一种基于动态调节的卷取温度控制系统的制作方法

1.本发明属于热连轧自动控制技术领域，具体涉及一种基于动态调节的卷取温度控制系统。


背景技术：

2.随着钢铁产能的不断增加，热轧带钢的轧后冷却控制对带钢的表面及力学性能起决定性作用，特别对硅钢、优钢的卷取温度要求更加严格。面对产量和质量的双重要求，传统控制在要求卷取温度
±
20摄氏度的目标偏差，而硅钢优钢则要求在
±
10摄氏度左右，在生产中不能以牺牲效率提高精度，因此必须对卷取温度的控制方法进行优化设计，从而满足在高产的基础上提高质量。


技术实现要素：

3.针对以上技术问题，本发明提出一种基于动态调节的卷取温度控制系统，包括轧制策略模块，预设定模块，微跟踪模块，动态设定模块，自学习模块；
4.所述轧制策略模块被配置为提供控制目标和过程要求；
5.所述预设定模块被配置为根据所述控制目标和所述过程要求进行预设定计算；
6.所述动态设定模块根据带钢的实测数据进行动态调节计算；所述动态调节计算包括步骤：计算相邻两块带钢的时间间隔是否大于一个设定值来判断是否是长时间停轧；取存储的历史多次同工况计算最优停轧时间。
7.本发明可以实现在热轧带钢轧后对卷取温度的精确控制，以及对层冷冷却区域设备及上下游影响参数的变化进行动态调节，适合解决长时间停轧后再开轧的情况中对于轧线的设备温降无法精确测量的场景。
附图说明
8.图1：一些实施例的控制系统模块及其控制原理示意图。
具体实施方式
9.卷取温度控制系统的主要目标是在卷取入口处使带钢达到保持目标温度,其次是设定初始冷动温度在带钢运行中达到或保持一定温度。当带钢通过输出轨道喷水冷却并通过调整水流量来补偿带钢秒流量的变化,在入口与若干指定位置监测带钢温度。相关领域中涉及的术语在本说明书中作如下解释：
10.前馈：根据数学模型计算目标值因素变量。
11.反馈：实际与目标的偏差实时处理。
12.执行机构：包括被可编程逻辑控制器控制的水阀。
13.制造执行系统(mes)：用于帮助制造业企业实现工厂现场操作、生产流程控制与管理的一系列任务的控制系统。
14.以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
15.一些实施方式的系统包括轧制策略模块，预设定模块，微跟踪模块，动态设定模块，自学习模块；轧制策略模块提供控制目标和过程要求；动态设定模块根据带钢的实测数据进行动态调节计算；所述动态调节计算包括：计算相邻两块带钢的时间间隔是否大于一个设定值来判断是否是长时间停轧；取存储的历史多次同工况计算最优停轧时间。
16.具体的实施方式中，首先通过跟踪模块判断带钢在轧线的运行位置，当位置位于精轧入口高温计时，向预设定模块发送启动预设定指令；当位置位于精轧出口高温计时，向动态设定模块发送启动动态设定指令；当位置位于层冷出口高温计时，向自学习模块发送启动自学习设定指令。
17.一些实施方式中的轧制策略模块被配置为：实时获取控制进程；生成带钢运行图；读取人机交互界面或制造执行系统的工艺参数；向人机交互界面或制造执行系统写入指令；生成用于不同工段控制的分段目标；将所述分段目标发送给预设定模块。
18.轧制策略模块主要从mes系统和hmi获取原料信息、目标信息，工艺要求，从而为整个控制系统提供目标和过程要求。
19.一些实施方式的微跟踪模块被配置为：通过现场检测机构采集不同工段包括但不限于终轧温度、钢板速度、钢板厚度的工艺数据；跟踪所述工艺数变化造成的卷取温度波动；实时跟踪通过所述工艺数据计算带钢通过层冷区域的位置。
20.微跟踪模块具体通过检测仪表判断带钢通过层冷区域的位置，从而使计算出的水量合理的浇到对应的带钢表面。
21.一些实施方式的预设定模块被配置为：读取各工段的工艺参数；计算不同工段的分段卷取温度预设定值；将所述分段卷取温度预设定值实时发给位于各工段的执行机构；向所述轧制策略模块输出各工段的预设定结果。
22.一些更具体的实施方式中，预设定模块主要为plc提供预设定信息，避免动态调节时来不及对头部温度的处理。具体通过控制后台服务器和plc之间建立两个tcpip连接，通过特定位置的id变化区分预设定和动态设定的使用，主要用于解决头部快速性及层冷区域出现两块钢时的数据判别。
23.一些实施方式的动态调节计算包括前馈控制环和反馈控制环，所述前馈控制环通过数学模型计算水量的分配，所述反馈控制环在所述前馈控制环偏离目标值时实时对所述前馈控制环的控制参数修正。
24.其中的前馈控制环按以下公式表示的数学模型计算预测喷水量：
[0025][0026]
其中，n
ff
为预测喷水量；pi预设定喷水量；ri钢板速度影响系数；v为钢板速度m/s；vs为钢板轧制基准速度m/s；a1为终轧温度对层冷温度影响系数；a2水温补偿系数；t
fa
为精轧温度目标值℃；t
fs
为钢板精轧出口的标准温度值(根据钢板厚度由插值法求出)；t
ca
为钢板层冷的目标温度℃；t
cas
钢板层冷目标温度的标准值℃；δt层冷目标温度的修正值℃；q为综合传热系数；h为钢板厚度mm。
[0027]
一些具体的实施方式，如式(1)表示的数学模型中的钢板轧制基准速度、钢板精轧出口的标准温度值、钢板层冷目标温度的标准值根据钢板厚度由插值法求出。
[0028]
一些具体的实施方式通过历史记录的连续5次停轧后的最优数据作为最新一次长时间停轧的控制参数输入。在停轧时间较长时，设备和水温会逐渐下降，水温可以通过温度计检测，而轧线的设备温降无法精确测量，本发明的实施方式通过停轧时间累计值结合历史多次停轧的最优数据进行综合处理，最优数据包括最优停轧时间。具体实施步骤：
[0029]
(1)通过动态设定模块根据高温计有钢、抛钢信号进行空隙间隔时间计算。
[0030]
(2)当时间大于5分钟时，判定为长时间停轧。
[0031]
(3)长时间停轧条件到来时，取历史5次长时间停轧后的第3块自学习系数并按时间远近进行权重处理，做为本次长时间停轧的使用系数。
[0032]
(4)将本次长时间停轧后的第三块自学习后的新系数进行堆栈时存储，保证系数的时效性。
[0033]
一些实施方式的自学习模块通过平滑指数算法计算每条带钢的偏差信息输出至所述动态设定模块的前馈控制环。
[0034]
一些实施方式包括图1中的功能模块，基于服务器、可编程逻辑控制器(plc)、现场检测仪表以及上下游的io通讯接口组成，通过式(1)的数学模型，结合现场的检测仪表的反馈，将预测喷水量的计算值实时发给plc控制现场的水阀完成动态调节的前馈控制环路的计算。
[0035]
轧制策略：主要从mes系统和hmi系统获取原料信息、目标信息，工艺要求，从而为整个控制系统提供目标和过程要求。
[0036]
预设定：主要为plc提供预设定信息，避免动态调节时来不及对头部温度的处理。
[0037]
微跟踪：通过现场检测仪表，判断带钢通过层冷区域的位置，从而使计算出的水量合理的浇到对应的带钢表面。
[0038]
动态设定:作为该系统的核心由前馈、反馈两大部分组成，前馈通过数学模型准确预测水量的分配，反馈则在前馈控制偏离目标值时进行实时修正。
[0039]
自学习：通过平滑指数的方法，将每条带钢的偏差信息提供给未来要生产的带钢，从而提高前馈的精度。
[0040]
一些更具体的实施方式，通过微跟踪模块、自学习模块对钢板尾部进行精确跟踪和自学习系数的单独划分，当变规格发生时，通过规格变化量，采用不同的权值对长期、短期系数的综合处理。
[0041]
本说明书中描述的主题的实施方式可以被实施为一个或多个计算机程序，即，一个或多个有形非暂时性程序载体上编码的计算机程序指令的一个或多个模块，用以被数据处理设备执行或者控制数据处理设备的操作。作为替代或者附加，程序指令可以被编码在人工生成的传播信号上，例如，机器生成的电信号、光信号或者电磁信号，上述信号被生成为编码信息以传递到用数据处理设备执行的适当的接收器设备。计算机存储介质可以是机器可读存储装置、机器可读的存储基片、随机或者串行存取存储器装置或者上述装置中的一种或多种的组合。在本说明书中描述的处理和逻辑流程可以由一个或多个可编程计算机执行，该计算机通过运算输入数据并且生成输出而执行一个或多个的计算机程序，以运行函数。处理和逻辑流程还可以由专用逻辑电路，例如，fpga(可现场编程门阵列)或者asic
(专用集成电路)执行，并且设备也可以被实施为专用逻辑电路。
[0042]
已经描述了主题的特定实施方式。其他实施方式在以下权利要求的范围内。例如，在权利要求中记载的活动可以以不同的顺序执行并且仍旧实现期望的结果。作为一个实例，为了实现期望的结果，附图中描述的处理不必须要求示出的特定顺序或者顺序次序。在特定实现中，多任务处理和并行处理可以是有优势的。

技术特征：
1.一种基于动态调节的卷取温度控制系统，其特征在于，包括轧制策略模块，预设定模块，微跟踪模块，动态设定模块，自学习模块；所述轧制策略模块被配置为提供控制目标和过程要求；所述预设定模块被配置为根据所述控制目标和所述过程要求进行预设定计算；所述动态设定模块根据带钢的实测数据进行动态调节计算；所述动态调节计算包括步骤：计算相邻两块带钢的时间间隔是否大于一个设定值来判断是否是长时间停轧；取存储的历史多次同工况计算最优停轧时间。2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述轧制策略模块被配置为：实时获取控制进程；生成带钢运行图；读取人机交互界面或制造执行系统的工艺参数；向人机交互界面或制造执行系统写入指令；生成用于不同工段控制的分段目标；将所述分段目标发送给预设定模块。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预设定模块被配置为：读取各工段的工艺参数；计算不同工段的分段卷取温度预设定值；将所述分段卷取温度预设定值实时发给位于各工段的执行机构；向所述控制策略模块输出各工段的预设定结果。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微跟踪模块被配置为：通过现场检测机构采集不同工段的包括终轧温度、钢板速度、钢板厚度的工艺数据；跟踪所述工艺数据变化导致的卷取温度波动；通过所述工艺数据跟踪带钢通过层冷区域的位置。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动态调节计算包括前馈控制环和反馈控制环，所述前馈控制环通过数学模型计算水量的分配，所述反馈控制环在所述前馈控制环偏离目标值时实时对所述前馈控制环的控制参数修正。6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述前馈控制环按以下公式表示的数学模型计算预测喷水量：其中，n
ff
为预测喷水量；p
i
预设定喷水量；r
i
钢板速度影响系数；v为钢板速度m/s；v
s
为钢板轧制基准速度m/s；a1为终轧温度对层冷温度影响系数；a2水温补偿系数；t
fa
为精轧温度目标值℃；t
fs
为钢板精轧出口的标准温度值；t
ca
为钢板层冷的目标温度℃；t
cas
钢板层冷目标温度的标准值℃；δt层冷目标温度的修正值℃；q为综合传热系数；h为钢板厚度mm。7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数学模型表达式中的部分参数根据钢板厚度h由插值法求出；所述部分参数包括钢板轧制基准速度、钢板精轧出口的标准温度值、钢板层冷目标温度的标准值。8.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述自学习模块通过平滑指数算法计算每条带钢的偏差信息输出至所述动态设定模块的前馈控制环。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过微跟踪模块、自学习模块对钢板尾部进行精确跟踪和自学习系数的单独划分。10.一种基于动态调节的卷取温度控制方法，其特征在于，所述方法包括轧制策略步骤，预设定步骤，微跟踪步骤，动态设定步骤，自学习步骤；所述轧制策略步骤提供控制目标和过程要求；所述预设定步骤根据所述控制目标和所述过程要求进行预设定计算；所述动态设定步骤根据带钢的实测数据进行动态调节计算；所述动态调节计算包括步骤：计算相邻两块带钢的时间间隔是否大于一个设定值来判断是否是长时间停轧；取存储的历史多次同工况计算最优停轧时间。

技术总结
本发明属于热连轧自动控制技术领域，具体涉及一种基于动态调节的卷取温度控制系统，包括轧制策略模块，卷取温度预设定模块，微跟踪模块，卷取温度动态设定模块，自学习模块，其中控制策略模块用于提供目标和过程要求，预设定模块被配置为根据控制目标和过程要求进行预设定计算；动态设定模块根据带钢的实测数据进行动态调节计算。本发明可以实现在热轧带钢轧后对卷取温度的精确控制，以及对层冷冷却区域设备及上下游影响参数的变化进行动态调节，适合解决长时间停轧后再开轧的情况中对于轧线的设备温降无法精确测量的场景。的设备温降无法精确测量的场景。的设备温降无法精确测量的场景。


技术研发人员：申铁强 纪岩 郭志伟
受保护的技术使用者：北京冶自欧博科技发展有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/10/7