功能丰富的管理界 点，无论国外主流数学模型还是 间张力基准等。轧制参数列表因
场，实现了科研成果的迅速转化。 的存储与分析、日志报警等功能。 面，改善了用户的体验效果； 国内自主开发的数学模型，均采 子有很多，因此精轧数学模型能
该 控 制 系 统 建 立 在 基 于 为热轧带钢的自动化控制系统提
GA 扩大应用的最大课题。为此 母材的 JAZ® 钢板的滑动性和成
响因素。C 类滑动条件的板材移 动距离较短，所以静摩擦系数是 主要的影响因素。
1.2 以高强度 GA 为母材的 JAZ® 钢板的滑动特性
实 验 用 材 是 以 1.2mm 厚
钢板强度的影响，母材高强度化， 比的关系。从图中可以看出极限
在汽车部件上的应用。众所周知， 制造厂得到广泛应用。以软钢板 钢板的高强度化会导致伸长率、 为母材的 JAZ® 钢板的成形性优
塑性应变比（γ 值）等决定成形 于传统的 GA 钢板，其他的综合
性的力学性能下降。因此，提高 特性与传统 GA 钢板相同。
高 强 度 GA 的 成 形 性 是 高 强 度
下面研究了以高强度钢板为
软件的发展更为迅速，现代热连 工艺和设备优化设计、模型参数 系统维护、网络通讯、系统的数据 内的摩擦条件的变化、轧辊和轧 性。
轧控制系统可分为 6 级控制。其 优化和在线设定、人工智能、数据 采集和数据管理、带钢跟踪和模 件的热量传递机制、金属在变形
粗 轧 AWC 系 统、SSC 技 术
中 I 级和 II 级控制系统与产品生 挖掘、自学习与自适应等多种手 型计算，如图 2 所示。
容。数学模型既为轧线提供工艺 全面设定和控制。采用钢族形式
由于现场条件的波动、模型
规程的设定，也参与关键技术指 划分层别，为新产品提供了预留 本身对于轧制条件的简化以及模
标的控制过程，通过关键参数的 接口和空间，即保证设定和控制 型结构的原因，使模型计算值与
其他仪表
其他服务器
数据库服务器
自学习不断提高其设定与控制精 精度，又提高了模型的可用性。 实际值之间存在差异，这是过程
◆任务间通讯主要采用的 小液态聚集区推想等；这些问题
精轧模型设定是通过具体的
连轧自动化过程控制系统开展了 开辟与管理、进程和线程的管理、 是共享内存 + 事件触发的模式， 限制了数学模型的计算精度与稳 方程式和轧制参数列表因子以及
深入细致的研究，开发了成套 I、 通过高速以太网实现过程机之间 这种通讯方式通讯效率快，进程 定性。
粗轧设定模型的主要功能包 分发挥模型的自学习功能，完成
括平辊规程设定、宽度设定和短 精轧设定模型对轧件在精轧区域
行程设定、轧制节奏设定等。 轧制规程的设定。
粗轧宽度控制包括宽度设定
现场应用表明，RAL 轧机设
和自动宽度控制两个部分。宽度 定模型具有设定精度高、稳定性
设定是粗轧过程设定计算的一部 好、使用方便等优良特性。
区内的流动规律等；一些常用假 和主传动交交变频技术的应用，
产和质量的关系最为密切，也是 段，实现对热轧带钢生产线全线
RAS 平台的主要技术特点： 设与实际情况存在差异，比如轧 使宽度精度达 0-6.5mm 带钢占
国内研究和开发的重点内容。 质量指标的全面控制。
◆多进程多线程结构，可以 辊压扁后仍为圆形假设、平面变 带钢全长的比例达到 95.4％的较