CN109634135A - 连续退火机组采用板形仿真系统进行板形闭环控制的方法 - Google Patents

Abstract

一种连续退火机组采用板形仿真系统进行板形闭环控制的方法，其主要包括以下由计算机执行的步骤：(a)收集机组的关键设备与工艺参数，包括：连退机组炉内总工艺段数、各个工艺段内设定张力最大值及最小值、炉辊辊身曲线、相邻炉辊中心线之间的距离、各个工艺段的带钢温差多项式系数；(b)板形动态显示；(c)板形闭环反馈；(d)板形预报。本发明在不配置实体板形测量辊及相应控制系统的前提下不但实现了板形的动态可视化显示与闭环控制，而且实现了板形预报等附加功能，可以有效地保证连续退火工程中的稳定通板，提高成品带钢的板形质量。

Description

连续退火机组采用板形仿真系统进行板形闭环控制的方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种连续退火机组的板形闭环控制的方法。

背景技术

近年来随着钢铁市场的竞争日趋激烈，大部分板带用户已经从低端转向高端，对产品的板形质量要求越来越高，全流程的板形控制思想已经逐步被钢铁企业所采用。而连续退火作为高等级冷轧板带产品生产工艺中的一个重要工艺流程，为后续平整工序提供原料，其板形精度对成品板形起着举足轻重的影响。连退过程中带钢板形的变化是客观存在的，现场技术人员对此早有认知，但是可采用的调节手段有限，并且相对比较盲目，无法得到有效的调节效果。另外，带钢经过连续退火炉时，其板形的变化是一个非常复杂的过程，其板形有可能变的更好，也有可能变得更差，这取决于退火炉内温差、辊型、张力等多个因素的耦合情况。现有的板形调控技术只能通过最终成品板形判定调控的优劣，且无论调控成功与否，都无法作出相应调整，因为每一卷产品的来料板形及退火参数都是唯一的，前、后卷之间没有绝对的参考性。因此，改善板形的任务只能遗留给下游的平整机组，无疑增加了平整机组的负担，倘若超出了平整机组的平整能力，则直接影响最终的成品板形。连退机组工艺段较多，倘若在不同工艺段增加板形测量辊及相应控制的系统，投入巨大，性价比较低，这是十分不现实的。

发明内容

本发明的目的是针对连退机组(尤其是炉子段)不能配置板形测量辊及相应控制系统，退火过程中板形变化无法通过相应控制的系统来加以改善的问题，提供一种连续退火机组采用板形仿真系统进行板形闭环控制的方法。本发明通过在生产控制计算机系统中嵌入板形仿真系统，并结合工业以太网，过程计算机(二级)从生产控制系统(三级)接收生产计划和每个卷的原始数据，并转换为特定的文件格式(例如Excel、TXT)，板形仿真系统通过导入钢卷的原始板形数据，获取二级系统收集的实际参数，并采用板形机理模型预测方法，实现了连退机组内各个工艺段的段内板形、段外板形的实时动态预报、显示及闭环控制，从而使得连续退火过程中的稳定通板及成品带钢板形得到了有效保证。

为了实现以上目的，本发明采用的以下由计算机执行的步骤：

(a)收集机组的关键设备与工艺参数，主要包括：连退机组炉内总工艺段数n，并依次编号，收集各个工艺段内设定张力最大值σ_j,max及最小值σ_j,min、炉辊辊身曲线D(x)_j、相邻炉辊中心线之间的距离H_j、各个工艺段的带钢温差多项式系数a_1j、a_2j、a_3j，其中a_1j为常数项、a_2j为二次项系数、a_3j为四次项系数，j表示工艺段编号，j＝1···n；

(b)板形动态显示：

b1)收集连退机组上游轧机的板形数据采集系统采样周期τ_s1，当前连退机组数据采集系统的采样周期τ_s2，并且两者的最小公倍数为τ_s；

b2)给出板形仿真系统动态显示的周期τ_x，并且必须保证τ_x是τ_s的整数倍以及在该周期内可以完成两次板形分布计算；

b3)定义板形仿真系统动态显示画面个数过程参数N、包括年月日小时分钟秒毫秒信息的标准北京时间参数t；

b4)定义退火状态参数ξ，其中ξ＝1表示开始退火、ξ＝-1表示停止退火，该指令由现场操作人员根据现场实际情况发送；

b5)给定初始钢卷号COILNO1＝0，准备板形动态显示；

b6)从连退机组三级系统中收集当前时刻所生产钢卷的卷号COILNO、带材宽度B、钢种代码Steel grade name以及t时刻带钢原始板形数据；

b7)判断不等式|COILNO1-COILNO|＞0是否成立，如果成立，则令N＝1，创建数据文件，并以所收集的钢卷号COILNO作为文件名，在文件中写入钢卷号 COILNO、带材宽度B、钢种代码Steel grade name，转入步骤b8)；如果不等式 |COILNO1-COILNO|＞0不成立，则转入步骤b8)；

b8)通过连退机组数据采集系统收集在t时刻连退机组各工艺段的实际带温T_jN、实际张力σ_jN,j＝1···n；

b9)根据专利号为201410580015.X、发明名称为《一种适合于连续退火过程的带钢板形逐段演变预报方法》的专利所述的板形机理模型计算出各工艺段实际带温T_jN、实际张力为σ_jN时带钢出口板形Shape_Ni,i＝1···k,k为带材总的条元数；

b10)利用C++中MFC可视化界面的动态显示功能，将Shape_Ni用柱状图动态显示出来，同时将时刻t、实际带温T_jN、实际张力σ_jN以及所对应的板形Shape_Ni写入到所建立的数据文件中，以便板形再现；

b11)判断不等式ξ＜0是否成立，如果不等式成立，则结束板形显示，板形仿真系统停止工作；如果不等式不成立，则COILNO1＝COILNO、N＝N+1，转入步骤 b6)，直到不等式ξ＜0成立为止。

(c)板形闭环反馈：

c1)确定板形反馈过程中张力单步调整系数ψ；

c2)确定板形反馈的周期τ_f，该周期与安装板形仿真系统的计算机的主频、容量相关，并且必须保证τ_f是τ_s的整数倍以及在该周期内完成次次的板形计算；

c3)定义连退时刻过程参数t₀、板形仿真系统板形反馈次数过程参数M且， M＝0；

c4)接收操作指令，判断是否开始退火，ξ＝1表示开始退火、ξ＝-1表示停止退火。如果已经开始退火，记录下当前的标准北京时间t，并令t₀＝t，转入步骤c5)；如果没有开始退火，则进入等待状态；

c5)从连退机组的三级系统中收集来料钢卷基本信息，包括钢种代码SG、带材宽度B以及t时刻带钢原始板形数据；

c6)通过连退机组数据采集系统收集从t₀到t₀+τ_f连退机组各工艺段的实际带温{T_jMg j＝1···n,g＝1···m}，g表示从t₀到t₀+τ_f时间段内所收集到的实际张力参数按照时间先后顺序的编号，m表示从t₀到t₀+τ_f时间段内所收集到的实际张力的个数，

c7)考虑到从t₀到t₀+τ_f时刻可能会出现的极少数实际退火工艺参数因为一些偶然因素而出现大的跳跃，但这种参数并不能反映真实的退火状态，因此必须剔除，为此引入参数剔除过程变量数组{a_g g＝1···m}，并将{a_g}用下式来表示：a_g表示在t₀+gτ_s时刻的剔除变量；

c8)将{a_g}根据数值的大小按照从大到小即降序排序，并定义排序工作数组{n_w w＝1···m}，使该数组满足不等式其中n_w代表{a_g}按照数值降序排序后的第w个剔除变量所对应的按照时间顺序排序的编号，w代表{a_g}按照数值降序排序后的大小序号；

c9)排除偶然因素的干扰，在t₀到t₀+τ_f时刻内所采集的实际带温参数中剔除掉20％的数据，然后对剩下的80％的数据进行平均，得到t₀到t₀+τ_f时刻内用于反馈的特征带温T_jM(j＝1···n)，其表达式为其中m₁表示在t₀到t₀+τ_f时刻内剔除的实际退火参数的个数，m₁＝int(0.2m)，m₂表示t₀到t₀+τ_f时刻内保留未剔除的实际退火参数的个数，m₂＝m-m₁；

c10)根据t₀到t₀+τ_f时刻内特征带温参数，确定当前反馈周期内张力的反馈值σ_jM：

c10-1)定义加权系数γ₁、γ₂，连退出口目标板形β'_g,i，段内板形控制函数g₁(X),段外板形控制函数g₂(X)，目标函数初始值G₀，并令G₀＝10¹⁰；

c10-2)定义反馈过程参数θ，并令θ＝0；

c10-3)定义张力过程参数σ_j(j＝1···n)；

c10-4)令j＝1，且σ₁＝σ_1,min+θψ(σ_1,max-σ_1,min)；

c10-5)根据专利号为201410580015.X、发明名称为《一种适合于连续退火过程的带钢板形逐段演变预报方法》的专利所述的板形机理模型计算特征带温 T_jM(j＝1···n)时当前工艺段内板形β_ji、段外板形β′_ji，并令σ_j+1＝σ_j+1,min+θψ(σ_j+1,max-σ_j+1,min)；

c10-6)判断j≤n是否成立，如果不等式成立，则令j＝j+1，转入步骤c10-5)；否则，转入步骤c10-7)；

c10-7)定义板形控制的目标函数G(X)，并计算G(X)，如下式所示：

c10-8)判断G(X)＜G₀是否成立，如果不等式成立，则令σ_jM＝σ_j，转入步骤c10-9)；否则，直接转入步骤c10-9)；

c10-9)定义过程参数f，令f＝n；

c10-10)判断σ_f＜σ_f,max是否成立，如果不等式成立，则令j＝f，θ＝θ+1，转入步骤c10-5)；否则，转如步骤c10-11)；

c10-11)判断f＞1是否成立，如果不等式成立，则令f＝f-1，转入步骤 c10-10)；否则，转如步骤c11)；

c11)将t₀到t₀+τ_f时刻内弯辊力的反馈值σ_jM发送到连退机组的一级系统，对当前张力进行重新设定；

c12)判断不等式ξ＜0是否成立，如果不等式成立，则结束板形反馈，板形仿真系统的板形反馈系统停止工作；如果不等式不成立，则令M＝M+1， t₀＝t₀+τ_f，转入步骤c5)，直到不等式ξ＜0成立为止；

(d)板形预报：

d1)通过操作画面收集待预报板形钢卷的基本带材特性参数，包括钢种代码 SG、带材宽度B以及带钢原始板形数据；

d2)通过操作画面收集连退机组各工艺段带钢温度T_jy、实际张力σ_jy；

d3)利用板形机理模型计算带钢出口板形Shape_yi；

d4)利用C++中MFC可视化界面的显示功能，将Shape_yi用柱状图动态显示出来，完成不同连退参数下的板形预报功能。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)针对连续退火机组工艺段繁多、且为高温环境的作业特点，本发明能够实现在不增加设备与投入资金的情况下，仅需将该板形仿真系统嵌入机组生产控制的计算机上，从而对连退炉内的带钢板形、机组出口板形进行有效控制。仅设备投入及运行维护这一项，即可节省上千万元，并且使机组的生产效率与产品质量得到明显改善，从而极大的提高了生产效益与产品竞争力。

(2)本发明能够针对每一卷产品的特定来料信息，能够实现带钢的板形实时再现，并进行相应的反馈调节，在不配置实体板形测量辊及相应控制系统的前提下，实现了对多个工艺段的板形的动态可视化显示与出口板形闭环控制，并且技术人员可以根据板形实时显示状态进行人为干预，在提高了机组通板稳定性的同时，最大程度保证连续退火成品的板形质量。

附图说明

图1本发明总流程图；

图2是本发明步骤(b)的流程图；

图3是本发明步骤(c)的流程图；

图4是本发明步骤c10)的流程图；

图5是本发明步骤(d)的流程图；

图6是本发明实施例1步骤b6)中t时刻带钢原始板形曲线图；

图7是本发明实施例1步骤b10)中出口板形横向分布柱状图；

图8是本发明实施例1步骤c5)中t时刻带钢原始板形曲线图；

图9是本发明实施例1步骤c6)中t₀到t₀+τ_f时刻内预热段带钢实测温度曲线图；

图10是本发明实施例1步骤c6)中t₀到t₀+τ_f时刻内加热段带钢实测温度曲线图；

图11是本发明实施例1步骤c6)中t₀到t₀+τ_f时刻内均热段带钢实测温度曲线图；

图12是本发明实施例1步骤c6)中t₀到t₀+τ_f时刻内缓冷段带钢实测温度曲线图；

图13是本发明实施例1步骤c6)中t₀到t₀+τ_f时刻内快冷段带钢实测温度曲线图；

图14是本发明实施例1步骤c6)中t₀到t₀+τ_f时刻内时效段带钢实测温度曲线图；

图15是本发明实施例1步骤c6)中t₀到t₀+τ_f时刻内终冷段带钢实测温度曲线图；

图16本发明是实施例1步骤c10-5)中段内板形、段外板形计算结果图；

图17是本发明实施例1步骤d1)中带钢原始板形曲线图；

图18是本发明实施例1步骤d4)中出口板形分布柱状图；

图19是本发明实施例2步骤b6)中t时刻带钢原始板形曲线图；

图20是本发明实施例2步骤b10)中出口板形横向分布柱状图；

图21是本发明实施例2步骤c5)中t时刻带钢原始板形曲线图；

图22是本发明实施例2步骤c6)中t₀到t₀+τ_f时刻内预热段带钢实测温度曲线图；

图23是本发明实施例2步骤c6)中t₀到t₀+τ_f时刻内加热段带钢实测温度曲线图；

图24是本发明实施例2步骤c6)中t₀到t₀+τ_f时刻内均热段带钢实测温度曲线图；

图25是本发明实施例2步骤c6)中t₀到t₀+τ_f时刻内缓冷段带钢实测温度曲线图；

附图26是实施例2中板形闭环反馈部分t₀到t₀+τ_f时刻内快冷段带钢实测温度；

图27是本发明实施例2步骤c6)中t₀到t₀+τ_f时刻内时效段带钢实测温度曲线图；

图28是本发明实施例2步骤c6)中t₀到t₀+τ_f时刻内终冷段带钢实测温度曲线图；

图29是本发明实施例2步骤c10-5)中分段内板形、段外板形计算结果图；

图30是本发明实施例2步骤d1)中带钢原始板形曲线图；

图31是本发明实施例2步骤d4)中出口板形分布柱状图。

具体实施方式

实施例1

以国内某钢厂连退机组对该板形仿真系统的使用情况为例，结合图1，对连续退火机组采用板形仿真系统进行板形闭环控制的方法进行详细说明，具体步骤如下：

(a)收集机组的关键设备与工艺参数，主要包括：连退机组炉内总工艺段数7，并依次编号1···7，收集各个工艺段内设定张力最大值σ_j,max＝{8.3,6.9,7.3,7.1,10.3,10.5,12.3}(MPa)及最小值σ_j,min＝{7.7,6.2,6.4,6.3,9.5,9.7,11.5} (MPa)、炉辊辊身曲线D(x)₁＝{448.71，448.85，449，449.14，449.28， 449.43，449.57，449.72，449.86，450，450，450，450，450，450，450 449.86，449.72，449.57，449.43，449.28，449.14，449，448.85，448.71}、 D(x)₂＝{449.29，449.40，449.51，449.62，449.72，449.83，449.94，450，450，450，450，450，450，450，450，450，450，450，449.94，449.83，449.72， 449.62，449.51，449.4，449.29}、D(x)₃＝{449.88，449.91，449.93，449.96，449.98， 450，450，450，450，450，450，450，450，450，450，450，450，450，450， 450，449.98，449.96，449.93，449.91，449.88}、D(x)₄＝{650，650，650，650， 650，650，650，650，650，650，650，650，650，650，650，650，650，650， 650，650，650，650，650，650，650}、D(x)₅＝D(x)₆＝D(x)₇＝{799.82，799.85，799.87， 799.90，799.93，799.95，799.98，800，800，800，800，800，800，800，800， 800，800，800，799.98，799.95，799.93，799.90，799.87，799.85，799.82}、相邻炉辊中心线之间的距离H_j＝15000mm，各个工艺段的带钢温差多项式系数 a_1j＝{5,7,6,6.5,8,7.5,5.5}、a_2j＝{0.139,0.142,0.146,0.128,0.157,0.119,0.112}、 a_3j＝{0.07,0.08,0.09,0.06,0.07,0.09,0.08}，其中a_1j为常数项、a_2j为二次项系数、a_3j为四次项系数，j表示工艺段编号，j＝1···7；

(b)板形动态显示，如图2所示：

首先，在步骤b1)中，收集连退机组上游轧机的板形数据采集系统采样周期τ_s1＝0.02s，当前连退机组数据采集系统的采样周期τ_s2＝0.05s，并且两者的最小公倍数为τ_s＝0.1；

随后，在步骤b2)中，给出板形仿真系统动态显示的周期τ_x＝0.5s；

随后，在步骤b3)中，定义板形仿真系统动态显示画面个数过程参数N、包括年月日小时分钟秒毫秒信息的标准北京时间参数t；

随后，在步骤b4)中，定义退火状态参数ξ，其中ξ＝1表示开始退火、ξ＝-1 表示停止退火，该指令由现场操作人员根据现场实际情况发送；

随后，在步骤b5)中，给定初始钢卷号COILNO1＝0，准备板形动态显示；

随后，在步骤b6)中，从连退机组三级系统中收集当前时刻所轧钢卷的卷号10219708800、带材宽度1550mm、钢种代码CQ以及t＝2018-08-03 01:03:50.632时刻带钢原始板形数据(如附图6所示)；

随后，在步骤b7)中，判断不等式|COILNO1-COILNO|＞0是否成立，不等式 |0-10219708800|＞0显然成立，则令N＝1，创建数据文件，并以所收集的钢卷号10218498900作为文件名，在文件中写入钢卷号10219708800、带材宽度 1550、钢种代码CQ，转入步骤b8)；如果不等式|COILNO1-COILNO|＞0不成立，则转入步骤b8)；如果不等式|COILNO1-COILNO|＞0不成立，则转入步骤b8)；

随后，在步骤b8)中，通过连退机组数据采集系统收集在t＝2018-08-03 01:03:50.632时刻连退机组各工艺段的实际带温T_jN＝{143,716,714,599,399,345,114} (℃)、实际张力σ_jN＝{7.9,6.8,6.7,7.1,9.1,9.4,11.8}(MPa),j＝1···7；

随后，在步骤b9)中，根据专利号为201410580015.X、发明名称为《一种适合于连续退火过程的带钢板形逐段演变预报方法》的专利所述的的板形机理模型计算出各工艺段实际带温T_jN＝{143,716,714,599,399,345,114}(℃)、实际张力σ_jN＝{7.9,6.8,6.7,7.1,9.1,9.4,11.8}(MPa)时带钢出口板形Shape_Ni,i＝1···25,25为带材总的条元数；

随后，在步骤b10)中，利用C++中MFC可视化界面的动态显示功能，将Shape_Ni用柱状图动态显示出来(如图7所示)，同时将时刻t＝2018-08-03 01:03:50.632、实际带温T_jN＝{143,716,714,599,399,345,114}(℃)、实际张力σ_jN＝{7.9,6.8,6.7,7.1, 9.1,9.4,11.8}(MPa)以及所对应的板形Shape_Ni写入到所建立的数据文件中，以便板形再现；

最后，在步骤b11)中，判断不等式ξ＜0是否成立，不等式1＜0显然不成立，则COILNO1＝10218498900、N＝1+1＝2，转入步骤(6)，循环直到不等式ξ＜0成立为止，则结束板形显示，板形仿真系统停止工作。

(c)板形闭环反馈，如图3所示：

首先，在步骤c1)中，确定板形反馈过程中张力单步调整系数ψ＝0.05；

随后，在步骤c2)中，确定板形反馈的周期τ_f＝10s；

随后，在步骤c3)中，定义连退时刻过程参数t₀、板形仿真系统板形反馈次数过程参数M＝0；

随后，在步骤c4)中，接收操作指令，判断是否开始退火，显然已经开始退火，记录下当前的标准北京时间t＝2018-08-03 01:15:50.327，并令t₀＝t，转入步骤5；如果没有开始退火，则进入等待状态；

随后，在步骤c5)中，从连退机组的三级系统中收集来料钢卷基本信息，包括钢种代码CQ、带材宽度B＝1550mm以及t＝2018-08-03 01:15:50.327时刻带钢原始板形数据(如图8所示)；

随后，在步骤c6)中，通过连退机组数据采集系统收集从t₀到t₀+τ_f连退机组各工艺段的实际带温{T_jMg j＝1···n,g＝1···m}(如图9至15所示)，g表示从t₀到 t₀+τ_f时间段内所收集到的实际张力参数按照时间先后顺序的编号，m表示从t₀到 t₀+τ_f时间段内所收集到的实际张力的个数，

随后，在步骤c7)中，考虑到从t₀到t₀+τ_f时刻可能会出现的极少数实际退火工艺参数因为一些偶然因素而出现大的跳跃，但这种参数并不能反映真实的退火状态，因此必须剔除，为此引入参数剔除过程变量数组{a_g g＝1···100}，并将{a_g}用下式来表示：

a_g表示在t₀+gτ_s时刻的剔除变量；

随后，在步骤c8)中，将{a_g}根据数值的大小按照从大到小即降序排序，并定义排序工作数组{n_w w＝1···100}，使该数组满足不等式其中n_w代表{a_g}按照数值降序排序后的第w 个剔除变量所对应的按照时间顺序排序的编号，w代表{a_g}按照数值降序排序后的大小序号；

随后，在步骤c9)中，排除偶然因素的干扰，在t₀到t₀+τ_f时刻内所采集的实际带温参数中剔除掉20％的数据，然后对剩下的80％的数据进行平均，得到t₀到t₀+τ_f时刻内用于反馈的特征带温T_1M＝145℃，T_2M＝717℃，T_3M＝716℃，T_4M＝597℃， T_5M＝401℃，T_6M＝343℃，T_7M＝115℃，其表达式为其中m₁表示在 t₀到t₀+τ_f时刻内剔除的实际退火参数的个数，m₁＝int(0.2m)＝20，m₂表示t₀到t₀+τ_f时刻内保留未剔除的实际退火参数的个数，m₂＝m-m₁＝100-20＝80；

随后，在步骤c10)中，根据t₀到t₀+τ_f时刻内特征带温参数，确定当前反馈周期内张力的反馈值σ_jM，如图4所示：

c10-1)定义加权系数γ₁、γ₂，连退出口目标板形β'_g,i，段内板形控制函数g₁(X),段外板形控制函数g₂(X)，目标函数初始值G₀，并令G₀＝10¹⁰；

随后，在步骤c10-2)中，定义反馈过程参数θ，并令θ＝0；

随后，在步骤c10-3)中，定义张力过程参数σ_j(j＝1···n)；

随后，在步骤c10-4)中，令j＝1，且σ₁＝σ_1,min+θψ(σ_1,max-σ_1,min)；

随后，在步骤c10-5)中，根据专利号为201410580015.X、发明名称为《一种适合于连续退火过程的带钢板形逐段演变预报方法》的专利所述的板形机理模型计算特征带温T_jM(j＝1···n)时当前工艺段内板形β_ji、段外板形β′_ji(如图 16所示)，并令σ_j+1＝σ_j+1,min+θψ(σ_j+1,max-σ_j+1,min)；

随后，在步骤c10-6)中，判断j≤n是否成立，显然1＜2，不等式成立，，则令j＝j+1，转入步骤c10-5)；否则,转入步骤c10-7)；

随后，在步骤c10-7)中，定义板形控制的目标函数G(X)，并计算G(X)＝38.5，

随后，在步骤c10-8中，判断G(X)＜G₀是否成立，显然38.5＜10¹⁰，不等式成立，则令σ_1M＝7.7MPa，转入步骤c10-9)；否则，直接转入步骤c10-9)；

随后，在步骤c10-9)中，定义过程参数f，令f＝7；

随后，在步骤c10-10)中，判断σ_f＜σ_f,max是否成立，显然11.5<12.3，则令 j＝f，)θ＝θ+1，转入步骤c10-5)；否则，转如步骤c10-11)；

随后，在步骤c10-11)中，判断f＞1是否成立，显然7>1,不等式成立，则令f＝f-1，转入步骤c10-10)；否则，转如步骤c11)；

随后，在步骤c11)中，将t₀到t₀+τ_f时刻内张力的反馈值σ_jM＝{7.8,6.8,6.8,6.9,9.8,10.2,11.7}(MPa)发送到连退机组的一级系统，对当前张力进行重新设定；

最后，在步骤c12)中,判断不等式ξ＜0是否成立，不等式1<0不成立，则令M＝M+1＝0+1＝1，t₀＝t₀+τ_f＝2018-08-03 01:16:00.327转入步骤5，直到不等式ξ＜0 成立为止，则结束板形反馈，板形仿真系统的板形反馈系统停止工作；

(d)板形预报，如图5所示：

首先，在步骤d1)中，通过操作画面收集待预报板形钢卷的基本带材特性参数，包括钢种代码CQ、带材宽度B＝1550mm以及带钢原始板形数据(如附图17 所示)；

随后，在步骤d2)中，通过操作画面收集连退机组各工艺段 T_jy＝{143,716,714,599,399,345,114}(℃)、实际张力σ_jy＝{8,6.5,6.7,6.6,9.8,10,11.8}；

随后，在步骤d3)中，根据专利号为201410580015.X、发明名称为《一种适合于连续退火过程的带钢板形逐段演变预报方法》的专利所述的板形机理模型计算带钢出口板形Shape_yi

最后，在步骤d4)中，利用C++中MFC可视化界面的显示功能，将Shape_yi用柱状图动态显示出来(如附图18所示)，完成不同连退参数下的板形预报功能。

实施例2

以国内某钢厂连退机组对该板形仿真系统的使用情况为例，对连续退火机组采用板形仿真系统进行板形闭环控制，具体步骤如下：

(a)收集机组的关键设备与工艺参数，主要包括：连退机组炉内总工艺段数7，并依次编号1···7，收集各个工艺段内设定张力最大值σ_j,max＝{8.3,6.9,7.3,7.1,10.3,10.5,12.3}(MPa)及最小值σ_j,min＝{7.7,6.2,6.4,6.3,9.5,9.7,11.5} (MPa)、炉辊辊身曲线D(x)₁＝{448.71，448.85，449，449.14，449.28， 449.43，449.57，449.72，449.86，450，450，450，450，450，450，450 449.86，449.72，449.57，449.43，449.28，449.14，449，448.85，448.71}、 D(x)₂＝{449.29，449.40，449.51，449.62，449.72，449.83，449.94，450，450，450，450，450，450，450，450，450，450，450，449.94，449.83，449.72， 449.62，449.51，449.4，449.29}、D(x)₃＝{449.88，449.91，449.93，449.96，449.98， 450，450，450，450，450，450，450，450，450，450，450，450，450，450， 450，449.98，449.96，449.93，449.91，449.88}、D(x)₄＝{650，650，650，650， 650，650，650，650，650，650，650，650，650，650，650，650，650，650， 650，650，650，650，650，650，650}、D(x)₅＝D(x)₆＝D(x)₇＝{799.82，799.85，799.87， 799.90，799.93，799.95，799.98，800，800，800，800，800，800，800，800， 800，800，800，799.98，799.95，799.93，799.90，799.87，799.85，799.82}、相邻炉辊中心线之间的距离H_j＝15000mm，各个工艺段的带钢温差多项式系数 a_1j＝{5,7,6,6.5,8,7.5,5.5}、a_2j＝{0.139,0.142,0.146,0.128,0.157,0.119,0.112}、a_3j＝{0.07, 0.08,0.09,0.06,0.07,0.09,0.08}，其中a_1j为常数项、a_2j为二次项系数、a_3j为四次项系数，j表示工艺段编号，j＝1···7；

(b)板形动态显示：

首先，在步骤b1)中，收集连退机组上游轧机的板形数据采集系统采样周期τ_s1＝0.02s，当前连退机组数据采集系统的采样周期τ_s2＝0.05s，并且两者的最小公倍数为τ_s＝0.1；

随后，在步骤b2)中，给出板形仿真系统动态显示的周期τ_x＝0.5s；

随后，在步骤b3)中，定义板形仿真系统动态显示画面个数过程参数N、包括年月日小时分钟秒毫秒信息的标准北京时间参数t；

随后，在步骤b4)中，定义退火状态参数ξ，其中ξ＝1表示开始退火、ξ＝-1 表示停止退火，该指令由现场操作人员根据现场实际情况发送；

随后，在步骤b5)中，给定初始钢卷号COILNO1＝0，准备板形动态显示；

随后，在步骤b6)中，从连退机组三级系统中收集当前时刻所轧钢卷的卷号10219708800、带材宽度1550mm、钢种代码CQ以及t＝2018-08-03 01:13:50.246 时刻带钢原始板形数据(如图19所示)；

随后，在步骤b7)中，判断不等式|COILNO1-COILNO|＞0是否成立，不等式 |0-10219708800|＞0显然成立，则令N＝1，创建数据文件，并以所收集的钢卷号 10218498900作为文件名，在文件中写入钢卷号10219708800、带材宽度1550、钢种代码CQ，转入步骤b8)；如果不等式|COILNO1-COILNO|＞0不成立，则转入步骤b8)；如果不等式|COILNO1-COILNO|＞0不成立，则转入步骤b8)；

随后，在步骤b8)中，通过连退机组数据采集系统收集在t＝2018-08-03 01:13:50.246时刻连退机组各工艺段的实际带温T_jN＝{145,718,714,599,401,346,114} (℃)、实际张力σ_jN＝{7.9,6.8,6.7,7.1,9.1,9.4,11.8}(MPa),j＝1···7；

随后，在步骤b9)中，根据专利号为201410580015.X、发明名称为《一种适合于连续退火过程的带钢板形逐段演变预报方法》的专利所述的板形机理模型计算出各工艺段实际带温T_jN＝{145,718,714,599,401,346,114}(℃)、实际张力σ_jN＝{7.9,6.8,6.7,7.1,9.1,9.4,11.8}(MPa)时带钢出口板形Shape_Ni,i＝1···25,25为带材总的条元数；

随后，在步骤b10)中，利用C++中MFC可视化界面的动态显示功能，将Shape_Ni用柱状图动态显示出来(如图20所示)，同时将时刻t＝2018-08-03 01:13:50.246、实际带温T_jN＝{145,718,714,599,401,346,114}(℃)、实际张力σ_jN＝{7.9,6.8,6.7,7.1,9.1, 9.4,11.8}(MPa)以及所对应的板形Shape_Ni写入到所建立的数据文件中，以便板形再现；

最后，在步骤b11)中，判断不等式ξ＜0是否成立，不等式1＜0显然不成立，则COILNO1＝10218498900、N＝1+1＝2，转入步骤b6)，循环直到不等式ξ＜0成立为止，则结束板形显示，板形仿真系统停止工作。

(c)板形闭环反馈：

首先，在步骤c1)中，确定板形反馈过程中张力单步调整系数ψ＝0.05；

随后，在步骤c2)中，确定板形反馈的周期τ_f＝10s；

随后，在步骤c3)中，定义连退时刻过程参数t₀、板形仿真系统板形反馈次数过程参数M＝0；

随后，在步骤c4)中，接收操作指令，判断是否开始退火，显然已经开始退火，记录下当前的标准北京时间t＝2018-08-03 03:05:43.427，并令t₀＝t，转入步骤c5)；如果没有开始退火，则进入等待状态；

随后，在步骤c5)中，从连退机组的三级系统中收集来料钢卷基本信息，包括钢种代码CQ、带材宽度B＝1550mm以及t＝2018-08-03 03:05:43.427时刻带钢原始板形数据(如图21所示)；

随后，在步骤c6)中，通过连退机组数据采集系统收集从t₀到t₀+τ_f连退机组各工艺段的实际带温{T_jMg j＝1···n,g＝1···m}(如图22至28所示)，g表示从t₀到 t₀+τ_f时间段内所收集到的实际张力参数按照时间先后顺序的编号，m表示从t₀到 t₀+τ_f时间段内所收集到的实际张力的个数，

随后，在步骤c7)中，考虑到从t₀到t₀+τ_f时刻可能会出现的极少数实际退火工艺参数因为一些偶然因素而出现大的跳跃，但这种参数并不能反映真实的退火状态，因此必须剔除，为此引入参数剔除过程变量数组{a_g g＝1···100}，并将{a_g}用下式来表示：

a_g表示在t₀+gτ_s时刻的剔除变量；

随后，在步骤c8)中，将{a_g}根据数值的大小按照从大到小即降序排序，并定义排序工作数组{n_w w＝1···100}，使该数组满足不等式其中n_w代表{a_g}按照数值降序排序后的第w 个剔除变量所对应的按照时间顺序排序的编号，w代表{a_g}按照数值降序排序后的大小序号；

随后，在步骤c9)中，排除偶然因素的干扰，在t₀到t₀+τ_f时刻内所采集的实际带温参数中剔除掉20％的数据，然后对剩下的80％的数据进行平均，得到t₀到t₀+τ_f时刻内用于反馈的特征带温T_1M＝144℃，T_2M＝719℃，T_3M＝718℃，T_4M＝599℃，T_5M＝400℃，T_6M＝345℃，T_7M＝114℃，其表达式为其中m₁表示在 t₀到t₀+τ_f时刻内剔除的实际退火参数的个数，m₁＝int(0.2m)＝20，m₂表示t₀到t₀+τ_f时刻内保留未剔除的实际退火参数的个数，m₂＝m-m₁＝100-20＝80；

随后，在步骤c10)中，根据t₀到t₀+τ_f时刻内特征带温参数，确定当前反馈周期内张力的反馈值σ_jM；

随后，在步骤c10-1)中定义加权系数γ₁、γ₂，连退出口目标板形β'_g,i，段内板形控制函数g₁(X),段外板形控制函数g₂(X)，目标函数初始值G₀，并令 G₀＝10¹⁰；

随后，在步骤c10-2)中，定义反馈过程参数θ，并令θ＝0；

随后，在步骤c10-3)中，定义张力过程参数σ_j(j＝1···n)；

随后，在步骤c10-4)中，令j＝1，且σ₁＝σ_1,min+θψ(σ_1,max-σ_1,min)；

随后，在步骤c10-5)中，根据专利号为201410580015.X、发明名称为《一种适合于连续退火过程的带钢板形逐段演变预报方法》的专利所述的板形机理模型计算特征带温T_jM(j＝1···n)时当前工艺段内板形β_ji、段外板形β′_ji(如图 29所示)，并令σ_j+1＝σ_j+1,min+θψ(σ_j+1,max-σ_j+1,min)；

随后，在步骤c10-6)中，判断j≤n是否成立，显然1＜2，不等式成立，，则令j＝j+1，转入步骤c10-5)；否则，转入步骤c10-7)；

随后，在步骤c10-7)中，定义板形控制的目标函数G(X)，并计算G(X)＝68，

随后，在步骤c10-8)中，判断G(X)＜G₀是否成立，显然68＜10¹⁰，不等式成立，则令σ_1M＝7.7MPa，转入步骤c10-9)；否则，直接转入步骤c10-9)；

随后，在步骤c10-9)中，定义过程参数f，令f＝7；

随后，在步骤c10-10)中，判断σ_f＜σ_f,max是否成立，显然11.5<12.3，则令 j＝f，θ＝θ+1，转入步骤c10-5)；否则，转如步骤c10-11)；

随后，在步骤c10-11)中，判断f＞1是否成立，显然7>1,不等式成立，则令f＝f-1，转入步骤c10-10)；否则，转如步骤c11)；

随后，在步骤c11)中，将t₀到t₀+τ_f时刻内张力的反馈值σ_jM＝{7.9,6.4,6.6,6.5,10.1,10.3,11.9}(MPa)发送到连退机组的一级系统，对当前张力进行重新设定；

最后，在步骤c12)中,判断不等式ξ＜0是否成立，不等式1<0不成立，则令M＝M+1＝0+1＝1，t₀＝t₀+τ_f＝2018-08-03 03:05:53.427转入步骤c5)，直到不等式ξ＜0成立为止，则结束板形反馈，板形仿真系统的板形反馈系统停止工作；

(d)板形预报：

首先，在步骤d1)中，通过操作画面收集待预报板形钢卷的基本带材特性参数，包括钢种代码CQ、带材宽度B＝1550mm以及带钢原始板形数据(如图30 所示)；

随后，在步骤d2)中，通过操作画面收集连退机组各工艺段 T_jy＝{143,716,714,599,399,345,114}(℃)、实际张力σ_jy＝{7.9,6.8,6.7,7.1,10.1,9.9,11.8}；

随后，在步骤d3)中，根据专利号为201410580015.X、发明名称为《一种适合于连续退火过程的带钢板形逐段演变预报方法》的专利所述的板形机理模型计算带钢出口板形Shape_yi

最后，在步骤d4)中，利用C++中MFC可视化界面的显示功能，将Shape_yi用柱状图动态显示出来(如图31所示)，完成不同连退参数下的板形预报功能。

Claims (1)

1.一种连续退火机组采用板形仿真系统进行板形闭环控制的方法，其特征在于：通过在生产控制计算机系统中嵌入板形仿真系统，并结合工业以太网，过程计算机二级从生产控制系统三级接收生产计划和每个卷的原始数据，并转换为Excel或TXT文件格式，板形仿真系统通过导入钢卷的原始板形数据，获取二级系统收集的实际参数，并采用板形机理模型预测方法，实现连退机组内各个工艺段的段内板形、段外板形的实时动态预报、显示及闭环控制，所述方法包括以下由计算机执行的步骤：

(a)收集机组的关键设备与工艺参数，主要包括：连退机组炉内总工艺段数n，并依次编号，收集各个工艺段内设定张力最大值σ_j,max及最小值σ_j,min、炉辊辊身曲线D(x)_j、相邻炉辊中心线之间的距离H_j、各个工艺段的带钢温差多项式系数a_1j、a_2j、a_3j，其中a_1j为常数项、a_2j为二次项系数、a_3j为四次项系数，j表示工艺段编号，j＝1…n；

(b)板形动态显示：

b1)收集连退机组上游轧机的板形数据采集系统采样周期τ_s1，当前连退机组数据采集系统的采样周期τ_s2，并且两者的最小公倍数为τ_s；

b2)给出板形仿真系统动态显示的周期τ_x，并且必须保证τ_x是τ_s的整数倍以及在该周期内可以完成两次板形分布计算；

b3)定义板形仿真系统动态显示画面个数过程参数N、包括年月日小时分钟秒毫秒信息的标准北京时间参数t；

b4)定义退火状态参数ξ，其中ξ＝1表示开始退火、ξ＝-1表示停止退火，该指令由现场操作人员根据现场实际情况发送；

b5)给定初始钢卷号COILNO1＝0，准备板形动态显示；

b6)从连退机组三级系统中收集当前时刻所生产钢卷的卷号COILNO、带材宽度B、钢种代码Steel grade name以及t时刻带钢原始板形数据；

b7)判断不等式|COILNO1-COILNO|＞0是否成立，如果成立，则令N＝1，创建数据文件，并以所收集的钢卷号COILNO作为文件名，在文件中写入钢卷号COILNO、带材宽度B、钢种代码Steel grade name，转入步骤b8)；如果不等式|COILNO1-COILNO|＞0不成立，则转入步骤b8)；

b8)通过连退机组数据采集系统收集在t时刻连退机组各工艺段的实际带温T_jN、实际张力σ_jN,j＝1…n；

b9)根据专利号为201410580015.X、发明名称为《一种适合于连续退火过程的带钢板形逐段演变预报方法》的专利所述的板形机理模型计算出各工艺段实际带温T_jN、实际张力为σ_jN时带钢出口板形Shape_Ni,i＝1…k,k为带材总的条元数；

b10)利用C++中MFC可视化界面的动态显示功能，将Shape_Ni用柱状图动态显示出来，同时将时刻t、实际带温T_jN、实际张力σ_jN以及所对应的板形Shape_Ni写入到所建立的数据文件中，以便板形再现；

b11)判断不等式ξ＜0是否成立，如果不等式成立，则结束板形显示，板形仿真系统停止工作；如果不等式不成立，则COILNO1＝COILNO、N＝N+1，转入步骤b6)，直到不等式ξ＜0成立为止。

(c)板形闭环反馈：

c1)确定板形反馈过程中张力单步调整系数ψ；

c2)确定板形反馈的周期τ_f，该周期与安装板形仿真系统的计算机的主频、容量相关，并且必须保证τ_f是τ_s的整数倍以及在该周期内完成次次的板形计算；

c3)定义连退时刻过程参数t₀、板形仿真系统板形反馈次数过程参数M且，M＝0；

c4)接收操作指令，判断是否开始退火，ξ＝1表示开始退火、ξ＝-1表示停止退火；如果已经开始退火，记录下当前的标准北京时间t，并令t₀＝t，转入步骤c5)；如果没有开始退火，则进入等待状态；

c5)从连退机组的三级系统中收集来料钢卷基本信息，包括钢种代码SG、带材宽度B以及t时刻带钢原始板形数据；

c6)通过连退机组数据采集系统收集从t₀到t₀+τ_f连退机组各工艺段的实际带温{T_jMg j＝1…n,g＝1…m}，g表示从t₀到t₀+τ_f时间段内所收集到的实际张力参数按照时间先后顺序的编号，m表示从t₀到t₀+τ_f时间段内所收集到的实际张力的个数，

c7)考虑到从t₀到t₀+τ_f时刻可能会出现的极少数实际退火工艺参数因为一些偶然因素而出现大的跳跃，但这种参数并不能反映真实的退火状态，因此必须剔除，为此引入参数剔除过程变量数组{a_g g＝1…m}，并将{a_g}用下式来表示：a_g表示在t₀+gτ_s时刻的剔除变量；

c8)将{a_g}根据数值的大小按照从大到小即降序排序，并定义排序工作数组{n_w w＝1…m}，使该数组满足不等式其中n_w代表{a_g}按照数值降序排序后的第w个剔除变量所对应的按照时间顺序排序的编号，w代表{a_g}按照数值降序排序后的大小序号；

c9)排除偶然因素的干扰，在t₀到t₀+τ_f时刻内所采集的实际带温参数中剔除掉20％的数据，然后对剩下的80％的数据进行平均，得到t₀到t₀+τ_f时刻内用于反馈的特征带温T_jM(j＝1…n)，其表达式为其中m₁表示在t₀到t₀+τ_f时刻内剔除的实际退火参数的个数，m₁＝int(0.2m)，m₂表示t₀到t₀+τ_f时刻内保留未剔除的实际退火参数的个数，m₂＝m-m₁；

c10)根据t₀到t₀+τ_f时刻内特征带温参数，确定当前反馈周期内张力的反馈值σ_jM：

c10-1)定义加权系数γ₁、γ₂，连退出口目标板形β′_g,i，段内板形控制函数g₁(X),段外板形控制函数g₂(X)，目标函数初始值G₀，并令G₀＝10¹⁰；

c10-2)定义反馈过程参数θ，并令θ＝0；

c10-3)定义张力过程参数σ_j(j＝1…n)；

c10-4)令j＝1，且σ₁＝σ_1,min+θψ(σ_1,max-σ_1,min)；

c10-5)根据专利号为201410580015.X、发明名称为《一种适合于连续退火过程的带钢板形逐段演变预报方法》的专利所述的板形机理模型计算特征带温T_jM(j＝1…n)时当前工艺段内板形β_ji、段外板形β′_ji，并令σ_j+1＝σ_j+1,min+θψ(σ_j+1,max-σ_j+1,min)；

c10-6)判断j≤n是否成立，如果不等式成立，则令j＝j+1，转入步骤c10-5)；否则，转入步骤c10-7)；

c10-7)定义板形控制的目标函数G(X)，并计算G(X)，如下式所示：

c10-8)判断G(X)＜G₀是否成立，如果不等式成立，则令σ_jM＝σ_j，转入步骤c10-9)；否则，直接转入步骤c10-9)；

c10-9)定义过程参数f，令f＝n；

c10-10)判断σ_f＜σ_f,max是否成立，如果不等式成立，则令j＝f，θ＝θ+1，转入步骤c10-5)；否则，转如步骤c10-11)；

c10-11)判断f＞1是否成立，如果不等式成立，则令f＝f-1，转入步骤c10-10)；否则，转如步骤c11)；

c11)将t₀到t₀+τ_f时刻内弯辊力的反馈值σ_jM发送到连退机组的一级系统，对当前张力进行重新设定；

c12)判断不等式ξ＜0是否成立，如果不等式成立，则结束板形反馈，板形仿真系统的板形反馈系统停止工作；如果不等式不成立，则令M＝M+1，t₀＝t₀+τ_f，转入步骤c5)，直到不等式ξ＜0成立为止；

(d)板形预报：

d1)通过操作画面收集待预报板形钢卷的基本带材特性参数，包括钢种代码SG、带材宽度B以及带钢原始板形数据；

d2)通过操作画面收集连退机组各工艺段带钢温度T_jy、实际张力σ_jy；

d3)利用板形机理模型计算带钢出口板形Shape_yi；

d4)利用C++中MFC可视化界面的显示功能，将Shape_yi用柱状图动态显示出来，完成不同连退参数下的板形预报功能。