CN114472549A - 热轧中间坯边部加热温度控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热轧中间坯边部加热温度控制系统包括L2系统、PLC控制系统、中频感应加热电源、C型开度可调感应器、线温度传感器、中间坯、中间坯进入等待位检测仪、中间坯进入加热位检测传感器、中间坯头部检测传感器和中间坯尾部检测传感器；本发明还提供了一种热轧中间坯边部加热温度控制方法，通过建立中频感应加热电源输出功率控制模型，该模型考虑机组速度、中间坯热辐射、中间坯与感应器的间隙和重叠量对电源输出功率的影响，对计算出的基础功率进行矫正得出最终的控制功率P，通过功率调节器、感应线圈电流和电压限幅对中频感应加热电源的输出功率、输出电流和电压进行闭环控制，解决中频感应加热电源输出功率波动大等等问题。
Description
技术领域
本发明涉及热轧板坯边部加热控制技术领域，具体地，涉及一种热轧中间坯边部加热温度控制系统及方法。
背景技术
热轧(hot rolling)是相对于冷轧而言的，冷轧是在再结晶温度以下进行的轧制，而热轧就是在再结晶温度以上进行的轧制。简单来说，一块钢坯在加热后经过几道轧制，再切边，矫正成为钢板，这种叫热轧。能显著降低能耗，降低成本。热轧时金属塑性高，变形抗力低，大大减少了金属变形的能量消耗。热轧能改善金属及合金的加工工艺性能，即将铸造状态的粗大晶粒破碎，显着裂纹愈合，减少或消除铸造缺陷，将铸态组织转变为变形组织，提高合金的加工性能。而现有技术中对于热轧中间坯边部的加热温度控制会出现诸多问题，比如中频感应加热电源输出功率波动大，感应线圈易出现过流、过压损坏，以往对于中间坯边部和中间的温差测量采用单点测量中间坯温度，这样的测量方式易受环境干扰，测量不准。
经过检索，专利文献CN102816903A公开了一种高磁感取向硅钢的感应加热方法，该公开的技术方案是在板坯加热过程中采用温度滤波控制技术实现辐射高温计实时反馈温度，虽然也采用温度闭环控制，利用电磁感应炉感应加热技术，但是该方案该方案未建立带钢加热的完整模型，未考虑机组速度、热辐射、感应器效率、负载匹配等因素，具有温度精度低、适应差等缺点。
经过检索，专利文献CN103286143A公开了一种热轧板坯边部加热温度测量控制系统及方法其技术方案为根据来料板坯的参数计算加热的初始工作功率，设定感应器出口板坯的目标控制温差，在感应器入口和出口设置两组温度传感器获得板坯入口和出口处板坯中间和边部的实际温差，通过经验值获得功率补偿值，实时控制输出功率。该方案也未建立带钢加热的完整模型，未考虑机组速度、热辐射、感应器效率、负载匹配等因素，具有温度精度低、适应差等缺点。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种热轧中间坯边部加热温度控制系统及方法，建立中频感应加热电源输出功率控制模型，该模型考虑机组速度、中间坯热辐射、中间坯与感应器的间隙和重叠量对电源输出功率的影响，对计算出的基础功率进行矫正得出最终的控制功率P；通过功率调节器、感应线圈电流和电压限幅对中频感应加热电源的输出功率、输出电流和电压进行闭环控制，解决中频感应加热电源输出功率波动大，感应线圈易出现过流、过压损坏的问题；通过线温度传感器获得中间坯横截面上的多点温度，并对这些温度值通过分组，在组内取加权平均值获得中间坯边部和中间表征温度，最终计算得中间坯边部和中间的温差，提高中间坯边部加热温度测量精度，解决以往单点测量中间坯温度易受环境干扰，测量不准的问题。
根据本发明提供的一种热轧中间坯边部加热温度控制系统，包括：
L2系统：设置热轧中间坯的边部加热工艺参数；
PLC控制系统：接收L2系统的工艺参数，通过运算得到中频感应加热电源和C型开度可调感应器的控制参数；
中频感应加热电源：接收来自PLC控制系统的设定功率阈值，按照设定功率阈值的能量传输至C型开度可调感应器；
C型开度可调感应器：接收来自PLC控制系统的设定开度阈值，按照设定开度阈值张开，并将来自中频感应加热电源的能量通过电磁转换传递给中间坯，在中间坯产生涡流加热中间坯；
线温度传感器：与PLC控制系统相连，采集中间坯横截面的多点温度，并将温度信号进行预处理传递给PLC控制系统做温度闭环控制；
中间坯：被加热对象；
中间坯进入等待位检测仪：中间坯进入等待位检测仪与L2系统相连，用于检测中间坯是否进入等待位；
中间坯进入加热位检测传感器：中间坯进入加热位检测传感器与PLC控制系统相连，用于检测中间坯是否进入加热位；
中间坯头部检测传感器：中间坯头部检测传感器与PLC控制系统相连，用于检测中间坯的头部；
中间坯尾部检测传感器：中间坯尾部检测传感器与PLC控制系统相连，用于检测中间坯的尾部。
优选地，还包括上位机HMI，用于显示热轧中间坯边部加热装置的状态信息，及在手动时人工输入操作指令。
优选地，PLC控制系统包括：
L2电文解析器：接收L2系统的电文，解析工作包括电文校验、电文拆分和数据格式转换；
VP功率矫正器：用于输入L2电文解析器解析出的加热基准功率P0、机组实际速度和中间坯热辐射功率，通过数学运算，计算出机组实际速度、中间坯热辐射功率损失后所需的功率Pr进行输出；
GL功率矫正系数计算器：根据C型开度可调感应器的开度和中间坯的宽度，计算出C型开度可调感应器与中间坯的间隙以及C型开度可调感应器与中间坯的重叠量，然后查表获得间隙效率补偿系数A和重叠量效率补偿系数B，计算出LP功率矫正系数C＝A*B进行输出；
GL功率矫正器：接收来自VP功率矫正器的输出功率Pr和GL功率矫正因素计算器的输出功率矫正系数C，通过数学运算得到矫正后的功率Pt作为输出。
优选地，PLC控制系统还包括：
功率闭环控制器：用于对功率的闭环设置进行控制，得到输出功率Pta；
温差闭环控制器：用于对温差的闭环设置进行控制；
温度信号处理器：用于对线温度传感器采集的温度信号进行处理，计算出中间坯的温差△Tfbk作为输出；
功率闭环控制器与温差闭环控制器串联；
功率闭环控制器接收温差闭环控制器的输出Padj与功率闭环控制器的正端输入相连；
温度信号处理器的输出△Tfbk与温差闭环控制器的负端输入相连。
优选地，功率闭环控制器包括：
功率比较器：用于计算出功率控制误差作为输出；
功率PI调节器：用于对功率误差进行PI调节，使中频感应加热电源4的实际输出功率与设定功率阈值保持一致；
功率控制模式选择器：通过控制触点的变化来选择是否进入功率闭环控制模式；
功率限幅器：对功率PI调节器的输出进行限幅；
功率比较器、功率PI调节器、功率控制模式选择器、功率限幅器依次连接；
功率比较器有两个正端输入、一个负端输入和一个输出端，其中一个正端与GL功率矫正器的输出相连，获得功率控制的基准值Pw,另一个正端输入与温差闭环控制器的输出相连，获得功率控制补偿值Padj，负端输入与电源电文解析器302的输出相连，获得功率反馈值Pwfbk，功率比较器的输出端输出功率控制误差至功率PI调节器；
功率PI调节器的输入端与功率比较器的输出端相连，获得功率误差，输出端与功率控制模式选择器的一个输入端相连；
功率控制模式选择器的一个输入端与功率比较器的输出端相连，另一个输入端设置为0，输出端与功率限幅器相连；
功率限幅器的输入端与功率控制模式选择器的输出端相连，对功率PI调节器的输出进行限幅，获得输出功率Pta输出到PLC控制系统的第一加法器上。
优选地，温差控制器包括：
温差比较器：用于计算出温差控制误差作为输出；
温差PI调节器：用于对温差误差进行PI调节，使中间坯的温差与温差设定阈值保持一致；
温差控制模式选择器：通过控制触点的变化来选择是否进入温差闭环控制；
功率调节限幅器：对温差PI调节器的输出进行限幅；
温差比较器、温差PI调节器、温差控制模式选择器、温差调节限幅器依次连接；
温差比较器有一个正端输入、一个负端输入和一个输出端，正端与L2电文解析器的输出相连，获得温差控制的基准值△Tset，负端输入与温度信号处理器308的输出相连，获得温差反馈值△Tfbk，温差比较器的输出端输出温差控制误差至温差PI调节器；
温差PI调节器的输入端与温差比较器的输出端相连，获得温差误差，输出端与温差控制模式选择器的一个输入端相连；
温差控制模式选择器的一个输入端与温差比较器的输出端相连，另一个输入端设置为0，输出端与温差调节限幅器相连；
温差调节限幅器的输入端与温差模式选择器的输出端相连，对温差PI调节器的输出进行限幅，获得Padj输出到功率闭环控制器。
优选地，PLC控制系统还包括：
第一加法器：用于对GL功率矫正器的输出功率Pt和功率闭环控制器的输出功率Pta相加得到最终功率P；
GL阻抗系数计算器：根据C型开度可调感应器的开度和中间坯的宽度，计算出C型开度可调感应器与中间坯的间隙以及C型开度可调感应器与中间坯的重叠量，然后查表获得间隙电阻补偿系数和重叠量电阻补偿系数，计算出LP电阻矫正系数Rk＝(RA*RB)/4作为输出；
电压计算器：将功率设定阈值转换为电压设定阈值Vc作为输出；
线圈电流与电压限幅控制器：对线圈电流和电压进行限幅控制。
优选地，PLC控制系统还包括：
第二加法器：将电压计算器的电压设定阈值Vc和线圈电流与电压限幅控制器输出值相加，输出电压给定值Vcc；
阻抗匹配器：用于第二加法器的输出电压给定值Vcc与阻抗匹配变压器的变比Kt,输出电压给定值Vck；
电压限幅器：用于对阻抗匹配的输出电压给定值Vck进行限幅；
乘法器：用于将对阻抗匹配器的输出电压给定值Vck除以中频感应加热电源的额定值再乘100％，转化为0-100％的电压百分比给定值；
运行模式选择器：用于确定最终输出给中频感应加热电源的电压给定值来源；
电压百分比限幅器：对最终输出给中频感应加热电源的电压给定值进行限幅，并将最终的电压给定值Vset输出给中频感应加热电源，使中频感应加热电源按要求输出功率。
根据本发明提供的一种热轧中间坯边部加热温度控制方法，包括如下步骤：
中间坯进入等待位步骤：设定好加热工艺参数和控制参数之后，中间坯进入等待位，触发中间坯进入中间坯进入等待位检测仪，中间坯进入等待位检测仪向L2系统发送中间坯进入的信号；
L2系统发电文步骤：L2系统接收到中间坯进入等待位检测仪向L2系统发送中间坯进入等待位信号之后，L2系统向PLC控制系统发送工艺参数电文；
PLC控制系统解析电文步骤：PLC控制系统接收到L2系统的工艺参数后，L2电文解析器对电文进行校验、电文拆分和数据格式转换，存储在数据缓存块中；
复制数据缓冲块数据步骤：当中间坯头部检测传感器和中间坯尾部检测传感器的状态同时为OFF时，表明当前在加热工位内无中间坯，数据缓冲块的数据直接复制至控制数据存储块中；当中间坯头部检测传感器和中间坯尾部检测传感器的状态不是同时为OFF时，表明中间坯处于加热工位中，数据缓冲块的数据复制至控制数据存储块中；
中频感应加热电源运行步骤：中间坯进入加热位检测传感器的状态由OFF转为ON时，表明中间坯进入加热工位，中频感应加热电源4开始运行；
加热功率参考值计算：中频感应加热电源开始运行后，VP功率矫正器从控制数据存储块中读取当前的基准功率P0、机组速度Vfbk，计算出P1；GL功率矫正器根据GL功率矫正系数计算器计算出的矫正系数C，对P1进行矫正得出功率闭环控制器的参考值Pw；
功率闭环控制器运行步骤：当中间坯头部检测传感器和中间坯尾部检测传感器的状态同时为ON时，表明中间坯已完全进入加热工位，功率闭环控制器开始工作，对中频感应加热电源输出功率进行闭环控制；
温差闭环控制器运行步骤：温差闭环控制器和功率闭环控制器工作时序一致；
线圈电流与电压限幅控制器运行步骤：线圈电流与电压限幅控制器和功率闭环控制器工作时序一致。
优选地，功率闭环控制器运行步骤包括：
功率闭环控制器保持输出步骤：当中间坯头部检测传感器的状态由ON转为OFF时，或者线圈电流与电压限幅控制器触发电流限幅或电压限幅，功率闭环控制器保持当前输出值，不再进行功率闭环控制；
功率闭环控制器关闭步骤：当中间坯尾部检测传感器的状态由ON时转为OFF时，功率闭环控制器停止输出，中频感应加热电源停止工作，等待下一块中间坯进入等待位。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、通过建立中频感应加热电源输出功率控制模型，该模型考虑机组速度、中间坯热辐射、中间坯与感应器的间隙和重叠量对电源输出功率的影响，对计算出的基础功率进行矫正得出最终的控制功率P，从而精准控制中间坯边部的温度，解决了以往中间坯边部加热温度控制精度不高的问题。
2、通过功率调节器、感应线圈电流和电压限幅对中频感应加热电源的输出功率、输出电流和电压进行闭环控制，解决中频感应加热电源输出功率波动大，感应线圈易出现过流、过压损坏的问题。
3、通过线温度传感器获得中间坯横截面上的多点温度，并对这些温度值通过分组，在组内取加权平均值获得中间坯边部和中间表征温度，最终计算得中间坯边部和中间的温差，提高中间坯边部加热温度测量精度，解决以往单点测量中间坯温度易受环境干扰，测量不准的问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中的整体系统结构图；
图2为本发明中的温度闭环控制模型图；
图3为本发明中感应器电压/电流限幅控制模型图。
图中：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1、图2、图3所示，根据本发明提供的一种热轧中间坯边部加热温度控制系统，包括：
L2系统1：属于工厂MES系统的一部分，根据生产计划产生当前热轧中间坯的边部加热工艺参数，包括铸坯号、铸坯宽度、铸坯厚度、铸坯长度、机组速度、加热功率、是否选择边部加热等。
PLC控制系统3：与L2系统1通过网络通信，接收L2系统1的工艺参数，通过运算得到中频感应加热电源4和C型开度可调感应器5的控制参数。
中频感应加热电源4：接收来自PLC控制系统3的设定功率阈值，按照设定功率阈值的能量传输至C型开度可调感应器5。
C型开度可调感应器5：接收来自PLC控制系统3的设定开度阈值，按照设定开度阈值张开，并将来自中频感应加热电源4的能量通过电磁转换传递给中间坯7，在中间坯7中产生涡流加热中间坯7。
线温度传感器6：与PLC控制系统3相连，采集中间坯7横截面的多点温度，并将温度信号进行预处理传递给PLC控制系统3做温度闭环控制。
中间坯7：被加热对象。
中间坯进入等待位检测仪8：中间坯进入等待位检测仪8与L2系统相连，用于检测中间坯是否进入等待位；当检测到中间坯7进入等待位之后，其状态由OFF变为ON，表明有中间坯7进入等待位，L2系统1收到该信号，L2系统1将下一块中间坯的工艺参数发至PLC控制系统3。
中间坯进入加热位检测传感器9：中间坯进入加热位检测传感器9与PLC控制系统3相连，用于检测中间坯7是否进入加热位；当检测到中间坯7进入加热位之后，其状态由OFF变为ON，表明有中间坯7进入加热位，PLC控制系统3收到该信号，PLC控制系统3根据信号变化控制中频感应加热电源4开启。
中间坯头部检测传感器10：中间坯头部检测传感器10与PLC控制系统3相连，用于检测中间坯7的头部；当检测到中间坯7的头部时，中间坯头部检测传感器10的状态由OFF变为ON，PLC控制系统3收到该信号，PLC控制系统3根据信号变化控制中频感应加热电源4的功率输出。
中间坯尾部检测传感器11：中间坯尾部检测传感器11与PLC控制系统3相连，用于检测中间坯7的尾部；当检测到中间坯7的尾部时，中间坯尾部检测传感器11的状态由OFF变为ON，PLC控制系统3收到该信号，PLC控制系统3根据信号变化控制中频感应加热电源4的功率输出。
进一步来说，PLC控制系统3包含：L2电文解析器301、电源电文解析器302、VP功率矫正器303、GL功率矫正因素计算器304、GL功率矫正器305、功率闭环控制器306、温差闭环控制器307、温度信号处理器308、第一加法器309、GL阻抗计算器310、电压计算器311、线圈电流与电压控制器312、第二加法器313、阻抗匹配器314、电压限幅器315、乘法器316、运行模式选择器317和电压百分比限幅器318，
L2电文解析器301：接收L2系统1的电文，解析工作包括电文校验、电文拆分和数据格式转换；PLC控制系统3通过网络与L2系统1通信，接收L2系统1的电文，通过L2系统1中的电文解析器解析，解析工作包括电文校验、电文拆分和数据格式转换。PLC控制系统3与L2系统1的通信网络可为以太网、Profibus等网络。
电源电文解析器302：接受中频感应加热电源4的电文，解析工作包括电文校验、电文拆分和数据格式转换。
VP功率矫正器303：用于L2系统1中的L2电文解析器301解析出的加热基准功率P0、机组实际速度Vfbk、中间坯热辐射功率作为VP功率矫正器303的输入，在VP功率矫正器303通过数学运算，计算出考虑机组实际速度、中间坯热辐射功率损失后所需的功率Pr作为VP功率矫正器303的输出。计算公式如下：
P1＝P0*Vfbk/V0+Pr，其中V0位机组基准速度。
GL功率矫正因素计算器304：根据C型开度可调感应器5的开度和中间坯7的宽度，计算出C型开度可调感应器5与中间坯7的间隙以及C型开度可调感应器5与中间坯7的重叠量，然后查表获得间隙效率补偿系数A和重叠量效率补偿系数B，计算出LP功率矫正系数C进行输出，作为LP功率矫正系数计算器304的输出。计算公式如下：
C＝A*B
GL功率矫正器305：接收来自VP功率矫正器303的输出功率Pr和GL功率矫正因素计算器304的输出功率矫正系数C，通过数学运算得到矫正后的功率Pt作为输出。Pt分为两路，一路作为电压计算器311的输入Pt，一路作为功率控制器306的输入Pw。计算公式如下：
Pt＝Pw＝P1*Ka/C,其中Ka初始值为1，可根据实际情况进行微调
功率闭环控制器306包含功率比较器3061、功率PI调节器3062、功率控制模式选择器3063和功率限幅器3064。
功率比较器3061：功率比较器3061的正端输入分别来自GL功率矫正器305的输出Pw、温差控制器307的输出Padj，两者相加作为比较器3061的功率给定值Pset，负端输入来自电源电文解析器302的解析出的中频感应加热电源4的实际输出功率Pwfbk。功率比较器3061计算出功率控制误差作为输出。
功率PI调节器(比例-积分调节器)3062：功率PI调节器3062的输入与功率比较器3061的输出相连，对功率误差进行PI调节，使中频感应加热电源4的实际输出功率与功率给定值保持一致。
功率控制模式选择器3063：包含两个输入、一个控制触点和一个输出通道，当控制触点为1时，功率闭环控制投入使用，输出通道与第二输入通道相连，功率PI调节器3062的输出Pta选通，选择器的输出为功率PI调节器3062的输出Pta；当控制触点为0时，功率闭环控制不投入使用，输出通道与第一输入通道相连，功率控制模式选择器3063的输出为第一输入通道的输入，本案例第一输入通道的输入为0。
功率限幅器3064：对功率PI调节器3062的输出进行限幅，保证发给中频感应加热电源4的功率给定值在其额定功率范围内。
其中，功率比较器3061、功率PI调节器3062、功率控制模式选择器3063、功率限幅器3064依次连接；功率比较器3061有两个正端输入、一个负端输入和一个输出端，其中一个正端与GL功率矫正器305的输出相连，获得功率控制的基准值Pw,另一个正端输入与温差闭环控制器307的输出相连，获得功率控制补偿值Padj，负端输入与电源电文解析器302的输出相连，获得功率反馈值Pwfbk，功率比较器3061的输出端输出功率控制误差至功率PI调节器；功率PI调节器3062的输入端与功率比较器3061的输出端相连，获得功率误差，输出端与功率控制模式选择器3063的一个输入端相连；功率控制模式选择器3063的一个输入端与功率比较器3061的输出端相连，另一个输入端设置为0，输出端与功率限幅器3064相连；功率限幅器3064的输入端与功率控制模式选择器3063的输出端相连，对功率PI调节器3062的输出进行限幅，获得输出功率Pta输出到PLC控制系统3的第一加法器309上。
温差闭环控制器307包含温差比较器3071、温差PI调节器3072、温差控制模式选择器3073和功率限幅器3074；
温差比较器3071：温差比较器3071的正端输入来自L2电文解析器301的温差给定值△Tset、负端输入来自温度信号处理器计算出的中间坯实际温差△Tfbk，温差比较器3071计算出温差控制误差作为输出。
温差PI调节器(比例-积分调节器)3072：温差PI调节器3072的输入与温差比较器3071的输出相连，对温差误差进行PI调节，使中间坯7的温差与给定值保持一致。
温差控制模式选择器3073：温差控制模式选择器3073包含两个输入、一个控制触点和一个输出通道，当控制触点为1时，温差闭环控制投入使用，输出通道与第二输入通道相连，温差PI调节器3072的输出Pajt选通，温差控制模式选择器3073的输出为PI调节器的输出Pajt；当控制触点为0时，温差闭环控制不投入使用，输出通道与第一输入通道相连，温差控制模式选择器3073的输出为第一输入通道的输入，本案例第一输入通道的输入为0。
功率调节限幅器3074：对温差PI调节器3072的输出进行限幅，保证发给中频感应加热电源4的功率给定值在其额定功率范围内。
其中，温差比较器3071、温差PI调节器3072、温差控制模式选择器3073、温差调节限幅器3074依次连接；温差比较器3071有一个正端输入、一个负端输入和一个输出端，正端与L2电文解析器301的输出相连，获得温差控制的基准值△Tset，负端输入与温度信号处理器308的输出相连，获得温差反馈值△Tfbk，温差比较器3071的输出端输出温差控制误差至温差PI调节器3072；温差PI调节器3072的输入端与温差比较器3071的输出端相连，获得温差误差，输出端与温差控制模式选择器3073的一个输入端相连；温差控制模式选择器3073的一个输入端与温差比较器3071的输出端相连，另一个输入端设置为0，输出端与温差调节限幅器3074相连；温差调节限幅器3074的输入端与温差模式选择器3073的输出端相连，对温差PI调节器3072的输出进行限幅，获得Padj输出到功率闭环控制器306。
温度信号处理器308：对线温度传感器6采集的温度信号进行处理，计算出中间坯7的温差△Tfbk作为输出。
线温度传感器6：能够采集到中间坯7横截面的多点温度，通过网络通信的方式发送至PLC控制系统3，网络通信可以采用RS232、RS485等协议进行传输。
温度信号处理器308对线温度传感器6采集的多点温度信号T1、T2、T3…TN进行处理，得出三点温度信号，分别为表征中间坯边部温度的Tleft、Tright和中间坯中间温度的Tmiddle。
温度信号处理器308对线温度传感器6采集的多点温度信号T1、T2、T3…TN进行分组,沿带钢宽度方向分为三组{Tl1、Tl2、Tl3…Tln}、{Tm1、Tm2、Tm3…Tmn}、{Tr1、Tr2、Tr3…Trn}，Tleft、Tright、Tmiddle分别为三组温度信号的加权平均值，各个温度的权值根据试验或数值仿真获得，计算公式如下：
Tleft＝(kl1*Tl1+kl2*Tl2+kl3*Tl3…+kln*Tln)/n
Tmiddle＝(km1*Tm1+km2*Tm2+km3*Tm3…+kmn*Tmn)/n
Tright＝(kr1*Tr1+kr2*Tr2+kr3*Tr3…+krn*Trn)/n
温度信号处理器308的输出△Tfbkd的计算公式如下：
△Tfbkd＝Tmiddle-(Tleft+Tright)/2
进一步来说，功率闭环控制器306与温差闭环控制器307串联；功率闭环控制器306接收温差闭环控制器307的输出Padj与功率闭环控制器306的正端输入相连；温度信号处理器308的输出△Tfbk与温差闭环控制器307的负端输入相连。
第一加法器309：将GL功率矫正器305的输出Pt和功率闭环控制器306的输出Pta相加输出P作为中频感应加热电源4所要输出的最终功率。
GL阻抗系数计算器310：根据当前C型开度可调感应器5的开度和中间坯7的宽度，计算出C型开度可调感应器5与中间坯7的间隙GAP和C型开度可调感应器5与中间坯7的重叠量LAP，然后查表获得间隙电阻补偿系数RA和重叠量电阻补偿系数RB，计算出GL阻矫正系数Rk＝(RA*RB)/4，作为GL阻抗系数计算器310的输出。
电压计算器311：电压计算器311包含两个输入，分别与GL阻抗系数计算器310的输出Rk和第一加法器309的输出P相连，通过数学运算将中频感应加热电源4的功率给定值P转换为电压给定值Vc作为输出。计算公式如下：
Vc＝sqrt(P*Rk*1000)。
线圈电流与电压限幅控制器312包含：对线圈电流和电压进行限幅控制。
线圈电流限幅控制器包含：
线圈反馈电流最大值选择器31201：取四个感应器反馈电流的最大值，作为线圈电流限幅控制器的反馈值；
电流比较器31202：两个输入端，正端为感应器额定电流，负端为感应器反馈实际电流，比较两个电流的差值作为输出。
电流比例调节器31203：根据电流比较器31202的输出进行比例调节，输出电流限幅控制量。
电流积分调节器31204：根据电流比较器31202的输出进行积分调节，输出电流限幅控制量。
积分限幅器31205：对电流积分调节器31204输出电流限幅控制量进行限幅，使其在IL和LU之间。
第三加法器31206：将电流比例调节器31203输出的电流限幅控制量和经过限幅后的电流积分调节器31204输出电流限幅控制量相加，输出最终的电流限幅控制量。
电流限幅器31207：对最终输出的电流限幅控制量进行限幅，使其在IL和LU之间。
电流限幅控制运行控制器31208：当电流限幅控制运行控制器31208导通，则输出经电流限幅器31207限幅的电流限幅控制量。
第一比较器31209：比较电流限幅控制量的输出与阈值E比较，当电流限幅控制量大于阈值E，触发感应线圈电流限幅；当电流限幅控制量小等于阈值E，则输出电压限幅控制量Vlmt。
线圈电压限幅控制器包含：
线圈反馈电压最大值选择器31211：取两组感应器反馈电压的最大值，作为线圈电压限幅控制器的反馈值；
电压比较器31212：两个输入端，正端为感应器额定电压，负端为感应器反馈实际电压，比较两个电压的差值作为输出。
电压比例调节器31213：根据电压比较器31212的输出进行比例调节，输出电压限幅控制量。
电压积分调节器31214：根据电压比较器31212的输出进行积分调节，输出电压限幅控制量。
积分限幅器31215：对电压积分调节器31214输出电压限幅控制量进行限幅，使其在UL和UU之间。
第四加法器31216：将电压比例调节器31213输出的电压限幅控制量和经过限幅后的电压积分调节器31214输出电压限幅控制量相加，输出最终的电压限幅控制量。
电压限幅器31217：对最终输出的电压限幅控制量进行限幅，使其在UL和UU之间。
电压限幅控制运行控制器31218：当电压限幅控制运行控制器31208导通，则输出经电压限幅器31217限幅的电压限幅控制量。
第二比较器31219：比较电压限幅控制量的输出与阈值F比较，当电压限幅控制量大于阈值F，触发感应线圈电压限幅；当电压限幅控制量小等于阈值F，则输出电压限幅控制量Vlmt。
第二加法器313将电压计算器311计算的给定电压Vc和线圈电流与电压限幅控制器312输出的电压限幅控制量Vlmt相加，输出电压给定值Vcc。
阻抗匹配器314：将加法器313输出电压给定值Vcc乘阻抗匹配变压器的变比Kt,输出电压给定值Vck。
电压限幅器315：电压限幅器315对阻抗匹配器314输出电压给定值Vck进行限幅；
乘法器316：将电压给定值Vck除以中频感应加热电源4的额定值再乘100％，转化为0-100％的电压百分比给定值。
运行模式选择器317：确定最终输出给中频感应加热电源4的电压给定值来源，如果运行模式选择器317的第二通道导通，则运行模式为自动模式，中频感应加热电源4的电压给定值来自乘法器316的输出；如果运行模式选择器317的第一通道导通，则运行模式为手动模式，中频感应加热电源4的电压给定值来自上位机HMI2的电压设定值。
电压百分比限幅器318：对最终输出给中频感应加热电源4的电压给定值进行限幅，并将最终的电压给定值Vset输出给中频感应加热电源4，使中频感应加热电源4按要求输出功率。
基于本发明的优选例，作进一步说明。
基于上述基础实施例，还包括上位机HMI2，能够与PLC控制系统3通过网络通信，在上位机HMI2上显示热轧中间坯边部加热装置的状态信息，及在手动时人工输入操作指令。
基于上述基础实施例，对于C型开度可调感应器5布置四个，分别为WS入口侧感应器501、WS出口侧感应器502、DS入口侧感应器503和DS出口侧感应器504。
根据本发明提供的一种热轧中间坯边部加热温度控制方法，包括如下步骤：
中间坯进入等待位步骤：设定好加热工艺参数和控制参数之后，中间坯进入等待位，触发中间坯进入中间坯进入等待位检测仪，中间坯进入等待位检测仪向L2系统发送中间坯进入的信号；
L2系统发电文步骤：L2系统接收到中间坯进入等待位检测仪向L2系统发送中间坯进入等待位信号之后，L2系统向PLC控制系统发送工艺参数电文；
PLC控制系统解析电文步骤：PLC控制系统接收到L2系统的工艺参数后，L2电文解析器对电文进行校验、电文拆分和数据格式转换，存储在数据缓存块中；
复制数据缓冲块数据步骤：当中间坯头部检测传感器和中间坯尾部检测传感器的状态同时为OFF时，表明当前在加热工位内无中间坯，数据缓冲块的数据直接复制至控制数据存储块中；当中间坯头部检测传感器和中间坯尾部检测传感器的状态不是同时为OFF时，表明中间坯处于加热工位中，数据缓冲块的数据复制至控制数据存储块中；
中频感应加热电源运行步骤：中间坯进入加热位检测传感器的状态由OFF转为ON时，表明中间坯进入加热工位，中频感应加热电源4开始运行；
加热功率参考值计算：中频感应加热电源开始运行后，VP功率矫正器从控制数据存储块中读取当前的基准功率P0、机组速度Vfbk，计算出P1；GL功率矫正器根据GL功率矫正系数计算器计算出的矫正系数C，对P1进行矫正得出功率闭环控制器的参考值Pw；
功率闭环控制器运行步骤：当中间坯头部检测传感器和中间坯尾部检测传感器的状态同时为ON时，表明中间坯已完全进入加热工位，功率闭环控制器开始工作，对中频感应加热电源输出功率进行闭环控制；
温差闭环控制器运行步骤：温差闭环控制器和功率闭环控制器工作时序一致；
线圈电流与电压限幅控制器运行步骤：线圈电流与电压限幅控制器和功率闭环控制器工作时序一致。
功率闭环控制器运行步骤包括：
功率闭环控制器保持输出步骤：当中间坯头部检测传感器的状态由ON转为OFF时，或者线圈电流与电压限幅控制器触发电流限幅或电压限幅，功率闭环控制器保持当前输出值，不再进行功率闭环控制；
功率闭环控制器关闭步骤：当中间坯尾部检测传感器的状态由ON时转为OFF时，功率闭环控制器停止输出，中频感应加热电源停止工作，等待下一块中间坯进入等待位。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种热轧中间坯边部加热温度控制系统，其特征在于，包括：
L2系统(1)：设置热轧中间坯的边部加热工艺参数；
PLC控制系统(3)：接收L2系统(1)的边部工艺参数，通过运算得到中频感应加热电源(4)的设定功率阈值和C型开度可调感应器(5)的设定开度阈值；
中频感应加热电源(4)：接收来自PLC控制系统(3)的设定功率阈值，按照设定功率阈值的能量传输至C型开度可调感应器(5)；
C型开度可调感应器(5)：接收来自PLC控制系统(3)的设定开度阈值，按照设定开度阈值张开，并将来自中频感应加热电源(4)的能量通过电磁转换传递给中间坯(7)，在中间坯(7)中产生涡流加热中间坯(7)；
线温度传感器(6)：与PLC控制系统(3)相连，采集中间坯(7)横截面的多点温度，并将温度信号进行预处理传递给PLC控制系统(3)做温度闭环控制；
中间坯进入等待位检测仪(8)：中间坯进入等待位检测仪(8)与L2系统(1)相连，用于检测中间坯(7)是否进入等待位；
中间坯进入加热位检测传感器(9)：中间坯进入加热位检测传感器(9)与PLC控制系统(3)相连，用于检测中间坯(7)是否进入加热位；
中间坯头部检测传感器(10)：中间坯头部检测传感器(10)与PLC控制系统(3)相连，用于检测中间坯(7)的头部；
中间坯尾部检测传感器(11)：中间坯尾部检测传感器(11)与PLC控制系统(3)相连，用于检测中间坯(7)的尾部。
2.根据权利要求1所述的热轧中间坯边部加热温度控制系统，其特征在于，还包括上位机HMI(2)，与PLC控制系统通过网络通信，用于显示热轧中间坯边部加热装置的状态信息，及在手动时人工输入操作指令。
3.根据权利要求1所述的热轧中间坯边部加热温度控制系统，其特征在于，所述PLC控制系统(3)包括：
L2电文解析器(301)：接收L2系统(1)的电文，解析工作包括电文校验、电文拆分和数据格式转换；
VP功率矫正器(303)：用于输入L2电文解析器(301)解析出的加热基准功率P0、机组实际速度和中间坯热辐射功率，通过数学运算，计算出机组实际速度、中间坯热辐射功率损失后所需的功率Pr进行输出；
GL功率矫正系数计算器(304)：根据C型开度可调感应器(5)的开度和中间坯(7)的宽度，计算出C型开度可调感应器(5)与中间坯(7)的间隙以及C型开度可调感应器(5)与中间坯(7)的重叠量，然后查表获得间隙效率补偿系数A和重叠量效率补偿系数B，计算出LP功率矫正系数C＝A*B进行输出；
GL功率矫正器(305)：接收来自VP功率矫正器(303)的输出功率Pr和GL功率矫正因素计算器(304)的输出功率矫正系数C，通过数学运算得到矫正后的功率Pt作为输出。
4.根据权利要求1所述的热轧中间坯边部加热温度控制系统，其特征在于，所述PLC控制系统(3)还包括：
功率闭环控制器(306)：用于对功率进行闭环控制，得到输出功率Pta；
温差闭环控制器(307)：用于对中间坯温差闭环控制；
温度信号处理器(308)：用于对线温度传感器(6)采集的温度信号进行处理，计算出中间坯(7)的温差△Tfbk作为输出；
所述功率闭环控制器(306)与温差闭环控制器(307)串联；
所述功率闭环控制器(306)接收温差闭环控制器(307)的输出Padj与功率闭环控制器(306)的正端输入相连；
所述温度信号处理器(308)的输出△Tfbk与温差闭环控制器(307)的负端输入相连。
5.根据权利要求4所述的热轧中间坯边部加热温度控制系统，其特征在于，所述功率闭环控制器(306)包括：
功率比较器(3061)：用于计算出功率控制误差作为输出；
功率PI调节器(3062)：用于对功率误差进行PI调节，使中频感应加热电源4的实际输出功率与设定功率阈值保持一致；
功率控制模式选择器(3063)：通过控制触点的变化来选择是否进入功率闭环控制模式；
功率限幅器(3064)：对功率PI调节器(3062)的输出进行限幅；
所述功率比较器(3061)、功率PI调节器(3062)、功率控制模式选择器(3063)、功率限幅器(3064)依次连接。
6.根据权利要求4所述的热轧中间坯边部加热温度控制系统，其特征在于，所述温差控制器(307)包括：
温差比较器(3071)：用于计算出温差控制误差作为输出；
温差PI调节器(3072)：用于对温差误差进行PI调节，使中间坯(7)的温差与温差设定阈值保持一致；
温差控制模式选择器(3073)：通过控制出点的变化来选择是否进入温差闭环控制；
温差调节限幅器(3074)：对温差PI调节器(3072)的输出进行限幅；
所述温差比较器(3071)、温差PI调节器(3072)、温差控制模式选择器(3073)、温差调节限幅器(3074)依次连接。
7.根据权利要求1所述的热轧中间坯边部加热温度控制系统，其特征在于，所述PLC控制系统(3)还包括：
第一加法器(309)：用于对GL功率矫正器(305)的输出功率Pt和功率闭环控制器(306)的输出功率Pta相加得到最终功率P；
GL阻抗系数计算器(310)：根据C型开度可调感应器(5)的开度和中间坯(7)的宽度，计算出C型开度可调感应器(5)与中间坯(7)的间隙以及C型开度可调感应器(5)与中间坯(7)的重叠量，然后查表获得间隙电阻补偿系数RA和重叠量电阻补偿系数RB，计算出LP电阻矫正系数Rk＝(RA*RB)/4作为输出；
电压计算器(311)：将功率设定阈值转换为电压设定阈值Vc作为输出；
线圈电流与电压限幅控制器(312)：对线圈电流和电压进行限幅控制。
8.根据权利要求7所述的热轧中间坯边部加热温度控制系统，其特征在于，所述PLC控制系统(3)还包括：
第二加法器(313)：将电压计算器(311)的电压设定阈值Vc和线圈电流与电压限幅控制器(312)输出值相加，输出电压给定值Vcc；
阻抗匹配器(314)：用于第二加法器(313)的输出电压给定值Vcc与阻抗匹配变压器(314)的变比Kt,输出电压给定值Vck；
电压限幅器(315)：用于对阻抗匹配器(314)的输出电压给定值Vck进行限幅；
乘法器(316)：用于将对阻抗匹配器(314)的输出电压给定值Vck除以中频感应加热电源(4)的额定值再乘100％，转化为0-100％的电压百分比给定值；
运行模式选择器(317)：用于确定最终输出给中频感应加热电源(4)的电压给定值来源；
电压百分比限幅器(318)：对最终输出给中频感应加热电源(4)的电压给定值进行限幅，并将最终的电压给定值Vset输出给中频感应加热电源(4)，使中频感应加热电源(4)按要求输出功率。
9.一种热轧中间坯边部加热温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
中间坯进入等待位步骤：设定好加热工艺参数和控制参数之后，中间坯(7)进入等待位，触发中间坯进入中间坯进入等待位检测仪(8)，中间坯进入等待位检测仪(8)向L2系统(1)发送中间坯(7)进入的信号；
L2系统发电文步骤：L2系统(1)接收到中间坯进入等待位检测仪(8)向L2系统(1)发送中间坯(7)进入等待位信号之后，L2系统(1)向PLC控制系统(3)发送工艺参数电文；
PLC控制系统解析电文步骤：PLC控制系统(3)接收到L2系统(1)的工艺参数后，L2电文解析器对电文进行校验、电文拆分和数据格式转换，存储在数据缓存块中；
复制数据缓冲块数据步骤：当中间坯头部检测传感器(10)和中间坯尾部检测传感器(11)的状态同时为OFF时，表明当前在加热工位内无中间坯(7)，数据缓冲块的数据直接复制至控制数据存储块中；当中间坯头部检测传感器(10)和中间坯尾部检测传感器(11)的状态不是同时为OFF时，表明中间坯(7)处于加热工位中，数据缓冲块的数据复制至控制数据存储块中；
中频感应加热电源运行步骤：中间坯进入加热位检测传感器(9)的状态由OFF转为ON时，表明中间坯(7)进入加热工位，中频感应加热电源4开始运行；
加热功率参考值计算：中频感应加热电源(4)开始运行后，VP功率矫正器(303)从控制数据存储块中读取当前的基准功率P0、机组速度Vfbk，计算出P1；GL功率矫正器(305)根据GL功率矫正系数计算器(304)计算出的矫正系数C，对P1进行矫正得出功率闭环控制器(306)的参考值Pw；
功率闭环控制器运行步骤：当中间坯头部检测传感器(10)和中间坯尾部检测传感器(11)的状态同时为ON时，表明中间坯(7)已完全进入加热工位，功率闭环控制器(306)开始工作，对中频感应加热电源(4)输出功率进行闭环控制；
温差闭环控制器运行步骤：在功率闭环控制器(306)投入工作后，温差闭环控制器(307)也立刻投入工作，投运时间点一样；
线圈电流与电压限幅控制器运行步骤：在功率闭环控制器(306)投入工作后，线圈电流与电压限幅控制器(312)和功率闭环控制器(306)也立刻投入工作。
10.根据权利要求9所述的一种热轧中间坯边部加热温度控制方法，其特征在于，所述功率闭环控制器运行步骤包括：
功率闭环控制器保持输出步骤：当中间坯头部检测传感器(10)的状态由ON转为OFF时，或者线圈电流与电压限幅控制器(312)触发电流限幅或电压限幅，功率闭环控制器(306)保持当前输出值，不再进行功率闭环控制；
功率闭环控制器关闭步骤：当中间坯尾部检测传感器(11)的状态由ON时转为OFF时，功率闭环控制器(306)停止输出，中频感应加热电源(4)停止工作，等待下一块中间坯(7)进入等待位。
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