李宏洲

1.前言

冷軋板形作為一項重要的指標(biāo)，直接體現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的水平，同時關(guān)系到后續(xù)連續(xù)機(jī)組的穩(wěn)定生產(chǎn)。目前在板形評價方面各冷軋廠標(biāo)準(zhǔn)不盡統(tǒng)一，無法系統(tǒng)的評價帶鋼的質(zhì)量。自動板形控制系統(tǒng)（Automatic Shape Control，即ASC）是目前冷軋廠控制板形的重要手段，其控制手段主要有軋輥傾斜、工作輥，中間輥彎輥力控制及乳化液分段冷卻控制[1-3]。目前國內(nèi)學(xué)者對于板形評價和ASC系統(tǒng)優(yōu)化的研究較為關(guān)注，專家學(xué)者們已經(jīng)有了一些相關(guān)研究。張清東等[4]研究了一種計算板形應(yīng)力指標(biāo)和實物縱向波浪度的評價方法。張敬山[5]等較為詳細(xì)的解析了冷軋ASC的控制流程，提出了具體的控制計算方式。本文采用了區(qū)段式的冷軋板形評價方法，較為系統(tǒng)的對帶鋼質(zhì)量進(jìn)行評價，同時根據(jù)評價結(jié)果，建立了具有針對性的ASC參數(shù)優(yōu)化規(guī)則，對提升冷軋產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

2.板形儀配置及控制原理

某酸軋機(jī)組采用瑞典ABB公司的分段接觸式板形儀輥，通過將板形儀輥分成40個測量通道，每個通道內(nèi)在圓周方向安裝有四個傳感器，在輥子轉(zhuǎn)動時連續(xù)測量帶鋼作用在測量區(qū)段上的徑向壓力。在軋機(jī)軋制過程中，由于板形的差異，實際作用在各測量通道上的壓力不完全一致，壓力差異以電磁信號進(jìn)行輸出，通過相應(yīng)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化得到帶鋼板形數(shù)據(jù)。而ASC控制程序是ASC系統(tǒng)的核心，主要功能是通過對實時的板形偏差進(jìn)行分解，計算出板形控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)量，并且根據(jù)板形偏差的不同計算彎輥力及工作輥上對應(yīng)的乳化液噴嘴的開閉狀態(tài)[6-9]。

3.板形評價規(guī)則

板寬覆蓋板形儀輥n個檢測通道，對各通道檢測結(jié)果按照每米一次進(jìn)行記錄，每間隔50米進(jìn)行一次數(shù)據(jù)均值計算，各通道均值計算后的數(shù)據(jù)分別記錄為Ni(i=1,2…n)，依據(jù)對Ni數(shù)值分別進(jìn)行運算處理，可以從對稱性、控制幅度以及局部異常點數(shù)三個方面對此50米長度帶鋼進(jìn)行板形評價。

鋼卷軋制完成后，進(jìn)一步通過對每50米長度判定結(jié)果在鋼卷全長范圍內(nèi)的分布情況進(jìn)行統(tǒng)計分級，實現(xiàn)全長帶鋼的板形評價。三個方面評估結(jié)果獨立輸出，同時關(guān)聯(lián)三個方面的輸出結(jié)果得出綜合板形評級，板形判定結(jié)果可以隨鋼卷二級數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞。板形評價統(tǒng)計計算過程應(yīng)剔除帶鋼頭尾15米長度數(shù)據(jù)，防止對整體評價結(jié)果造成干擾。

3.1 對稱性評價

對稱性是板形評價的首要因素，使用最小二乘法對Ni數(shù)據(jù)進(jìn)行二次曲線擬合：Ni=ax2+bx+c，提取多項式系數(shù)a和b，按照式（1）計算板形對稱性系數(shù)S。

依據(jù)預(yù)先設(shè)定對稱性系數(shù)判定標(biāo)準(zhǔn)，給出此段帶鋼的對稱性分級評價。對稱性標(biāo)準(zhǔn)按照ABCD四擋設(shè)定：A:S≤100%±5%；B:S≤100%±10%；C:S≤100%±20%；D:S＞100%±20%。

通過模擬計算，分別對對稱性評價為90%、100%、110%的鋼卷實際板形進(jìn)行比對，可以發(fā)現(xiàn)對稱性為90%和110%情況下，帶鋼浪形中值分別偏向帶鋼兩側(cè)，100%時，帶鋼浪形保持完全對稱狀態(tài)。

3.2 控制幅度評價

板形控制幅度的大小直接影響實物板形的宏觀觀測。通過對帶鋼中部及邊部區(qū)域檢測數(shù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，客觀描述帶鋼浪形控制幅度。按照式（2）、式（3）、式（4）計算浪形幅度系數(shù)R=Ri(i=1,2,3)，依據(jù)工藝板形控制要求，給出此段帶鋼的浪形幅度評價。評價標(biāo)準(zhǔn)按照ABCD四擋設(shè)定：A:控制幅度100%以內(nèi)；B:控制幅度120%以內(nèi)；C:控制幅度140%以內(nèi)；D:控制幅度超過140%。

3.3 局部異常點評價

局部異常點為板形偏離正常曲線趨勢的位置，通過計數(shù)方式進(jìn)行統(tǒng)計計算。在宏觀板形上表現(xiàn)為局部浪形。偏離正常曲線計算采用相鄰?fù)ǖ罊z測數(shù)據(jù)的差值表示，按照式（5）計算得出局部異常點評價P。

依據(jù)異常點判定標(biāo)準(zhǔn)，給出此段帶鋼的浪形局部異常點評價。評價標(biāo)準(zhǔn)按照ABCD四擋設(shè)定：A:異常點數(shù)≤2；B:異常點數(shù)≤3；C:異常點數(shù)≤4；D:異常點數(shù)＞4。

3.4 評價結(jié)果輸出

鋼卷軋制完成后，板形對稱性、控制幅度、局部異常點評價數(shù)據(jù)在帶鋼全長范圍內(nèi)形成各自對應(yīng)ABCD分級的占比數(shù)值，并獨立輸出。同時按照表1設(shè)定規(guī)則，三項獨立評估中的最低級別作為判定結(jié)果，輸出為該鋼卷綜合板形評價結(jié)果。

表1 板形綜合評價規(guī)則

3.5 評價規(guī)則動態(tài)調(diào)整

在該板形評價方法中，對稱性評價標(biāo)準(zhǔn)、控制幅度評價標(biāo)準(zhǔn)、局部異常點評價標(biāo)準(zhǔn)、工藝板形控制要求以及板形綜合評價規(guī)則均是作為初始設(shè)定的判定依據(jù)進(jìn)行計算輸出，各個規(guī)則可依據(jù)生產(chǎn)質(zhì)量控制的需要進(jìn)行修正優(yōu)化修正。同時亦可以通過縮短板形均值采集周期的方式實現(xiàn)更加精細(xì)的板形結(jié)果評價輸出。在實際使用過程中具有較高的靈活性。

4.基于評價規(guī)則的ASC系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用

目前該評價規(guī)則已在酸軋線初步投入使用，板形評價輸出及板形判定規(guī)則均可以進(jìn)行系統(tǒng)查詢和修正。評價規(guī)則上線之初，并未采用針對問題進(jìn)行ASC系統(tǒng)優(yōu)化。從判定結(jié)果的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看（見圖2），板形對稱性A級合格率不到23%，異常點A級合格率僅4.96%，浪形幅度A級合格率達(dá)到80.93%，綜合板形判定評級較低，需要進(jìn)一步的優(yōu)化。

圖2 優(yōu)化前板形判定結(jié)果統(tǒng)計

4.1 對稱性優(yōu)化方法

對稱性主要反映在軋輥傾斜控制上，在ASC軋輥傾斜控制模塊中，計算過程如式(6)所示。

式中：tilt－傾斜控制量，a1－板形誤差擬合曲線一次系數(shù)，Ctilt－軋輥傾斜作用系數(shù)。

根據(jù)查詢程序控制地址，軋輥傾斜作用系數(shù)Ctilt為0.1，并據(jù)此建立優(yōu)化規(guī)則如表2所示。

表2 軋輥傾斜作用系數(shù)優(yōu)化規(guī)則

根據(jù)建立的規(guī)則，將軋輥傾斜作用系數(shù)Ctilt0.1改為0.12。

4.2 控制幅度優(yōu)化方法

控制幅度A級較高，在目前的實際應(yīng)用中并不需要對ASC控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)已有規(guī)則，末機(jī)架ASC彎輥力控制計算過程如式(7)所示。

式中：WB、IB－為工作輥和中間輥的彎輥控制量；fw、fI－為彎輥控制的計算參考量；gw、gI－為工彎輥控制有效性增益標(biāo)志；

若控制幅度效果不佳，則依據(jù)表3規(guī)則，對彎輥增益值進(jìn)行調(diào)整。但目前板形控制幅度效果較好，并不需要進(jìn)行額外修正。

表3 軋輥傾斜作用系數(shù)優(yōu)化規(guī)則

4.3 局部高點優(yōu)化方法

局部高點產(chǎn)生無法通過調(diào)整彎輥力或軋輥傾斜的方法進(jìn)行控制，只能使用乳化液分段冷卻方法。在ASC系統(tǒng)中，乳化液分段冷卻控制采用的是模糊控制原理。

根據(jù)評價規(guī)則，修改模糊控制規(guī)則，改善局部高點情況。目前設(shè)定的板形偏差范圍：-aa_lev～+ aa_lev[-7～7I]，將其修正為-aa_lev～+ aa_lev [-6～6I]，即降低其乳化液開嘴條件，提高乳化液開嘴時間。

4.4 優(yōu)化結(jié)果

從判定結(jié)果的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看（見圖3），板形對稱性A級合格率從不到23%提升到52%左右，異常點A級合格率從4.96%提升至25.65%，浪形幅度A級合格率基本維持在80%左右。可以明顯的看出，板形對稱性有了明顯的提高，異常點問題也得到了初步的解決。

圖3 優(yōu)化后板形判定結(jié)果統(tǒng)計

5.結(jié)論

本文根據(jù)實際生產(chǎn)中發(fā)生的板形問題，同時基于ASC的控制手段，建立了基于區(qū)段式的冷軋板形評價方法，可以將人工模糊判斷的過程以數(shù)字化的形式展現(xiàn)，實現(xiàn)板形質(zhì)量的量化判定，促進(jìn)冷軋板形質(zhì)量的持續(xù)改善。同時解析冷軋自動板形控制系統(tǒng)，根據(jù)實際生產(chǎn)的帶鋼評價結(jié)果，對ASC系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。通過建立的評價規(guī)則和ASC優(yōu)化規(guī)則結(jié)合的方式，不僅可以準(zhǔn)確系統(tǒng)地表征帶鋼的板形質(zhì)量，還可以針對已有問題進(jìn)行優(yōu)化。該方法較好地提升了板形質(zhì)量，可滿足現(xiàn)場生產(chǎn)要求。