CN106862283A - 热轧超快冷过程控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热轧超快冷过程控制系统，包括基本材料和边界换热模块，用于进行修正设定计算，并计算出由于变化量而需改变的集管组态；预设定计算模块，用于计算使带钢经过超快冷后的温降和带钢到达卷取测温仪处带钢达到目标卷取温度的喷水组态；冷却信息模块，用于对预设定计算模块输送的信息进行处理；前馈补偿模块和反馈控制模块，用于动态调节超快速冷却区用于反馈的集管和层流冷却区用于反馈的集管；钢板信息跟踪模块，用于采集最直接的热轧生产线各种数据；数据分析模块，用于进行数据调整的分析；自适应以及带钢位置跟踪模块，用于自学习调整设定。本发明生产过程稳定，控制精度较高，满足了现场工艺控制要求。

Description

热轧超快冷过程控制系统

技术领域

本发明涉及热轧带钢超快冷过程控制领域，尤其涉及一种热轧超快冷过程控制系统。

背景技术

近年来随着国民经济的快速发展，热轧带钢产量增加同时，对其综合性能的要求逐渐增高。随着多种新钢种的开发和应用，要求带钢在热输出辊道上有更为精确的冷却控制，不但需要保证卷取温度的精度，更重要的是保证超快冷出口温度的精确度，实现对带钢内部组织结构的控制，进而实现钢种的升级或新钢种的开发和应用。

控制轧制和控制冷却是近年来新发展的一项先进技术，目前已广泛应用于轧钢生产领域内，并逐步成为轧钢技术发展的新方向。同时，随着对控制轧制和控制冷却技术的不断深化，现代化设备及检测技术的不断提高，控制轧制和控制冷却技术日益完善，并且明显提高了钢材的各种物理性能得到了明显提高，为节约资源，简化生产工艺，减少合金元素投入，开发钢材新品种创造了有利的条件。

通过轧后控制冷却来改善轧件的性能是热轧产品开发的有效途径。在热轧生产线中，层流冷却已经成为不可缺少的重要工艺环节。近年来在轧钢厂、研究性单位和设备制造厂的共同努力下，国内热轧机加速冷却系统的能力比过去有了很大的增强。但是，时常还会出现轧线冷却能力不足的问题，生产一些对冷却速度有特殊要求的产品时，需要在中间辊保温、减慢轧件在冷却区运行速度的措施，降低了热轧产量。

轧后冷却技术是提高轧制钢材性能的重要的技术措施，也是控制轧制和控制冷却的核心环节之一。通过提高轧制后的冷却速度，不但可以抑制晶粒的长大，而且可以获得所需的高强度高韧性所需的超细铁素体组织或者贝氏体组织，甚至获得马氏体组织。由于这种技术可以在不添加过多合金元素，也不需要复杂的后续热处理的条件下生产出高强度高韧性的钢材，因此被认为是一项节约合金和能源、并有利于环保的工艺，己成为轧制工艺中不可或缺的关键技术。

但是，现有的热轧超快冷过程控制系统控制精度不高，不能满足生产效率、以及产品质量的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热轧超快冷过程控制系统，旨在用于解决现有的热轧超快冷过程控制系统控制精度不高的问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种热轧超快冷过程控制系统，包括：

基本材料和边界换热模块，用于在热轧带钢生产线正常生产的冷却过程中，对带钢进行分段控制，在线冷却过程中，根据带钢在FDT测温仪处的实测FDT、带钢厚度和速度，为了达到超快冷温降能力、目标CT，进行相应的修正设定计算，并计算出由于变化量而需改变的集管组态，对超快冷速冷却区和层冷区的集管进行相应的组态编辑，并将结果发送给预设定计算模块；

预设定计算模块，用于根据精轧机模块预测的终轧温度FDT、带钢厚度、带钢的穿带速度，并依据给定的冷却模式和冷却策略控制参数，计算使带钢经过超快冷后的温降和带钢到达卷取测温仪处带钢达到目标卷取温度的喷水组态，并将信息输送给冷却信息模块；

冷却信息模块，用于对预设定计算模块输送的信息进行处理并输送给钢板信息跟踪模块，同时将处理后的数据提供给前馈补偿模块和反馈控制模块；

前馈补偿模块和反馈控制模块，用于根据带钢实测CT与目标CT之间的偏差，来动态调节超快速冷却区用于反馈的集管和层流冷却区用于反馈的集管，使实测CT接近于目标CT，使UFCT、CT均控制在目标控制范围内；

钢板信息跟踪模块，用于采集最直接的热轧生产线各种数据，还用于将前馈补偿模块和反馈控制模块的结果反馈进入数据分析模块；

数据分析模块，用于进行数据调整的分析，分析结果进入自适应以及带钢位置跟踪模块；

自适应以及带钢位置跟踪模块，用于根据数据分析模块的分析结果进行自学习调整设定，并将自学习结果送入预设定计算模块重新设定模块参数。

进一步地，所述预设定计算模块的功能包括数据有效性的检查、带钢组别的判定以及根据计算出来的自学习组别号，分别读取带钢头部、中部、尾部的长期自学习系数和短期自学习系数，并对自学习系数做相应的修正。

进一步地，所述预设定计算模块包括以下几个计算模块：

1)超快速冷却区空冷温降计算及空冷能力的判定；

2)反馈温降及反馈能力的判断；

3)超快冷区水冷温降计算及超快速冷却系统集管组态的确定；

4)层流冷却区空冷温降的计算及空冷能力的判定；

5)层流冷却区精调区水冷温降的计算及集管组态的确定：

6)层流冷却区主冷段水冷温降的计算及集管组态的确定。

进一步地，自适应以及带钢位置跟踪模块，分为长期自学习计算和短期自学习计算，长期自学习计算主要应用于换规格的第一块钢时使用，而短期自学习计算用于同一层别的钢种生产时使用。

进一步地，所述预设定计算模块的功能还包括根据组别判定返回的标志位LOTFLAG的值，确定当前在线带钢用长期自学习系数还是用短期自学习系数。

进一步地，所述自适应以及带钢位置跟踪模块的自学习计算主要包括对实测值有效性的检验、根据在线带钢实时反馈的超快冷段和层流冷却段集管的开启状态进行温降再计算并计算各个学习点瞬时的学习值、长期短期学习系数的计算。

进一步地，该系统基于Matlab和Visual Studio平台。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的这种热轧超快冷过程控制系统，生产过程稳定，控制精度较高，满足了现场工艺控制要求。该系统系统能够高精度的完成目标温度的控制，超快冷出口实际温度和目标温度的偏差在±15℃之内，达到了温度控制允许偏差在±20℃左右的标准。卷取温度实测值和目标值偏差在±15℃左右，成功实现了卷取温度控制范围在目标值±20℃偏差范围之内。实现了带钢长度方向的冷却的均匀性，高精度的完成了产品性能均匀的指标。为以后调试开发新钢种提供了必要的前提条件。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种热轧超快冷过程控制系统的原理图。

附图标记说明：1-预设定计算模块、2-基本材料和边界换热模块、3-前馈补偿模块、4-反馈控制模块、5-自适应以及带钢位置跟踪模块、6-冷却信息模块、7-数据分析模块、8-钢板信息跟踪模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种热轧超快冷过程控制系统，包括预设定计算模块1、基本材料和边界换热模块2、前馈补偿模块3、反馈控制模块4、自适应以及带钢位置跟踪模块5、冷却信息模块6、数据分析模块7、钢板信息跟踪模块8共8个部分组成。这8个部分有机结合，实现了对钢板冷却过程的温度和冷却速度的精确控制。

为保证预设定计算模块1的精确性，基本材料和边界换热模块2用于在热轧带钢生产线正常生产的冷却过程中，对带钢进行分段控制，每个固定的长度称为一个样本长，样本长度根据钢种的层别进行选择，每一个样本称为一个控制点。在线冷却过程中，根据带钢在FDT测温仪处的实测FDT、带钢厚度和速度，为了达到超快冷温降能力、目标CT，进行相应的修正设定计算。整个基本材料和边界换热模块2的工作过程是一个不断更新的过程，根据带钢在FDT处的实测温度和速度变化情况进行相应的计算，并计算出由于变化量而需改变的集管组态，对超快冷速冷却区和层冷区的集管进行相应的组态编辑，并将结果发送给预设定计算模块1。

其中当精轧机F1机架咬钢时，启动预设定计算模块1。预设定计算模块1主要用于根据精轧机模块预测的终轧温度FDT、带钢厚度、带钢的穿带速度，并依据给定的冷却模式和冷却策略等控制参数，计算使带钢经过超快冷后的温降和带钢到达卷取测温仪处带钢达到目标卷取温度的喷水组态，并将信息输送给冷却信息模块6。

预设定计算模块1主要包括以下几个方面的的功能：

数据有效性的检查：主要是检查二级模块接收得到的在线带钢PDI数据的和精轧模块预报数据的有效性，主要是对这些数据进行检查，看是否有据超限，并做相应的数据处理。

带钢组别的判定：主要是根据当前在线带钢和上一块带钢的种、目标厚度、目标终轧温度、超快冷负荷、目标CT以及冷却策略，只有在完全一样的情况下，就认为当前带钢和上一块带钢属于同一组别，并返回相应的标志位LOTFLAG。

根据计算出来的自学习组别号，分别读取带钢头部、中部、尾部的长期自学习系数和短期自学习系数，并对自学习系数做相应的修正。同时根据组别判定返回的标志位LOTFLAG的值，确定当前在线带钢用长期自学习系数(当LOTFLAG=0时)，还是用短期自学习系数(当LOTFLAG=0时)。

预设定计算模块1主要包括以下几个计算模块：

1)超快速冷却区空冷温降计算及空冷能力的判定；

2)反馈温降及反馈能力的判断；

3)超快冷区水冷温降计算及超快速冷却系统集管组态的确定；

4)层流冷却区空冷温降的计算及空冷能力的判定；

5)层流冷却区精调区水冷温降的计算及集管组态的确定：

6)层流冷却区主冷段水冷温降的计算及集管组态的确定。

冷却信息模块6用于对预设定计算模块1输送的信息进行处理并输送给钢板信息跟踪模块8，同时将处理后的数据提供给前馈补偿模块3和反馈控制模块4。

前馈补偿模块3和反馈控制模块4，用于根据带钢实测CT与目标CT之间的偏差，来动态调节超快速冷却区用于反馈的集管和层流冷却区用于反馈的集管，使实测CT接近于目标CT，使UFCT、CT均控制在目标控制范围内。在带钢生产的过程中，带钢的实时数据都是不断在变化着的，都有可能影响模块计算的初始条件，因而，为了尽量减小模块计算而得出的控冷效果和超快冷温降、目标CT之间的偏差，故需要前馈补偿模块3和反馈控制模块4根据带钢实测CT与目标CT之间的偏差，来动态调节超快速冷却区用于反馈的集管和层流冷却区用于反馈的集管，使实测CT接近于目标CT，使UFCT、CT均控制在目标控制范围内。同时，因为反馈控制均是事后控制即反馈控制模块4，即具有滞后性，在模块控制过程中主要以模块计算为主，反馈为辅。

钢板信息跟踪模块8，用于采集最直接的热轧生产线各种数据，还用于将前馈补偿模块3和反馈控制模块4的结果反馈进入数据分析模块7。

数据分析模块7，用于进行数据调整的分析，分析结果进入自适应以及带钢位置跟踪模块5。

自适应以及带钢位置跟踪模块5，用于根据数据分析模块7的分析结果进行自学习调整设定，并将自学习结果送入预设定计算模块1重新设定模块参数。热轧超快速冷却系统在冷却过程中是比较复杂的过程，同时受到诸多初始条件的影响，因而模块计算值会和实际的目标值有一定的偏差，因而，需要自适应以及带钢位置跟踪模块5计算以提高对在线带钢温度的精确控制。

自适应以及带钢位置跟踪模块5自学习计算，主要分为长期自学习计算和短期自学习计算。长期自学习计算主要应用于换规格的第一块钢时使用，而短期自学习计算用于同一层别的钢种生产时使用。自学习功能在带钢尾部通过卷取测温以后，自学习启动。

自适应以及带钢位置跟踪模块5自学习计算主要包括以下几个方面：对实测值有效性的检验，主要是对带钢在超快冷出口的实测UFCT和卷取机前的实测CT做有效性的检查，确保学习所用的实测温度值都在可靠的范围内。根据在线带钢实时反馈的超快冷段和层流冷却段集管的开启状态，进行温降再计算，并计算各个学习点瞬时的学习值。长期短期学习系数的计算，主要是根据当前带钢和上一卷带钢是否为同一规格，来选择使用长期自学习系数还是使用短期自学习系数，选择自学习平滑系数，为了保证自学习系数的稳定性及收敛幅度，以免学习后下一块带钢的温度实测值向相反温度方向偏差过大，故需对自学习系数进行处理，根据不同轧制条件不同，对分别对长期自学习系数和短期自学习系数作适当的平滑处理。最后，把最终处理后的自学习系数，根据轧制带钢的层别，分别存入自学习系数表中，以供预设定计算模块1实时的在生产同规格的带钢时，直接读取执行即可。

本发明提供的这种热轧超快冷过程控制系统是基于Matlab和Visual Studio平台。使其能用于开发热轧超快冷系统工艺控制后续优化平台。通过此平台最终达到对带钢冷却过程数据进行统计并连续动态地显示出来，图形与文本相结合，帮助工程师系统准确地分析带钢冷却控制过程，从而制定正确的工艺参数，实现带钢冷却过程和温度的精确控制。该系统基于Matlab和Visual Studio平台，能收集在线控制系统结果数据，作为分析优化工具的输入数据，并能将最终分析结果返回到在线控制系统。能记录带钢整个冷却过程的控制情况，动态的显示层流冷却段的喷水情况以及带钢温降曲线，能用于轧后冷却过程分析，优化工艺参数，制定新品种冷却策略。尤其是在生产高强度钢、双相钢、多相钢时，能借助此工具能够更好地对冷却控制过程以及相变进行优化，保证产品质量。利用该平台能帮助正确使用超快冷技术，制定准确的工艺参数，使带钢性能一致性和均匀性到来很好的保证， CT命中率从原来的85%提高到了91%。

生产过程中，整个超快速冷却系统由服务器过程机、PLC、HMI、现场检测设备和现场总线组成，实现根据现场检测元件的实测数据，由模块设定计算出实际组态，由PLC执行命令，通过线总线下发到现场设备，执行命令，通过HIM实现监控和操作的功能，相互协调，共同实现对超快冷出口温度精确控制的功能。

超快速冷却控制系统包括一级基础自动化和二级过程设定系统：一级基础自动化系统用于接受二级过程设定系统和操作员的设定信号，实现各集管精确定时开闭、各集管水流量的闭环自动控制以及辊道速度和加速度调整控制等。二级过程设定系统的主要功能是冷却方式的确定、阀门开闭的数量和分布以及冷却过程温度均匀性的控制。

本发明提供的这种热轧超快冷过程控制系统应用于上述的二级过程设定系统，可发送精确的控制指令给一级基础自动化系统，从而实现各集管精确定时开闭、各集管水流量的闭环自动控制以及辊道速度和加速度调整控制等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种热轧超快冷过程控制系统，其特征在于，包括：

基本材料和边界换热模块，用于在热轧带钢生产线正常生产的冷却过程中，对带钢进行分段控制，在线冷却过程中，根据带钢在FDT测温仪处的实测FDT、带钢厚度和速度，为了达到超快冷温降能力、目标CT，进行相应的修正设定计算，并计算出由于变化量而需改变的集管组态，对超快冷速冷却区和层冷区的集管进行相应的组态编辑，并将结果发送给预设定计算模块；

预设定计算模块，用于根据精轧机模块预测的终轧温度FDT、带钢厚度、带钢的穿带速度，并依据给定的冷却模式和冷却策略控制参数，计算使带钢经过超快冷后的温降和带钢到达卷取测温仪处带钢达到目标卷取温度的喷水组态，并将信息输送给冷却信息模块；

冷却信息模块，用于对预设定计算模块输送的信息进行处理并输送给钢板信息跟踪模块，同时将处理后的数据提供给前馈补偿模块和反馈控制模块；

前馈补偿模块和反馈控制模块，用于根据带钢实测CT与目标CT之间的偏差，来动态调节超快速冷却区用于反馈的集管和层流冷却区用于反馈的集管，使实测CT接近于目标CT，使UFCT、CT均控制在目标控制范围内；

钢板信息跟踪模块，用于采集最直接的热轧生产线各种数据，还用于将前馈补偿模块和反馈控制模块的结果反馈进入数据分析模块；

数据分析模块，用于进行数据调整的分析，分析结果进入自适应以及带钢位置跟踪模块；

自适应以及带钢位置跟踪模块，用于根据数据分析模块的分析结果进行自学习调整设定，并将自学习结果送入预设定计算模块重新设定模块参数。

2.如权利要求1所述的热轧超快冷过程控制系统，其特征在于：所述预设定计算模块的功能包括数据有效性的检查、带钢组别的判定以及根据计算出来的自学习组别号，分别读取带钢头部、中部、尾部的长期自学习系数和短期自学习系数，并对自学习系数做相应的修正。

3.如权利要求1所述的热轧超快冷过程控制系统，其特征在于：所述预设定计算模块包括以下几个计算模块：

1)超快速冷却区空冷温降计算及空冷能力的判定；

2)反馈温降及反馈能力的判断；

3)超快冷区水冷温降计算及超快速冷却系统集管组态的确定；

4)层流冷却区空冷温降的计算及空冷能力的判定；

5)层流冷却区精调区水冷温降的计算及集管组态的确定：

6)层流冷却区主冷段水冷温降的计算及集管组态的确定。

4.如权利要求1所述的热轧超快冷过程控制系统，其特征在于：自适应以及带钢位置跟踪模块，分为长期自学习计算和短期自学习计算，长期自学习计算主要应用于换规格的第一块钢时使用，而短期自学习计算用于同一层别的钢种生产时使用。

5.如权利要求4所述的热轧超快冷过程控制系统，其特征在于：所述预设定计算模块的功能还包括根据组别判定返回的标志位LOTFLAG的值，确定当前在线带钢用长期自学习系数还是用短期自学习系数。

6.如权利要求1所述的热轧超快冷过程控制系统，其特征在于：所述自适应以及带钢位置跟踪模块的自学习计算主要包括对实测值有效性的检验、根据在线带钢实时反馈的超快冷段和层流冷却段集管的开启状态进行温降再计算并计算各个学习点瞬时的学习值、长期短期学习系数的计算。

7.如权利要求1所述的热轧超快冷过程控制系统，其特征在于：该系统基于Matlab和Visual Studio平台。