CN110617716B - 一种混钢加热的生产节奏及炉温在线控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混钢加热的生产节奏及炉温在线控制方法，包括：1)制定不同产品在不同生产节奏下的工艺炉温表，设置产品权重；2)当加热炉完成装钢、移动、抽钢等动作时，加热炉的PLC将对应的信号发送给模型机，实现炉内产品的物料跟踪信息管理；3)模型机获取装钢信号并完成步骤2)后，动态确定下一个待入炉产品的布料间距；4)模型机获取移动信号并完成步骤2)后，动态计算当前生产节奏，并根据最近入炉产品的位置，判定待入炉产品的布料间距是否满足；5)模型机获取周期设定信号后，确定工艺炉温设定值和生产节奏设定值。本发明能够满足连续生产过程中，不同产品的加热需求，有利于提高产品加热质量和产品柔性制造能力。

Description

一种混钢加热的生产节奏及炉温在线控制方法

技术领域

本发明涉及冶金生产技术领域，更具体地说，涉及一种混钢加热的生产节奏及炉温在线控制方法。

背景技术

随着对产品质量要求的提高，加热或热处理过程对产品的性能、表面缺陷以及尺寸精度等都有明显影响。产品加热控制主要包括：炉温、在炉时间和加热气氛等关键因素的控制。一般的轧钢加热炉、钢管淬火以及回火等热处理炉，都采用明焰加热，炉内气氛都为弱氧化处理，使燃料充分燃烧，保障能源燃烧效率；对于特殊控制要求的产品，比如为了减少脱碳，也可能在局部控制段采用了欠氧燃烧。加热过程中的炉温和在炉时间是强相关的，对于给定的产品出炉温度，炉温高，则在炉时间短；炉温低，则在炉时间长。有特殊加热要求的产品，对炉温和加热时间的限制会相对严格。

轧钢加热炉以及很多针对板、管、棒等产品的热处理炉，一般以控制段为最小控制单元实现产品加热，一个控制段内可以摆放多个产品。在进行自动烧钢控制时，炉温设定一般都会采用加权方式，综合考虑不同产品的加热需求。但如果相邻产品的热需求差异特别大，不同产品的加热需求相互冲突，对产品加热质量的影响是非常明显的。所以，为了满足控制段所有产品的加热要求，一般相邻产品的尺寸、钢种、出炉目标温度等产品属性的变化应该限制在一定范围之内。但在实际生产中，随着市场以及用户需求的变化，加热计划在编排时会突破这个范围。面对这种情况，目前采用的方法，一般是根据经验进行间隔布料，或选择连续装钢，牺牲权重小的产品来保证权重大的产品的加热要求。这些方法，要么因为间隔布料的距离不合理，造成浪费能源，影响生产节奏，要么影响产品加热质量，因此，针对加热炉混钢加热，尤其是对于加热要求严格的产品而言，需要一种更合理的在线加热控制方法，既能保证生产稳定，又能保证产品加热质量。

在现有的专利中，如公开号CN 1105707A的专利《钢的最佳加热速度加热工艺》、公开号CN 102041372A的专利《低合金、碳素钢大管坯在环形炉中的加热工艺方法》，上述2件专利都是通过协调加热温度和加热时间，给出钢的最佳加热速度，主要用于加热工艺的设计，不能实现生产时的混钢加热控制。公开号CN 1644257A的专利《热轧过程加热炉综合控制系统及其控制方法》，通过加热炉和粗轧机构成一个闭环系统，把轧制力和温度反馈到加热炉，获得整体最佳的加热炉控制效果，该专利不涉及加热炉混钢的具体控制方法。公开号CN 104049649A的专利《加热炉温度的模型控制方法》，侧重于用燃气流量对设定炉温进行补偿。公开号CN 1840715A的专利《热轧加热炉炉温动态设定控制方法》、公开号CN103225017A的专利《一种棒线材方坯加热模型控制方法及装置》，上述2件专利都涉及到根据当前实际生产节奏，实现炉温度的动态加权设定。但是这些专利都不涉及生产节奏的动态调整和控制，无法在生产前自动识别不同产品的加热需求，并在生产中实现混钢时的生产节奏和温度的最佳控制。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种混钢加热的生产节奏及炉温在线控制方法，能够满足连续生产过程中，不同产品的加热需求，有利于提高产品加热质量和产品柔性制造能力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种混钢加热的生产节奏及炉温在线控制方法，包括以下步骤：

1)制定不同产品在不同生产节奏下的工艺炉温表，工艺炉温表建立后，保存在模型机中；

所述工艺炉温表，包括：产品类别、产品权重、生产节奏、布料间距和控制段工艺炉温；

2)当加热炉完成装钢、移动、抽钢动作时，加热炉的PLC将对应的装钢信号、移动信号、抽钢信号实时发送给模型机，模型机获取信号后，实现加热炉内产品的物料跟踪信息管理；

3)模型机获取装钢信号并完成步骤2)后，动态确定下一个待入加热炉产品的布料间距；

若下一个待入加热炉的产品类别和最近入加热炉产品的产品类别一致，则采用步骤1)制定的工艺炉温表中对应产品类别的布料间距作为待入加热炉产品的布料间距；

否则，按如下公式确定生产节奏参考值P_ref：

公式中，

为工艺炉温表中待入加热炉产品的生产节奏区间，P_act为当前实际生产节奏，w₀,w_max分别为待入加热炉产品的权重和加热炉内所有产品的最大权重；

从工艺炉温表中，获取待入加热炉产品和最近入加热炉产品，对应于生产节奏参考值下P_ref的工艺炉温的最大偏差T_ref，计算待入加热炉产品的布料间距D_ref：

D_ref＝MAX(D_calc,D₀,D₁)

公式中，α是加热炉正常负荷下的升温度速率，T_c是产品质量控制允许的相邻产品最大工艺炉温偏差值，D_calc是理论布料间距，D₀、D₁分别是待入加热炉产品和最近入加热炉产品的工艺布料间距；

4)模型机获取移动信号并完成步骤2)后，动态计算当前生产节奏P_act，并根据最近入加热炉产品的位置，判定待入加热炉产品的布料间距是否满足，若满足，则发送装钢信号给加热炉的PLC，PLC获取模型机装钢信号后，将待入加热炉产品自动入炉；

5)模型机获取周期设定信号后，确定工艺炉温设定值和生产节奏设定值，发送给加热炉的PLC，PLC按照工艺炉温设定值进行温度控制，按照生产节奏设定值进行加热炉内产品移动控制。

所述的步骤2)中，模型机获取装钢信号，在加热炉内的物料跟踪信息中建立新入加热炉产品对应的数字信息；模型机获取抽钢信号，从加热炉内的物料跟踪信息中删除最近抽出产品的数字信息；模型机获取移动信号，更新加热炉内物料跟踪信息中产品的位置信息。

所述的步骤4)中，当前生产节奏P_act采用最近几次的产品平均移动速率来表征，避免生产节奏波动太快，对温度设定造成干扰；

模型机计算当前一次移动速率v_i为：

公式中，t_i为模型机获取当前移动信号时刻，t_i-1模型机获取前一次移动信号时刻，s_i模型机获取当前移动距离；

模型机计算当前生产节奏P_act：

公式中，n为计算生产节奏时考虑移动次数；

当满足最近入加热炉产品的位置不小于D_ref，模型机发送装钢指令给加热炉的PLC，触发装钢机自动装钢。

所述的步骤5)中，模型机中采用定时器设定周期信号，当模型机获取周期设定信号后，根据当前生产节奏P_act以及步骤1)中建立的工艺炉温表，通过线性插值方法获得控制段内所有产品的工艺炉温，再结合产品权重，加权计算得到当前控制段的工艺炉温设定值；若某段控制段内部没有产品，则设定值取距离该控制段中心最近的产品对应于当前生产节奏下的工艺炉温作为工艺炉温设定值；

获取加热炉内权重最大产品的生产节奏区间

和当前生产节奏P_act比较，获得新的生产节奏设定值：

将工艺炉温设定值以及生产节奏设定值下发给加热炉的PLC，实现工艺炉温和生产节奏的控制。

在上述的技术方案中，本发明所提供的一种混钢加热的生产节奏及炉温在线控制方法，当加热炉或热处理炉的生产计划中，相邻产品的差异较大时，针对产品不同的加热需求，指导加热炉或热处理炉实现产品入炉、炉内产品移动等生产节奏控制，并实现不同生产节奏下的炉温控制。本方法能够满足连续生产过程中，不同产品的加热需求，有利于提高产品加热质量和产品柔性制造能力。

附图说明

图1是本发明在线控制方法中涉及模型机与PLC之间的关系图；

图2是本发明在线控制方法中涉及模型机的逻辑处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1至图2所示，本发明所提供的一种混钢加热的生产节奏及炉温在线控制方法，包括以下步骤：

1)制定不同产品在不同生产节奏下的工艺炉温表，设置产品权重，工艺炉温表建立后，保存在模型机中。

工艺炉温表体现了不同产品，不同规格，在不同生产节奏下的工艺炉温控制要求，一般来说，用户对质量要求越高的产品，对应的工艺窗口会越严格。

所述工艺炉温表的基本形式如下所示：

工艺炉温表的具体描述如下：

产品类别，综合考虑产品钢种、规格等信息；

产品权重，由生产技术人员确认，一般来说，合金含量越高、用户质量要求越严格的产品，其权重越大；

生产节奏，加热炉内产品在单位时间内的移动距离，单位：米/分钟。根据产品生产工艺要求的在炉时间范围和炉子有效长度，计算产品的生产节奏区间；

布料间距，炉内相邻产品的中心距离，单位：米；

控制段工艺炉温，对应于不同生产节奏下，达到产品出炉温度要求的工艺炉温，工艺炉温的确认，可以采用离线数值模拟、现场生产实绩统计等方法确认。

2)当加热炉完成装钢、移动、抽钢动作时，加热炉的PLC将对应的装钢信号、移动信号、抽钢信号实时发送给模型机，模型机获取信号后，实现加热炉内产品的物料跟踪信息管理。

具体来说，模型机获取装钢信号，在加热炉内的物料跟踪信息中建立新入加热炉产品对应的数字信息；模型机获取抽钢信号，从加热炉内的物料跟踪信息中删除最近抽出产品的数字信息；模型机获取移动信号，更新加热炉内物料跟踪信息中产品的位置信息。

3)模型机获取装钢信号并完成步骤2)后，动态确定下一个待入加热炉产品的布料间距；

若下一个待入加热炉的产品类别和最近入加热炉产品的产品类别一致，则采用步骤1)制定的工艺炉温表中对应产品类别的布料间距作为待入加热炉产品的布料间距；

否则，按如下公式确定生产节奏参考值P_ref：

公式中，

为工艺炉温表中待入加热炉产品的生产节奏区间，P_act为当前实际生产节奏，生产节奏的单位为米/分钟,w₀,w_max分别为待入加热炉产品的权重和加热炉内所有产品的最大权重,权重没有量刚；

从工艺炉温表中，获取待入加热炉产品和最近入加热炉产品，对应于生产节奏参考值下P_ref的工艺炉温的最大偏差T_ref，计算待入加热炉产品的布料间距D_ref：

D_ref＝MAX(D_calc,D₀,D₁)

公式中，α是加热炉正常负荷下的升温度速率，单位：℃/分钟；

T_c是产品质量控制允许的相邻产品最大工艺炉温偏差值，单位：℃，一般加热炉可取值10～20℃，而要求严格的热处理炉一般在10℃以内；

D_calc是理论布料间距，单位为米；

D₀、D₁分别是待入加热炉产品和最近入加热炉产品的工艺布料间距，单位为米，待入加热炉产品的布料间距取三者最大值。

4)模型机获取移动信号并完成步骤2)后，动态计算当前生产节奏P_act，并根据最近入加热炉产品的位置，判定待入加热炉产品的布料间距是否满足，若满足，则发送装钢信号给加热炉的PLC，PLC获取模型机装钢信号后，将待入加热炉产品自动入炉；

当前生产节奏P_act采用最近几次的产品平均移动速率来表征，避免生产节奏波动太快，对温度设定造成干扰；

模型机计算当前一次移动速率v_i为：

单位：米/分钟

公式中，t_i为模型机获取当前移动信号时刻，单位：秒；

t_i-1模型机获取前一次移动信号时刻，单位：秒；

s_i模型机获取当前移动距离，单位：米；

模型机计算当前生产节奏P_act：

单位：米/分钟

公式中，n为计算生产节奏时考虑移动次数，一般取3～5之间。

当满足最近入加热炉产品的位置不小于D_ref，模型机发送装钢指令给加热炉的PLC，触发装钢机自动装钢。

5)模型机获取周期设定信号后，确定工艺炉温设定值和生产节奏设定值，发送给加热炉的PLC，PLC按照工艺炉温设定值进行温度控制，按照生产节奏设定值进行加热炉内产品移动控制。

在模型机中采用定时器设定周期信号，当模型机获取周期设定信号后，根据当前生产节奏P_act以及步骤1)中建立的工艺炉温表，通过线性插值方法获得控制段内所有产品的工艺炉温，再结合产品权重，加权计算得到当前控制段的工艺炉温设定值；若某段控制段内部没有产品，则设定值取距离该控制段中心最近的产品对应于当前生产节奏下的工艺炉温作为工艺炉温设定值；

获取加热炉内权重最大产品的生产节奏区间

和当前生产节奏P_act比较，获得新的生产节奏设定值：

将工艺炉温设定值以及生产节奏设定值下发给加热炉的PLC，实现工艺炉温和生产节奏的控制。

实施例

假定某加热炉分为热回收段、预热段、1加热段、2加热段、均热段，其中热回收段不控温度，其余各段为控温段；

假定步骤1)建立的工艺炉温表如下：

在工艺炉温表中，共有2个产品类别；其中，产品类别2的权重大，在炉时间长，工艺炉温低；产品类别1权重小，在炉时间短，工艺炉温高。

假定现在炉内已有10块产品，模型机中建立的物料跟踪信息如下：

根据步骤2)，假定炉子完成产品类别1的一个新产品的入炉，炉子PLC发送装钢信号给模型机。根据步骤2)，模型机获取装钢信号后，实现炉内物料跟踪信息的管理，新的物料跟踪表如下：

索引	产品类别	位置	控制段
				1	1	0	热回收段
2	1	0.3	热回收段
				3	1	0.6	热回收段
4	1	0.9	热回收段
				5	1	1.2	热回收段
6	1	6.2	预热段
				7	1	6.5	预热段
8	1	6.8	预热段
				9	1	7.1	预热段
10	1	7.4	预热段
				11	1	7.7	预热段

根据步骤3)，计算待入炉产品的布料间距。若待入炉产品为产品类型1，则待入炉产品的布料间距，取产品类别1对应的布料间距0.3m；若待入炉产品为产品类型2，且假定当前实际节奏为0.3m/min。根据公式：

得到P_ref＝0.2m/min。

根据Pref，线性插值得到最近入炉产品的工艺炉温，和待入炉产品对应生产节奏下工艺炉温对比如下：

得到T_ref＝1210-1180＝30℃

假设炉子升温速率为5℃/min，根据质量控制要求，相邻产品工艺炉温的差异T_c为10℃，根据公式：

计算得到

D_ref＝MAX(D_calc,D₀,D₁)＝MAX(0.8,0.3,0.5)＝0.8m

根据步骤4)，若模型机获取了炉子PLC发送的移动信号，进行炉内物料位置信息更新，并进行实际生产节奏计算。

不凡假定模型机获取的炉子前后两次移动信号的时间间隔60s，移动距离0.3m，即当前的移动0.3m/min；如果取最近三次移动速率的平均值作为当前实际移动速率，且假定最近三次均为0.3m/min,则有：

因为当前移动了0.3m，炉内产品物料跟踪信息更新为如下：

最近入炉产品的位置为0.3m，若待入炉产品为产品类别1，同类产品按照工艺指定布料间距0.3m装钢，此时模型机发送装钢指令给炉子PLC，由PLC控制炉前产品自动入炉；若待入炉产品为产品类别2，最近入炉产品位置小于0.8m，不激励装钢操作。

根据步骤5)，若当前模型机控制系统获取周期设定信号，根据当前生产节奏P_act以及步骤1)建立的工艺炉温表，通过线性插值方法获得控制段内所有产品的工艺炉温，再结合产品权重，加权计算得到当前控制段的工艺炉温设定值。若某控制段内部没有产品，则设定值取距离控制段中心最近产品对应于当前生产节奏下的工艺炉温作为工艺炉温设定值。

当前炉内全部为产品类别1，对应于当前实际节奏为0.3m/min，计算得到的当前各控制段的工艺炉温设定值如下：

当前炉内全部为产品类别1，根据公式：

得到当前生产节奏设定值为0.3m/min。

将工艺炉温设定值和生产节奏设定值实时发送给炉子PLC，由炉子实现温度和生产节奏的控制。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种混钢加热的生产节奏及炉温在线控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制定不同产品在不同生产节奏下的工艺炉温表，工艺炉温表建立后，保存在模型机中；

所述工艺炉温表包括：产品类别、产品权重、生产节奏、布料间距和控制段工艺炉温；

2)当加热炉完成装钢、移动、抽钢动作时，加热炉的PLC将对应的装钢信号、移动信号、抽钢信号实时发送给模型机，模型机获取信号后，实现加热炉内产品的物料跟踪信息管理；

3)模型机获取装钢信号并完成步骤2)后，动态确定下一个待入加热炉产品的布料间距；

若下一个待入加热炉的产品类别和最近入加热炉产品的产品类别一致，则采用步骤1)制定的工艺炉温表中对应产品类别的布料间距作为待入加热炉产品的布料间距；

否则，按如下公式确定生产节奏参考值P_ref：

公式中，

为工艺炉温表中待入加热炉产品的生产节奏区间，P_act为当前实际生产节奏，w₀,w_max分别为待入加热炉产品的权重和加热炉内所有产品的最大权重；

从工艺炉温表中，获取待入加热炉产品和最近入加热炉产品，对应于生产节奏参考值下P_ref的工艺炉温的最大偏差T_ref，计算待入加热炉产品的布料间距D_ref：

D_ref＝MAX(D_calc,D₀,D₁)

公式中，α是加热炉正常负荷下的升温度速率，T_c是产品质量控制允许的相邻产品最大工艺炉温偏差值，D_calc是理论布料间距，D₀、D₁分别是待入加热炉产品和最近入加热炉产品的工艺布料间距；

4)模型机获取移动信号并完成步骤2)后，动态计算当前生产节奏P_act，并根据最近入加热炉产品的位置，判定待入加热炉产品的布料间距是否满足，若满足，则发送装钢信号给加热炉的PLC，PLC获取模型机装钢信号后，将待入加热炉产品自动入炉；

5)模型机获取周期设定信号后，确定工艺炉温设定值和生产节奏设定值，发送给加热炉的PLC，PLC按照工艺炉温设定值进行温度控制，按照生产节奏设定值进行加热炉内产品移动控制。

2.如权利要求1所述的一种混钢加热的生产节奏及炉温在线控制方法，其特征在于：所述的步骤2)中，模型机获取装钢信号，在加热炉内的物料跟踪信息中建立新入加热炉产品对应的数字信息；模型机获取抽钢信号，从加热炉内的物料跟踪信息中删除最近抽出产品的数字信息；模型机获取移动信号，更新加热炉内物料跟踪信息中产品的位置信息。

3.如权利要求1所述的一种混钢加热的生产节奏及炉温在线控制方法，其特征在于：所述的步骤4)中，当前生产节奏P_act采用最近几次的产品平均移动速率来表征，避免生产节奏波动太快，对温度设定造成干扰；

模型机计算当前一次移动速率v_i为：

公式中，t_i为模型机获取当前移动信号时刻，t_i-1模型机获取前一次移动信号时刻，s_i模型机获取当前移动距离；

模型机计算当前生产节奏P_act：

公式中，n为计算生产节奏时考虑移动次数；

当满足最近入加热炉产品的位置不小于D_ref，模型机发送装钢指令给加热炉的PLC，触发装钢机自动装钢。

4.如权利要求1所述的一种混钢加热的生产节奏及炉温在线控制方法，其特征在于：所述的步骤5)中，模型机中采用定时器设定周期信号，当模型机获取周期设定信号后，根据当前生产节奏P_act以及步骤1)中建立的工艺炉温表，通过线性插值方法获得控制段内所有产品的工艺炉温，再结合产品权重，加权计算得到当前控制段的工艺炉温设定值；若某段控制段内部没有产品，则设定值取距离该控制段中心最近的产品对应于当前生产节奏下的工艺炉温作为工艺炉温设定值；

获取加热炉内权重最大产品的生产节奏区间

和当前生产节奏P_act比较，获得新的生产节奏设定值：

将工艺炉温设定值以及生产节奏设定值下发给加热炉的PLC，实现工艺炉温和生产节奏的控制。

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