CN109032097A - 一种冷轧带钢镀锌线过程控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷轧带钢镀锌线过程控制方法，属于冷轧带钢处理线自动化技术领域。技术方案是：通过钢种分类算法对待生产的带钢进行分类；基于钢种分组以及带钢规格数据，首先进行数据匹配，若之前生产过同类型带钢，则采用该值对计算值进行修正；同时采用线性差值算法求解对应的参数设定值；设定值确认无误，进行生产；所有历史数据存储，并进行离线优化，拟合出设定值曲线。本发明的有益效果是：提升了镀锌线的过程控制水平，提高了产线工人的使用便捷性，大大降低了误操作与次品率，更加精准的生产数据与产品信息也为信息化系统提供了强有力的支撑。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷轧带钢镀锌线过程控制方法，属于冷轧带钢处理线自动化技术领域。
背景技术
在冷轧带钢生产领域的镀锌处理线，过程控制系统作为衔接制造执行系统 (MES)和现场控制器(PLC)的重要一环，对现场实际生产节奏的把控、各机械设备以及生产环节的参数设定以及实际生产数据的统计起着至关重要的作用。过程控制系统的核心功能模块是设定参数计算的数学模型，已有技术的老旧产线，在设计之初考虑的产品种类单一、现场情况简单，其数学模型不能支撑当前需求，造成参数设定普遍采用粗放式的设定方法，不能充分结合产品特性以及历史生产数据，导致生产精度偏低，需要较多的人工干预，不能满足小批量、多品种的订单需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷轧带钢镀锌线过程控制方法，充分考虑钢种类型的生产工艺数学模型，适应小批量、多品种的订单需求，解决已有技术存在的上述问题。
本发明技术方案是：
一种冷轧带钢镀锌线过程控制方法，步骤如下：通过钢种分类算法对待生产的带钢进行分类；基于钢种分组以及带钢规格数据，首先进行数据匹配，若之前生产过同类型带钢，则采用该值对计算值进行修正；同时采用线性差值算法求解对应的参数设定值；对于求得的设定值，操作工根据设备实际情况有修改的权限；设定值确认无误，进行生产；所有历史数据存储，并进行离线优化，拟合出设定值曲线。
本发明的有益效果是：此大大提升了镀锌线的过程控制水平，更高的满足了生产精度，同时完善了镀锌产线的过程控制系统，提高了产线工人的使用便捷性，大大降低了误操作与次品率，更加精准的生产数据与产品信息也为信息化系统提供了强有力的支撑。
附图说明
图1是本发明实施例钢种分类算法过程图；
图2是本发明实施例分段函数图；
图3是本发明实施例入口活套张力线性分段函数示意图；
图4是本发明实施例拟合曲线图；
图5是本发明实施例技术路线图。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
一种冷轧带钢镀锌线过程控制方法，步骤如下：通过钢种分类算法对待生产的带钢进行分类；基于钢种分组以及带钢规格数据，首先进行数据匹配，若之前生产过同类型带钢，则采用该值对计算值进行修正；同时采用线性差值算法求解对应的参数设定值；对于求得的设定值，操作工根据设备实际情况有修改的权限；设定值确认无误，进行生产；所有历史数据存储，并进行离线优化，拟合出设定值曲线。
所述采用线性差值算法求解对应的参数设定值，通过如下的模型和算法，为位于不同生产环节的机械设备计算产生设定值：
A、钢种分类算法
构建隶属度函数，决定钢种归属类别；入口钢种属性记为X1，出口钢种属性记为X2，则该钢种属性组合X＝X1+X2，其隶属度函数记f(X)＝f(X1)+f(X2)，根据隶属度函数值，将该钢种组合进行归类：
上述算法描述了该控制方法中对钢种进行分类的过程，为后续的分组计算设定值做好铺垫。钢种分类过程可参见附图1。
B、根据钢种组别以及PDI数据建立工艺参数线性模型
当确定钢种组别之后，需要进行各环节也就是各设备设定值的计算。通过静态表形式描述各工艺参数在常用规格节点上的设定值，基于静态表建立分段线性函数，描述该工艺参数在规格范围内的分布。以入口活套张力这一参数为例，说明该过程：
带钢宽度向量记为W＝(W1,W2,...Wm)，其中m表示带钢宽度节点数；厚度向量记为T＝(T1,T2,...Tn)，其中n表示带钢厚度节点数。则在节点(Wi,Tj)处，带钢的活套入口张力为Tenij，在节点(Wi,Tj)与(Wi+1,Tj+1)之间的张力函数表达式参见附图2。线性差值算法表达式如下：
其中：Ten表示厚度为T，宽度为W的带钢在入口活套处的张力值。 Num00,Num10,Num01,Num11分别表示不同规格组合的张力值。T1,T0,W1,W0分别表示图2中横纵坐标中的四个Thickness和Width数值。
带钢不同的Thickness和Width组合所对应的活套入口张力数值由表格形式给出，如表1所示：表1入口活套张力值
C、支撑工艺参数线性模型的机理模型
工艺参数的计算模型需要轧制机理模型的支撑，例如表1中每种规格组合的入口活套张力值均有张力计算机理模型得出。张力机理模型如下：
张力的产生：带钢上之所以有张力的作用是因为在带钢长度方向上存在速度差，使得带钢在在不同部位处的金属有相对位移而产生张力，平均单位张力σTm，带钢的横截面积为A，作用在带钢上的张力值Ten计算公式如下：
Ten＝σTm×A
平均张力σTm与弹性应变ε成正比关系：
σTm＝E×ε
其中E为材料的弹性模数，对于带钢E＝20.58×104MPa。
弹性应变ε由如下公式表示：
其中Δl表示带钢在长度方向上的位移量，l0表示带钢上任意两点之间的距离，也成为标准距离。
D、线性网络模型优化模型
通过建立工艺参数线性模型，我们可以通过线性差值算法求出相同钢种情况下，不同规格组合的带钢的参数设定值，通过大规模生产，我们可以得出针对某一项参数的完整的线性分段函数。同样以活套入口张力值为例，经过大规模生产之后，可得到如图3所示的入口活套张力线性分段函数。
对于上述线性分段函数，可以获得若干离散的数据，根据这些数据，有必要得到一个连续的函数(也就是曲线)与已知数据相吻合，也就是对现有的分段线性函数进行拟合。该控制方法中采用最小二乘法多项式曲线拟合算法进行拟合，从而得到平滑的曲线图。该过程通过以离线的形式定期进行。
多项式形式如下：
其中代表入口活套张力值Tension的连续函数，x代表带钢厚度Thickness (此公式需要固定带钢厚度)。
最小二乘法原理如下[2]：
其中(xi,yi)表示各离散的带钢规格组合，n表示规格组合个数。
最终拟合得到的曲线如图4所示(选取带钢宽度Width＝820mm为例)：
冷轧带钢镀锌线过程控制方法的技术方案如下：
本实施例采用如下的技术方案：通过钢种分类算法对待生产的带钢进行分类，设计ABCD四组；基于钢种分组以及带钢规格数据，首先进行数据匹配，若之前生产过同类型带钢，则采用该值对计算值进行修正；同时采用线性差值算法求解对应的参数设定值；对于该控制方法求得的设定值，操作工根据设备实际情况有修改的权限；设定值确认无误，下发给PLC进行生产；所有历史数据存储，并进行离线优化，拟合出设定值曲线。
该步骤技术路线参见图5。
本发明通过开发一套过程控制平台来实现，本发明嵌入到开发的过程控制平台之中，实现带钢生产过程设定值的计算功能，并提供该控制方法的维护功能。
具体实施方案：产线调研：调研目前的生产情况，主要包括钢种的分类，控制精度要求，操作工提出的要求等。需求分析：参照现有带钢处理线控制方法，并结合产线需求，设计模型方法以及确定需要采用的机理模型。功能开发：组织工作人员进行集中开发，通过开发一套控制平台，将上述控制方法嵌入到其中，同时开发相关辅助功能，如HMI开发、数据库开发、接口开发。实验室测试：测试所提出的控制方法的精确度以及健壮性，同时进行辅助功能的测试。上线运行：充分测试之后，投入产线进行实际测试，循环进行需求再收集和改进。
Claims (2)
1.一种冷轧带钢镀锌线过程控制方法，其特征在于步骤如下：通过钢种分类算法对待生产的带钢进行分类；基于钢种分组以及带钢规格数据，首先进行数据匹配，若之前生产过同类型带钢，则采用该值对计算值进行修正；同时采用线性差值算法求解对应的参数设定值；对于求得的设定值，操作工根据设备实际情况有修改的权限；设定值确认无误，进行生产；所有历史数据存储，并进行离线优化，拟合出设定值曲线。
2.根据权利要求所述的一种冷轧带钢镀锌线过程控制方法，其特征在于所述采用线性差值算法求解对应的参数设定值，通过如下的模型和算法，为位于不同生产环节的机械设备计算产生设定值。
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