单机架可逆冷轧机压下分配模型及其实现张超

单机架可逆冷轧机压下分配模型及其实现
张超（中冶南方（武汉）信息技术工程有限公司，湖北武汉430223）Reduction Distribution Models of Single－stand Reversing Cold Rolling Mill
摘要
根据冷轧带钢的原始数据、设备参数、设备能力参数、模型系数和轧制力平衡负荷分配系数，利用工艺数学模型对工艺参数进行计算，然后对这些参数进行校核，对于超限的工艺参数设计不同的压下调整策略进行修正计算，直到满足收敛条件为止，最后输出压下分配，为设定计算模型准备数据。

关键词：可逆冷轧机，压下分配，调整策略
Abstract
The process parameters are calculated by process mathematical models according to the parameters such as PDI,e-quipment data,equipment capacity data,model coefficients and load distribution factors of rolling forces．These calculated parameters must be checked．The overloaded parameters must be calculated by correction using different reduction adjust-ing strategies until the convergence condition being met．Finally the reduction distribution should be output for being used in mill set up calculation models．
Keywords:reversing cold rolling mill,reduction distribution,adjusting strategies
压下分配是冷轧轧制过程中轧机设定计算的重要组成部
分，它的主要功能是在钢种、轧制道次、张力、入口厚度、出口厚
度已知的情况下，确定各道次的压下率，同时得到相关的轧制工
艺参数。

单机架可逆冷轧机压下分配计算方法可以分为三个发
展时期：以能耗曲线为代表的经验分配法；以轧制负荷比例关系
为代表的轧制理论法；以目标优化函数为代表的优化计算方法。

为了解决传统的压下分配算法的适应性差和实用性受限的
技术难题，本文通过设计一种新的压下分配调整策略，根据不同
工艺条件分别采取不同的压下分配调整策略，满足单机架可逆
冷轧机压下分配的要求。

1压下分配模型
根据钢卷的原始数据、轧机的设备参数、工艺要求和给定的
负荷分配比例系数，然后根据轧制工艺数学模型对轧制工艺参
数进行计算，在计算过程中对设备能力进行极限校核，如果超限
则对超限的工艺参数进行修正计算，对于不同的工艺条件分别
采用不同的压下分配调整策略，进行迭代计算，直到满足算法的
收敛条件为止，如果超过系统最大迭代次数或不满足收敛条件，
则在画面上显示出错信息提示操作工，修改总道次数或者张力
分配后重新进行计算，直到获得的满意的压下分配为止，最后将
此压下分配保存到数据库中，为设定计算模型准备数据。

计算流程图如图1所示。

1．1压下分配调整策略
为了保证设备安全，须对计算参数进行极限校核，当有超限
情况时，需要对超限参数进行修正计算。

需要进行极限检查的工
艺参数包括轧制力、功率等。

1．1．1轧制力不平衡时，对压下率的调整策略
基于各道次的轧制力负荷平衡的目标，对压下率进行调节，
从而调节轧制力。

根据厚度分配的初值，利用工艺模型，假设计算得到第i次迭代时各道次的轧制力计算值为F［i，j］，i＝0，1…，为迭代次数，例如：j＝1，2…5为道次号。

找出第i次迭代的轧制力最大值Fmax［i］和最小值Fmin［i］，判断Fmin［i］在Fmax［i］的右侧还是在左侧；并记录下轧制力最大值和最小值所处的道次号，并分别用j＿down、j＿up表示，分别采用不同的策略进行压下率调节。

如果Fmin[i]在Fmax[i]的右侧，则将Fmin［i］所处道次的压下率r［i，j＿up］增加dr＝0．001作为下次迭代的压下率，即
：
图1单机架可逆冷轧机压下分配计算流程图
单机架可逆冷轧机压下分配模型及其实现
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《工业控制计算机》2012年第25卷第12期
r［i＋1，j＿up］＝r［i，j＿up］＋dr
其余道次的压下率保持不变，采用倒推的方法计算各道次的入口厚度，即根据出口厚度和压下率计算入口厚度（Fmax与Fmin之间的道次）：
h［i＋1，k］＝h［i＋1，k＋1]／（1－r［i＋1，k＋1］）
上式中k为Fmax与Fmin之间的道次，然后根据厚度，重新计算道次压下率。

如果Fmin［i］在Fmax［i］的左侧，则将Fmin［i］所处道次的压下率r［i，j＿up］增加dr＝0．001，作为下次迭代的压下率，即：r［i＋1，j＿up］＝r［i，j＿up］＋dr
其余道次的压下率保持不变，采用顺推的方法计算各道次的出口厚度，即根据入口厚度和压下率计算出口厚度（Fmax与Fmin之间的道次）：
h［i＋1，k＋1］＝h［i＋1，k］*（1－r［i＋1，k＋1］）
上式中k为Fmax与Fmin之间的道次，然后根据厚度，重新计算道次压下率；从而计算相关工艺参数，反复迭代。

1．1．2功率超限调整策略
开卷机、卷取机功率超限调整策略：
根据开卷机、卷取机额定功率反算合适的轧制速度，作为轧制模型计算的初值。

主电机功率超限时的调整策略：
根据额定功率反算合适的轧制速度。

1．2算法收敛条件
如果某次迭代的最大轧制力与最小轧制力相对误差率在允许的范围内，则说明轧制力平衡条件满足，再检查是否超过了允许的最大迭代次数，如果小于最大迭代次数，采用数学模型计算力矩、主电机功率，判断计算的主电机功率是否超限，如果不超限，则表示算法收敛，将压下分配保存到初始压下分配表中；否则，用主电机额定功率的反算合适的轧制速度，继续迭代计算。

如果迭代次数超过了允许的最大迭代次数，说明算法不收敛，输出报警提示信息，将上一次计算的厚度分配输出，说明道次数或者初始厚度分配或者输入、选择的张力不合理，再次调整原始输入数据，继续计算，直到满足收敛条件，将计算得到的压下分配保存到初始压下分配表中，为设定模型做好数据准备。

轧制力平衡判断条件：
Fma－Fmin
Fm
＜ε
ε可取0．05或0．1等，根据实际情况确定，Fm：平均轧制力。

2模型实现
本实例是某单机架六辊可逆冷轧机过程控制系统中，压下分配模型的具体实现方法。

本实例轧制的是高牌号硅钢，机型为UCM轧机。

2．1计算条件
（1）带钢原始数据
钢种HNGO（高牌号无取向硅钢）：
来料厚度h0＝2．3mm，
成品厚度hn＝0．5，
宽度b＝1270mm；
轧制道次数：5。

（2）设备参数
工作辊泊松系数＝0．3，
工作辊杨氏弹性模量＝20600kg／mm2。

（3）设备能力参数
轧机最大轧制力：Fmax＝18000kN；
主电机额定功率：Nmax＝5500kW；
开卷机额定功率：Nuncoilermax＝650kW；
卷取机额定功率：Ncoilermax＝2640kW；
工作辊直径：wr＿diam＝340mm；
轧机最大出口速度vmax＝900m／min；
开卷机最大速度vmaxuncoiler＝500m／min；
卷取机最大速度vmaxcoiler＝950m／min；
轧制力平衡负荷分配比例系数＝1:1:1:1:1。

（4）带钢单位张力
2．2计算结果
本实例的计算结果如表1所示：
表1实例计算结果
3结束语
本方法原理简单、计算可靠、操作方便、实现容易，实现了单机架可逆冷轧机的压下分配计算，是设定计算模型的基础，对设定模型的精确计算具有重要意义，本模型及其实现方法以及成功应用于“工作辊可水平移动的六辊冷轧机研发”项目中。

同时，它还具有推广应用价值，可应用于单机架两辊、四辊可逆冷轧和多机架冷连轧机的压下分配和过程控制系统中。

参考文献
［1］王军生，白金兰，刘相华．带钢冷连轧机原理与过程控制［M］．北京：科学出版社，2009
［收稿日期：2012．9．12
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