CN111318388A - 基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法 - Google Patents

基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法 Download PDF

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CN111318388A CN202010350655.7A CN202010350655A CN111318388A CN 111318388 A CN111318388 A CN 111318388A CN 202010350655 A CN202010350655 A CN 202010350655A CN 111318388 A CN111318388 A CN 111318388A
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Abstract

本发明公开了一种基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法，其包括以下步骤：收集所需设备工艺参数，计算静电涂油机涂油量综合控制优化目标函数；判断收敛条件是否成立，若成立，则转入输出参数的步骤；若不成立，则更新数组X及其搜索步长ΔX。本发明能够实现卧式静电涂油机油液涂覆均匀性的综合优化，在保证静电涂油机上下表面涂油量达到目标值的情况下，通过优化出最优的上下表面涂油量与喷雾器间距，实现油液的均匀涂覆，保证冷轧机组现场生产的顺利进行。

Description

基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法
技术领域
本发明属于冷轧连退技术领域，特别涉及一种基于均匀涂油的卧式静电涂油机核心工艺参数或者称为基于均匀涂油的静电涂油机工作参数在线调整方法。
背景技术
冷轧连退过程中常采用静电涂油机对带钢的上下表面进行喷涂，带钢上下表面油液的涂覆均匀性与静电涂油机的设备与工艺特点直接相关。静电涂油系统结合涡轮旋转喷雾器和高电压静电发生装置，实现油液在钢带上下表面精确、均匀的涂敷。油液经过计量泵传送至雾化器，并引入静电电荷，这种电荷和雾化器边缘形成的离心力共同作用，使油液分裂为颗粒状态。随后，带电的油液滴和作为阴极的钢带相互吸引，将油液滴均匀的涂敷在运行的钢带两侧，高压静电电荷也确保油液滴在钢带的宽度方向上均匀的沉积。
现有技术中，冷轧连退过程中使用卧式静电涂油机对带钢表面进行喷涂，静电涂油机在带钢的上下表面各配有两个喷雾器，同时对带钢的上表面和下表面进行喷涂。由于受到重力的影响，位于带钢的下表面的喷雾器在对带钢的下表面进行喷涂时会损失一部分油量，因此，必须对静电涂油机的上喷雾器和下喷雾器进行综合控制。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法，其能够实现带钢上表面和下表面涂油量均匀，以及能在涂油的过程中进行卧式静电涂油机核心工艺参数在线调整。在保证静电涂油机的上表面和下表面涂油量达到目标值的情况下，通过优化出最优的上表面及下表面涂油量与喷雾器间距，实现油液的均匀涂覆，保证冷轧机组生产的顺利进行。
本发明综合考虑静电涂油机喷雾器安装高度、喷雾器喷射角度、计量泵转速、生产线速度、带钢宽度、油的比重、涂油效率、泵的排量与油液涂覆均匀性的关系，确定带钢表面油液密度分布与带钢下表面油液损失的对应关系，在保证现场生产顺利的前提下，通过调节带钢上下表面油液涂油量以及喷雾器间距的大小，实现油液涂覆最均匀，为带钢上表面和下表面油液涂覆均匀综合优化控制提供了有效的技术保障。
本发明的技术方案如下：
一种基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法，其包括以下步骤：
(A)收集卧式静电涂油机基于上下表面均匀涂油的涂油量设定方法所需设备工艺参数；
(B)定义静电涂油机带钢上表面涂油调节量Δqs和静电涂油机带钢下表面涂油调节量Δqx；
(C)定义静电涂油机带钢上表面喷雾器间距调节量ΔLs和静电涂油机带钢下表面喷雾器间距调节量ΔLx；
(D)收集此时带钢上表面静电涂油机涂油量qs；
(E)收集此时带钢下表面静电涂油机涂油量qx；
(F)定义静电涂油机涂油量调整数组X＝{Δqs，Δqx，ΔLs，ΔLx}，给定静电涂油机涂油量调整数组初始值X0＝{Δqs0，Δqx0，ΔLs0，ΔLx0}，给定搜索步长初始值ΔX＝{Δqsi，Δqxi，ΔLsi，ΔLxi}，收敛精度ε；
(G)计算静电涂油机涂油量综合控制优化目标函数F(y)；
(H)判断收敛条件是否成立，若成立，则转入步骤(I)；若不成立，则更新数组X及其搜索步长ΔX，转入步骤(G)；
(I)输出静电涂油机涂油量调整参数；
(J)根据该调整参数，完成静电涂油机核心工艺在线调整。
优选地，所述设备工艺参数包括：喷雾器的高度H、喷雾器喷射角度θ、计量泵转速R、生产线速度V、带钢宽度B、油的比重S、涂油效率E和泵的排量D。
可优选的是，所述静电涂油机涂油量综合控制优化目标函数F(y)具体表达为：
Figure BDA0002471706110000021
Figure BDA0002471706110000022
Figure BDA0002471706110000023
式中，Ls为静电涂油机带钢上表面喷雾器间距，Lx为静电涂油机带钢下表面喷雾器间距，ns为带钢上表面对应条元个数，nx为带钢下表面对应条元个数，nl为带钢上表面喷雾器间距重叠部分对应条元个数，nj为带钢下表面喷雾器间距重叠部分对应条元个数，Δx为带钢表面的条元宽度，H为喷雾器的高度、θ为喷雾器喷射角度、R为计量泵转速、V为生产线速度、B为带钢宽度、S为油的比重、E为涂油效率、D为泵的排量；或者静电涂油机涂油量综合控制优化目标函数F(y)表述为：
Figure BDA0002471706110000031
式中，qsi为带钢上表面静电涂油机变化过程参量、qxi为带钢下表面静电涂油机变化过程参量、i为变化参数标记。
优选地，所述收敛条件是指当目标函数为多维变量时，以变量数组初始值为起点沿预设的搜索方向进行搜索，直至找出在当前搜索方向下的目标函数最小值或者在此搜索方向下两次目标函数值之差小于收敛精度便可停止。
优选地，更新数组及搜索步长的条件是当出现目标函数值在所述搜索方向下没有减小反而增大情况，为了转变搜索方向，需要对数组及步长进行更新。
优选地，所述收敛精度ε＝0.01。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明所述基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺在线调整方法，在该静电涂油机对带钢的表面进行喷涂过程中，工作油箱工作时,压力泵运转,油液通过过滤器,进入进油管道,流到计量泵，所述计量泵包括第一计量泵和第二计量泵，带钢状态测量装置将带钢状态传给PLC控制器，通过控制器调节液压马达，所述液压马达包括第一液压马达和第二液压马达，第一液压马达连接至第一计量泵，第二液压马达连接至第二计量泵。油液经各计量泵调节后进入涂油系统，所述涂油系统包括集油槽和旋转喷雾器。
计量泵泵出的油液，例如，防锈油，进入集油槽，油液通过集油槽进入旋转喷雾器，所述旋转喷雾器包括第一旋转喷雾器和第二旋转喷雾器，高压直流电源为旋转喷雾器提供高压静电使油液雾化对带钢上表面和下表面进行喷涂。
在带钢的宽度方向上设置取样点，使用油膜测厚仪测量当前带钢上表面以及下表面的涂油量。当出现带钢上表面与下表面涂油不均匀时，油膜测厚仪将实时油量数据传给控制器，例如，PLC控制器，控制器控制带钢上表面与带钢下表面喷雾器进行间距调节，同时调节涂油机第一计量泵和第二计量泵进行涂油补偿。
本发明能够实现卧式静电涂油机油液涂覆均匀性的综合优化，在保证静电涂油机上表面和下表面涂油量达到目标值的情况下，通过优化出最优的上表面及下表面涂油量与喷雾器间距，实现油液的均匀涂覆，保证冷轧机组现场生产的顺利进行。
附图说明
图1是卧式静电涂油机控制系统原理图；
图2是根据本发明的基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法的原理图；以及
图3是根据本发明的基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法的流程图。
具体实施方式
下面，以某冷轧机组为例，结合图2，对本发明的冷轧连退机组卧式静电涂油机核心工艺参数在线调整方法进行详细说明，其中图1是卧式静电涂油机控制系统原理图。
根据本发明的基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法，其包括以下步骤：
(A)收集涂油机，例如，卧式静电涂油机的基于上下表面均匀涂油的涂油量设定方法所需设备工艺参数，设备工艺参数包括：喷雾器的高度H、喷雾器喷射角度θ、计量泵转速R、生产线速度V、带钢宽度B、油的比重S、涂油效率E以及泵的排量D；
(B)定义静电涂油机带钢上表面涂油调节量Δqs和静电涂油机带钢下表面涂油调节量Δqx；
(C)将静电涂油机带钢上表面喷雾器间距调节量设定为ΔLs和将静电涂油机带钢下表面喷雾器间距调节量设定为ΔLx；
(D)收集当前时刻带钢上表面静电涂油机涂油量qs；
(E)收集当前时刻带钢下表面静电涂油机涂油量qx；
(F)设定静电涂油机涂油量调整数组X＝{Δqs，Δqx，ΔLs，ΔLx}，给定静电涂油机涂油量调整数组初始值X0＝{Δqs0，Δqx0，ΔLs0，ΔLx0}，给定搜索步长初始值ΔX＝{Δqsi，Δqxi，ΔLsi，ΔLxi}，收敛精度ε；
(G)计算静电涂油机涂油量综合控制优化目标函数F(y)：
Figure BDA0002471706110000051
Figure BDA0002471706110000052
Figure BDA0002471706110000053
式中，Ls为静电涂油机带钢上表面喷雾器间距，Lx为静电涂油机带钢下表面喷雾器间距，ns为带钢上表面对应条元个数，nx为带钢下表面对应条元个数，nl为带钢上表面喷雾器间距重叠部分对应条元个数，nj为带钢下表面喷雾器间距重叠部分对应条元个数，Δx为带钢表面的条元宽度，H为喷雾器的高度、θ为喷雾器喷射角度、R为计量泵转速、V为生产线速度、B为带钢宽度、S为油的比重、E为涂油效率、D为泵的排量。
或者该目标函数也可以如下表达式表述为：
Figure BDA0002471706110000054
式中，qsi为带钢上表面静电涂油机变化过程参量、qxi为带钢下表面静电涂油机变化过程参量、i为变化参数标记。
(H)判断Powell条件是否成立，若成立，则转入步骤(I)；若不成立，则更新数组X及其搜索步长ΔX，转入步骤(G)；Powell条件为收敛条件。
具体地，Powell条件是指当目标函数为多维变量时，例如，本申请中为四维变量，以变量数组初始值为起点沿一定的搜索方向，例如，搜索方向任意给定，进行搜索，直到找出在当前搜索方向下的目标函数最小值或者在当前搜索方向下两次目标函数值之差小于收敛精度便可停止；Powell法更新数组及搜索步长的条件是当出现目标函数值在此搜索方向下没有减小反而增大情况，为了转变搜索方向，需要对数组及步长进行更新。优选地，更新方式为随机，例如数组初始值为(0，0，1，0)，更新时可能变为(0，1，0，0)。
(I)输出静电涂油机涂油量调整参数；
(J)根据该调整参数，完成静电涂油机核心工艺在线调整。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明的基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺在线调整方法，如图2所示，在该静电涂油机对带钢的表面进行喷涂过程中，工作油箱1工作时，压力泵2运转，油液通过过滤器3，进入进油管道，流到计量泵，计量泵包括第一计量泵10和第二计量泵20，带钢状态测量装置4将带钢状态传给PLC控制器5，通过控制器调节液压马达，液压马达包括第一液压马达50和第二液压马达60，第一液压马达50连接至第一计量泵10，第二液压马达60连接至第二计量泵20。油液经各计量泵调节后进入涂油系统，涂油系统包括集油槽6和旋转喷雾器。
例如，防锈油，进入集油槽6，油液通过集油槽6进入旋转喷雾器，旋转喷雾器包括第一旋转喷雾器30和第二旋转喷雾器40，高压直流电源7为旋转喷雾器提供高压静电使油液雾化对带钢上表面和下表面进行喷涂。
在带钢的宽度方向上设置取样点，使用油膜测厚仪测量当前带钢上表面以及下表面的涂油量。当出现带钢上表面与下表面涂油不均匀时，油膜测厚仪8将实时油量数据传给控制器，例如，PLC控制器5，控制器控制带钢上表面与带钢下表面喷雾器进行间距调节，同时调节涂油机第一计量泵10和第二计量泵20进行涂油补偿。
本发明能够实现卧式静电涂油机油液涂覆均匀性的综合优化，在保证静电涂油机上表面和下表面涂油量达到目标值的情况下，通过优化出最优的上表面及下表面涂油量与喷雾器间距，实现油液的均匀涂覆，保证冷轧机组现场生产的顺利进行。
实施例1：
以某冷轧机组为例，按照图3所示，该冷轧连退机组卧式静电涂油机核心工艺在线调整方法的计算流程图，首先，在步骤(A)中，收集卧式静电涂油机基于上下表面均匀涂油的涂油量设定方法所需设备工艺参数，包括：喷雾器的高度H＝195mm、喷雾器喷射角度θ＝110°、计量泵转速R＝30000rpm、生产线速度V＝600mpm、带钢宽度B＝1120mm、油的比重S＝0.912、涂油效率E＝25％和泵的排量D＝37.5L/min。
随后，在步骤(B)中，定义静电涂油机带钢上表面涂油调节量Δqs和静电涂油机带钢下表面涂油调节量Δqx；
随后，在步骤(C)中，定义静电涂油机带钢上表面喷雾器间距调节量ΔLs和静电涂油机带钢下表面喷雾器间距调节量ΔLx；
随后，在步骤(D)中，收集此时带钢上表面静电涂油机涂油量qs＝25.65mg/mm2；
随后，在步骤(E)中，收集此时带钢下表面静电涂油机涂油量qx＝27.13mg/mm2；
随后，在步骤(F)中，定义静电涂油机涂油量调整数组X＝{Δqs，Δqx，ΔLs，ΔLx}，给定静电涂油机涂油量调整数组初始值X0＝{Δqs0，Δqx0，ΔLs0，ΔLx0}，给定搜索步长初始值ΔX＝{Δqsi，Δqxi，ΔLsi，ΔLxi}，收敛精度ε；
随后，在步骤(G)中，计算静电涂油机涂油量综合控制优化目标函数F(y):
Figure BDA0002471706110000071
Figure BDA0002471706110000072
Figure BDA0002471706110000073
式中，Ls为静电涂油机带钢上表面喷雾器间距，Ls＝180mm，Lx为静电涂油机带钢下表面喷雾器间距，Lx＝165mm，ns为带钢上表面对应条元个数，nx为带钢下表面对应条元个数，nl为带钢上表面喷雾器间距重叠部分对应条元个数，nj为带钢下表面喷雾器间距重叠部分对应条元个数，Δx为带钢表面的条元宽度，H为喷雾器的高度、θ为喷雾器喷射角度、R为计量泵转速、V为生产线速度、B为带钢宽度、S为油的比重、E为涂油效率、D为泵的排量。
随后，在步骤(H)中，判断Powell条件是否成立，若成立，则转入步骤(I)；若不成立，则更新数组X及其搜索步长ΔX，转入步骤(G)；
随后，在步骤(I)中，输出静电涂油机涂油量调整参数；
最后，在步骤(J)中，完成静电涂油机核心工艺在线调整。
最后，为了方便比较，表1给出实施例1中带钢在采用本发明的冷轧连退机组卧式静电涂油机核心工艺参数在线调整前后油液涂覆均匀性对比。
表1实施例1中带钢上下表面涂油量设定优化前后涂覆均匀性对比
Figure BDA0002471706110000074
实施例2：
以某二次冷轧机组为例，按照图2所示，该冷轧连退机组卧式静电涂油机基于上下表面均匀涂油的涂油量设定方法的计算流程图，首先，在步骤(A)中，收集卧式静电涂油机基于上下表面均匀涂油的涂油量设定方法所需设备工艺参数，包括：喷雾器的高度H＝205mm、喷雾器喷射角度θ＝120°、计量泵转速R＝45000rpm、生产线速度V＝1000mpm、带钢宽度B＝1250mm、油的比重S＝0.917、涂油效率E＝15％和泵的排量D＝45L/min。
随后，在步骤(B)中，定义静电涂油机带钢上表面涂油调节量Δqs和静电涂油机带钢下表面涂油调节量Δqx；
随后，在步骤(C)中，定义静电涂油机带钢上表面喷雾器间距调节量ΔLs和静电涂油机带钢下表面喷雾器间距调节量ΔLx；
随后，在步骤(D)中，收集此时带钢上表面静电涂油机涂油量qs＝28.72mg/mm2；
随后，在步骤(E)中，收集此时带钢下表面静电涂油机涂油量qx＝30.25mg/mm2；
随后，在步骤(F)中，定义静电涂油机涂油量调整数组X＝{Δqs，Δqx，ΔLs，ΔLx}，给定静电涂油机涂油量调整数组初始值X0＝{Δqs0，Δqx0，ΔLs0，ΔLx0}，给定搜索步长初始值ΔX＝{Δqsi，Δqxi，ΔLsi，ΔLxi}，收敛精度ε；
随后，在步骤(G)中，计算静电涂油机涂油量综合控制优化目标函数F(y)：
Figure BDA0002471706110000081
Figure BDA0002471706110000082
Figure BDA0002471706110000083
式中，Ls为静电涂油机带钢上表面喷雾器间距，Ls＝195mm，Lx为静电涂油机带钢下表面喷雾器间距，Lx＝170mm，ns为带钢上表面对应条元个数，nx为带钢下表面对应条元个数，nl为带钢上表面喷雾器间距重叠部分对应条元个数，nj为带钢下表面喷雾器间距重叠部分对应条元个数，Δx为带钢表面的条元宽度，H为喷雾器的高度、θ为喷雾器喷射角度、R为计量泵转速、V为生产线速度、B为带钢宽度、S为油的比重、E为涂油效率、D为泵的排量。
通过上面计算静电涂油机涂油量综合控制优化目标函数，能够确定出目标函数F(y)为喷涂液流量密度分布的最大值与最小值的差值，从而精确计算出静电涂油机涂油量综合控制优化后的最优值。
随后，在步骤(H)中，判断Powell条件是否成立，若成立，则转入步骤(I)；若不成立，则更新数组X及其搜索步长ΔX，转入步骤(G)；
随后，在步骤(I)中，输出静电涂油机涂油量调整参数；
最后，在步骤(J)中，完成静电涂油机核心工艺在线调整。
最后，为了方便比较，表2给出实施例2中带钢在采用本发明的冷轧连退机组卧式静电涂油机核心工艺参数在线调整前后油液涂覆均匀性对比。
表2实施例2中带钢上下表面涂油量设定优化前后涂覆均匀性对比
Figure BDA0002471706110000091
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(A)收集静电涂油机基于上下表面均匀涂油的涂油量设定方法所需设备工艺参数；
(B)定义静电涂油机带钢上表面涂油调节量Δqs和静电涂油机带钢下表面涂油调节量Δqx；
(C)定义静电涂油机带钢上表面喷雾器间距调节量ΔLs和静电涂油机带钢下表面喷雾器间距调节量ΔLx；
(D)收集此时带钢上表面静电涂油机涂油量qs；
(E)收集此时带钢下表面静电涂油机涂油量qx；
(F)定义静电涂油机涂油量调整数组X＝{Δqs，Δqx，ΔLs，ΔLx}，给定静电涂油机涂油量调整数组初始值X0＝{Δqs0，Δqx0，ΔLs0，ΔLx0}，给定搜索步长初始值ΔX＝{Δqsi，Δqxi，ΔLsi，ΔLxi}，收敛精度ε；
(G)计算静电涂油机涂油量综合控制优化目标函数F(y)；
(H)判断收敛条件是否成立，若成立，则转入步骤(I)；若不成立，则更新数组X及其搜索步长ΔX，转入步骤(G)；
(I)输出静电涂油机涂油量调整参数；
(J)完成静电涂油机核心工艺在线调整。
2.如权利要求1所述的基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法，其特征在于，所述设备工艺参数包括：喷雾器的高度H、喷雾器喷射角度θ、计量泵转速R、生产线速度V、带钢宽度B、油的比重S、涂油效率E和泵的排量D。
3.如权利要求2所述的基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法，其特征在于，所述静电涂油机涂油量综合控制优化目标函数F(y)具体表达为：
Figure FDA0002471706100000011
Figure FDA0002471706100000012
Figure FDA0002471706100000013
式中，Ls为静电涂油机带钢上表面喷雾器间距，Lx为静电涂油机带钢下表面喷雾器间距，ns为带钢上表面对应条元个数，nx为带钢下表面对应条元个数，nl为带钢上表面喷雾器间距重叠部分对应条元个数，nj为带钢下表面喷雾器间距重叠部分对应条元个数，Δx为带钢表面的条元宽度，H为喷雾器的高度、θ为喷雾器喷射角度、R为计量泵转速、V为生产线速度、B为带钢宽度、S为油的比重、E为涂油效率、D为泵的排量；或者静电涂油机涂油量综合控制优化目标函数F(y)表述为：
Figure FDA0002471706100000021
式中，qsi为带钢上表面静电涂油机变化过程参量、qxi为带钢下表面静电涂油机变化过程参量、i为变化参数标记。
4.如权利要求3所述的基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法，其特征在于，所述收敛条件是指当目标函数为多维变量时，以变量数组初始值为起点沿预设的搜索方向进行搜索，直至找出在当前搜索方向下的目标函数最小值或者在此搜索方向下两次目标函数值之差小于收敛精度便可停止。
5.如权利要求4所述的基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法，其特征在于，更新数组及搜索步长的条件是当出现目标函数值在所述搜索方向下没有减小反而增大情况，为了转变搜索方向，需要对数组及步长进行更新。
6.如权利要求5所述的基于均匀涂油的静电涂油机核心工艺参数在线调整方法，其特征在于，所述收敛精度ε＝0.01。
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