CN108396275B - 一种连续热镀锌气刀喷吹压力自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连续热镀锌气刀喷吹压力自动控制方法，在预设定控制中系统依据镀层厚度长期自适应模型的目标厚度变化，当前一时刻的气刀刀距和带钢速度保持定值时，按照气刀喷吹压力预设定输入模型P_PRESET进行控制。当带钢速度发生变化时，即时采用气刀喷吹压力前馈控制模型P_FFC对气刀喷吹压力进行在线控制。当出现无法预测的变量时，根据气刀喷吹压力反馈控制模型P_FBC进行反馈控制。当镀层厚度出现偏差变化引起气刀喷吹压力变化时，则根据气刀喷吹压力补偿量公式进行压力补偿。本发明可实现热镀锌过程中气刀喷吹压力的自动控制，避免人工手动操作的缺陷，极大提高热镀锌产品表面质量，减少镀锌原料消耗，降低生产成本。

Description

一种连续热镀锌气刀喷吹压力自动控制方法

技术领域

本发明属于热镀锌过程自动控制技术领域，具体涉及一种连续热镀锌生产过程中的气刀喷吹压力自动控制方法。

背景技术

在连续热镀锌生产线中，退火后的带钢被浸入到锌锅(锅温约460℃)中，从锌锅出来时带钢表面附着一层锌液，具体的锌附着量取决于带钢的行走速度和表面组织，但要明显超出要求的镀层厚度，所以在前后两端分别设有气刀，采用细薄而强劲的空气或氮气射流吹掉多余的锌液。气刀系统在带钢从锌锅出来以后用来控制镀层厚度。气刀被安置于两侧，以一定的压力将空气或氮气吹到带钢上，刮去多余的锌液。

目前，镀层厚度调整多数厂都采用传统的手动操作方式，即手动调节气刀设定值的操作方式，采用手动操作方式的结果便是速度发生细微改变或动态变规格时造成锌层超出设定值，操作人员不能在第一时间对气刀做出调整，造成不必要的废品。目前国内外各大公司的主要控制模型结构相差不多，均以调节气刀与带钢的间距、气刀喷吹压力参数为主，气刀与带钢的距离与带钢表面正压力峰值成强非线性，所以距离调节不当，会造成气流形状发生变化，气流发散、不规则以至于气流紊乱影响带钢表面镀层均匀性。在实际调节过程中，气刀喷吹压力的调整是控制镀层厚度的主要调节参数，以气刀喷吹压力为主控制量，压力优先调节也是控制镀锌厚度的最有效的方法。

发明内容

本发明的目的旨在实现镀锌过程中气刀喷吹压力的自动控制，替代人工手动操作，提高热镀锌产品表面质量，减少镀锌原料消耗的。

为此，本发明所采取的技术解决方案是：

一种连续热镀锌气刀喷吹压力自动控制方法，其具体控制过程为：

(1)在预设定控制中，系统依据镀层厚度长期自适应模型的目标厚度变化，当前一时刻的气刀刀距和带钢速度保持定值时，气刀喷吹压力预设定控制模型P_PRESET公式为：

式中，为厚度裕量值；a_p、b_p、c_p为镀层厚度长期自适应模型系数；W_t为目标镀层厚度；V_k-1为前一时刻的带钢速度；D_k-1为前一时刻的气刀刀距；

(2)当带钢速度发生变化时，即时采用气刀喷吹压力前馈控制模型对气刀喷吹压力进行在线控制；设当前时刻带钢速度、气刀刀距、气刀喷吹压力、镀层厚度变量分别为V₁、D₁、P1、W₁，而下一时刻带钢速度、气刀刀距、气刀喷吹压力、镀层厚度变量分别为V₂、D₂、P₂、W₂；当带钢速度变化值为△V时，则气刀喷吹压力前馈控制模型P_FFC公式为：

式中，在镀层厚度控制中气刀喷吹压力和气刀刀距调整比率为R；a_s和c_s为镀层厚度短期自适应模型系数；△W为镀层厚度变化值；

(3)镀层厚度偏差通过气刀喷吹压力前馈控制大部分可以被修正，但一些无法测量的干扰和影响镀层厚度而又无法预测的变量如带钢板形、带钢抖动，已经超出前馈控制范围，只能通过气刀喷吹压力反馈控制实现；气刀喷吹压力反馈控制模型P_FBC计算公式如下：

e_P＝ΔW_t-ΔW_a

式中，e_P为镀厚偏差变化值；△W_t为目标镀厚变化值；△W_a为带钢实际镀厚变化值；K_P、K_I、K_D为反馈控制模型增益；

(4)镀层厚度控制系统采用以镀层厚度反馈控制为外环，以气刀喷吹压力反馈控制为内环的双闭环结构；设工艺段线速度恒定为常数，且忽略气刀刀距及其它参数对平均镀层厚度的影响，只考虑由于镀层厚度出现偏差变化引起的气刀喷吹压力的变化，则气刀喷吹压力补偿量ΔP计算公式为：

式中，ΔW为镀层厚度变化值；W为镀层厚度实际值；P为气刀喷吹压力实际值。

本发明的有益效果为：

本发明通过采用气刀喷吹压力预设定控制、气刀喷吹压力前馈控制以及气刀喷吹压力反馈控制的综合控制方法，实现了热镀锌过程中气刀喷吹压力的自动控制，避免了人工手动操作气刀调整不及时和锌层厚度超标的缺陷，从而可极大提高热镀锌产品表面质量，减少镀锌原料消耗，降低生产成本。

附图说明

图1是镀层厚度工艺控制过程示意图；

图2是气刀喷吹压力控制结果曲线图；

图3是镀层厚度控制结果曲线图。

具体实施方式

某连续热镀锌线生产厂产品定位为建筑家电板、汽车板，生产工艺采用改良森吉米尔法，镀锌层厚度范围为80-276g/m²，板宽为1004～1256mm，带钢速度变化范围为40～150m/min。

在预设定控制中，系统依据镀层厚度长期自适应模型的目标厚度变化调整气刀喷吹压力预设值，当前一时刻的气刀刀距和带钢速度保持定值时，根据如下公式得到气刀喷吹压力预设值：

式中，W_t为目标镀锌厚度；为镀层厚度裕量值，各规格镀层厚度裕量值为目标镀厚的4％。V_K-1为上一时刻的带钢速度；R为气刀喷吹压力和气刀刀距调整比率；a_p，b_p，c_p为镀层厚度长期自适应模型系数。不同规格镀厚的长期自适应模型系数值和R如表1所示。

表1不同规格镀厚的长期自适应模型系数值和R

当镀锌过程生产线速度发生变化时，带钢表面的锌层厚度也会发生改变，必须及时调整气刀喷吹压力以保持镀层厚度恒定。当带钢速度从V₁变为V₂，镀层厚度将从W₁变为W₂，则气刀喷吹压力P₁变为P₂。计算气刀喷吹压力P₂的前馈模型为：

式中，△W为镀层厚度变化值，△V为带钢速度变化值，a_s、c_s为镀层厚度短期自适应模型系数，带钢短期自适应模型系数值如表2所示。

表2带钢短期自适应模型系数值

如图1中所示，镀厚工艺控制主要设备包括气刀本体、沉没辊、稳定辊和锌锅。当镀层测厚仪检测到实际镀层出现很大的偏差时，或者是一些无法测量的干扰和影响镀层厚度又无法预测的变量(如带钢板形、带钢抖动)已经超出前馈控制范围，只能通过反馈控制实现，此时启动反馈控制器，图中的反馈控制器内包含有反馈控制模型和气刀风机执行机构，当出现镀厚偏差时利用反馈控制模型进行计算，输出气刀喷吹压力给定值，由气刀风机执行机构进行实时调节，完成气刀喷吹压力控制过程。在实际工业控制过程中，常假设工艺段带钢速度恒定为常数，气刀喷吹压力反馈控制模型计算公式为：

e_P＝ΔW_t-ΔW_a

式中，△W_a为带钢实际镀厚变化值，△W_t为目标镀厚变化值。K_P、K_I、K_D为反馈控制模型增益值。经过系统整定，控制模型增益为：K_P＝5，K_I＝0.1，KD＝0.001。

假设工艺段线速度恒定为常数，且忽略气刀刀距等其它参数对平均镀层厚度的影响，只考虑由于镀层厚度出现偏差变化引起的气刀喷吹压力的变化，则计算气刀喷吹压力补偿量，公式如下：

式中，ΔW为镀层厚度变化值，W为镀层厚度实际值，P为气刀喷吹压力实际值。

测试生产参数如下：

带钢基板厚度0.75mm，带钢宽度1300mm，镀层目标厚度为72g/m²，采用的是镀层目标厚度80g/m²的模型系数，带钢速度为80-70-80-90m/min，镀层测厚仪距离气刀为140m，采样周期T＝0.1s。当带钢速度发生变化时，气刀喷吹压力会实时做出相应的调节，如图2所示，在目标镀层厚度不变的情况下，采样时间为1800s、3500s和5300s时，带钢速度分别从80-70m/min、70-80m/min和80-90m/min发生变化。为保持与目标镀厚一致，系统通过调整上下表面气刀喷吹压力给予修正。镀层厚度控制的实际效果如图3所示，可以看出实际上、下表面镀厚均值分别为35.327g/m²、34.69g/m²，偏差值为1,87％和3.63％。该方法应用后,在带钢速度变化后，气刀喷吹压力跟随性较好，表现出前馈控制系统良好的快速响应和精确性，同时反馈控制的动态时变鲁棒性能较强，压力控制超调小，调节时间短，镀层厚度稳态误差控制在±2g/m²以内。

Claims (1)

1.一种连续热镀锌气刀喷吹压力自动控制方法，其特征在于，具体控制过程为：

(1)在预设定控制中，系统依据镀层厚度长期自适应模型的目标厚度变化，当前一时刻的气刀刀距和带钢速度保持定值时，气刀喷吹压力预设定输入模型P_PRESET公式为：

式中，为厚度裕量值；a_p、b_p、c_p为镀层厚度长期自适应模型系数；W_t为目标镀层厚度；V_k-1为前一时刻的带钢速度；D_k-1为前一时刻的气刀刀距；

(2)当带钢速度发生变化时，即时采用气刀喷吹压力前馈控制模型对气刀喷吹压力进行在线控制；设当前时刻带钢速度、气刀刀距、气刀喷吹压力、镀层厚度变量分别为V₁、D₁、P₁、W₁，而下一时刻带钢速度、气刀刀距、气刀喷吹压力、镀层厚度变量分别为V₂、D₂、P₂、W₂；当带钢速度变化值为△V时，则气刀喷吹压力前馈控制模型P_FFC公式为：

式中，在镀层厚度控制中气刀喷吹压力和气刀刀距调整比率为R；a_s和c_s为镀层厚度短期自适应模型系数；△W为镀层厚度变化值；

(3)镀层厚度偏差通过气刀喷吹压力前馈控制大部分可以被修正，但在镀锌过程中出现带钢板形、带钢抖动这样的无法测量的干扰和影响镀层厚度而又无法预测的变量时，已经超出前馈控制范围，只能通过气刀喷吹压力反馈控制实现；气刀喷吹压力反馈控制模型P_FBC计算公式如下：

e_P＝ΔW_t-ΔW_a

式中，e_P为镀厚偏差变化值；△W_t为目标镀厚变化值；△W_a为带钢实际镀厚变化值；K_P、K_I、K_D为反馈控制模型增益；

(4)镀层厚度控制系统采用以镀层厚度反馈控制为外环，以气刀喷吹压力反馈控制为内环的双闭环结构；设工艺段线速度恒定为常数，且忽略气刀刀距参数对平均镀层厚度的影响，只考虑由于镀层厚度出现偏差变化引起的气刀喷吹压力的变化，则气刀喷吹压力补偿量ΔP计算公式为：

式中，ΔW为镀层厚度变化值；W为镀层厚度实际值；P为气刀喷吹压力实际值。