CN114488778A - 一种连续热镀锌机组气刀参数自动控制方法 - Google Patents

一种连续热镀锌机组气刀参数自动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及连续热镀锌板带钢生产技术领域，且公开了一种连续热镀锌机组气刀参数自动控制方法，包括以下步骤：S1、收集热镀锌产线的实际生产数据；S2、监控产线跟踪数据，读取现场控制的PLC数据，当下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置将要达到气刀时触发步骤S3；本发明降低热镀锌带钢产品的锌层厚度不符要求问题的几率；在保证带钢锌层厚度的同时不降低带钢的生产速度，提高了产线的生产效率；节约了大量锌液成本；实施操作简单易行。

Description

一种连续热镀锌机组气刀参数自动控制方法
技术领域
本发明涉及连续热镀锌板带钢生产技术领域，具体为一种连续热镀锌机组气刀参数自动控制方法。
背景技术
连续热镀锌机组中的锌层厚度控制的执行单元为气刀，从这点来说，气刀作为热镀锌机组中的一个关键设备，对其控制的准确程度直接影响镀锌板的质量，进而影响整个热镀锌线的工作效率与经济指标。图1为热镀锌产线气刀的简易示意图。气刀主要包括：气刀、锌锅、沉没辊、测厚仪4个部分组成。在生产过程中，退火后的带钢会浸入到锌锅中，从而将带钢上下表面附着一层锌液，而此时的锌液附着量通常会比带钢目标锌层厚度厚，且锌液附着不均匀。从而会将带钢经过气刀，气刀安置于带钢两侧，采用细而强力的空气或氮气吹掉带钢表面多余的锌液。
目前，国内大部分钢厂热镀锌产品线的锌层厚度控制为开环控制，即操作工根据测厚仪反馈的锌层厚度数据，手动对气刀的各项参数进行调整以保证锌层厚度。而对于钢卷速度的变化以及不同规格的钢种，目前还是大量依赖于操作工的经验和历史数据，锌层厚度波动较大且与目标锌层厚度存在一定差异，造成大量的人力，财力以及锌液成本的浪费。而锌层厚度与气刀的压力、距离、高度参数均高度相关，且与各参数之间的关系呈现非线性，通过手动调节很难权衡锌层厚度与各参数之间的平衡。本申请人发现，可通过神经网络预测气刀参数，实现热镀锌产品锌层厚度的自动控制。针对气刀的自动控制问题：专利申请号201910999806.9公开了一个预测锌层厚度值，再选择其中最接近目标厚度的工艺参数的过程。但是该发明在准确度上存在很大的局限性，尤其对特殊工艺参数情况的预测有较大的误差。专利申请号202110847197.2公开了一种根据传统的热镀锌带钢锌层厚度理论模型来调节气刀参数的方法。但是该方法提出的方程过于复杂，难以在线应用。刘海龙等人在“热镀锌锌层厚度的闭环控制”简介文献中提出了一种热镀锌锌层厚度的闭环控制方法，但是它具有一定的滞后性，控制动作不够及时。以上内容说明目前亟需一种精度高，速度快的锌层厚度自动调节方法。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种连续热镀锌机组气刀参数自动控制方法，解决了上述背景技术中所存在的问题。
（二）技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种连续热镀锌机组气刀参数自动控制方法，包括以下步骤：
S1、收集热镀锌产线的实际生产数据；
S2、监控产线跟踪数据，读取现场控制的PLC数据，当下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置将要达到气刀时触发步骤S3；
S3、分别计算不同规格带钢上下表面对应的气刀参数值，气刀参数设定的具体过程依赖神经网络N的计算，该神经网络的结构为：一个包括5个输入参数的输入层，输入参数为带钢厚度t (mm)、带钢宽度w(mm)、上表面或者下表面目标锌层厚度ZnT(g/m2)、产线速度v(m/min)及当前锌液种类；两个包含100节点的隐藏层结构；以及包含4个输出参数的输出层，输出参数包括气刀距离、气刀压力、气刀高度、矫正辊参数；各神经层节点间采用Sigmoid激励函数连接，神经网络N的功能是给出可满足带钢目标锌层厚度并且最大程度降低锌液成本的气刀设定参数，在通过神经网络完成气刀设定参数计算后进入步骤S4；
S4、将计算出的气刀参数存储至PLC数据块中，待下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置到达气刀处进行触发判断，此时根据带钢生产要求选择具体执行逻辑，若带钢上下表面目标锌层厚度相同，则气刀上下表面参数都依据带钢上表面设置，若带钢上下表面目标锌层厚度不同，则对上下表面气刀参数分别进行设置，此时新一卷带钢进入气刀区域，进入步骤S5；
S5、检测热镀锌机组产线的速度是否变化，若产线速度发生改变，则相应调整气刀参数，根据不同的锌液种类，利用随机森林模型计算出气刀参数的调整量，该随机森林结构为：四个输入参数分别为气刀距离(cm)/气刀压力(Pa)、气刀高度(cm)、目标锌层厚度(g/m2)、速度(m/min)；输出参数为气刀压力(Pa)/气刀距离(cm)；随机森林最大深度为15，叶子节点最小样本数为2，随机森林的功能为根据速度变化以及锌液种类调整气刀距离或压力；
S6、实时监测锌层厚度是否满足需求，若发生锌层厚度不满足要求，则立即根据锌液种类，使用PID算法调整对应气刀参数，PID算法目标值为目标锌层厚度，调整量分别为气刀距离和气刀压力，此步骤与步骤S5并行执行，调整后继续监测，进而进入步骤S7；
S7、最终带钢尾部位置离开气刀区域，完成本卷带钢的控制流程，并同时执行下一卷带钢的气刀参数。
优选的，所述步骤S3中，下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置距气刀前150m位置时，使用步骤S3中神经网络模型对符合下一卷锌层厚度要求的气刀参数计算。
优选的，所述步骤S4中，比较当前卷与下一卷的目标锌层厚度，若当前卷目标锌层厚度大于下一卷目标锌层厚度，则在下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置过了气刀5米后气刀执行下一卷参数，若当前卷目标锌层厚度小于下一卷目标锌层厚度，则在下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置距离气刀5米前气刀执行下一卷参数，若当前卷目标锌层厚度等于下一卷目标锌层厚度，则在下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置距离气刀5米以内气刀执行下一卷参数。
优选的，所述步骤S5和步骤S6中，若锌液种类为GI，则调整气刀压力，若锌液种类为AM，则调整气刀距离。
优选的，所述步骤S6中，PID的P、I、D参数分别设置为30、0.001、0。
（三）有益效果
本发明提供了一种连续热镀锌机组气刀参数自动控制方法，具备以下有益效果：
本发明降低热镀锌带钢产品的锌层厚度不符要求问题的几率；在保证带钢锌层厚度的同时不降低带钢的生产速度，提高了产线的生产效率；节约了大量锌液成本；实施操作简单易行。
附图说明
图1为气刀布置结构示意图；
图2为本发明中整体气刀参数调节逻辑图；
图3为本发明中神经网络N结构流程图；
图4为本发明中随机森林结构流程图。
图1中：1、锌锅；2、气刀；3、带钢；4、测厚仪。
图3中：1、输入层；2、隐藏层；3、输出层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种连续热镀锌机组气刀参数自动控制方法，包括以下步骤：
S1、收集热镀锌产线的实际生产数据；
S2、监控产线跟踪数据，读取现场控制的PLC数据，当下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置将要达到气刀时触发步骤S3；
S3、分别计算不同规格带钢上下表面对应的气刀参数值，气刀参数设定的具体过程依赖神经网络N的计算，该神经网络的结构为：一个包括5个输入参数的输入层，输入参数为带钢厚度t (mm)、带钢宽度w(mm)、上表面或者下表面目标锌层厚度ZnT(g/m2)、产线速度v(m/min)及当前锌液种类；两个包含100节点的隐藏层结构；以及包含4个输出参数的输出层，输出参数包括气刀距离、气刀压力、气刀高度、矫正辊参数；各神经层节点间采用Sigmoid激励函数连接，神经网络N的功能是给出可满足带钢目标锌层厚度并且最大程度降低锌液成本的气刀设定参数，下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置距气刀前150m位置时，使用中神经网络模型对符合下一卷锌层厚度要求的气刀参数计算后进入步骤S4，；
S4、将计算出的气刀参数存储至PLC数据块中，待下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置到达气刀处进行触发判断，此时根据带钢生产要求选择具体执行逻辑，比较当前卷与下一卷的目标锌层厚度，若当前卷目标锌层厚度大于下一卷目标锌层厚度，则在下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置过了气刀5米后气刀执行下一卷参数，若当前卷目标锌层厚度小于下一卷目标锌层厚度，则在下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置距离气刀5米前气刀执行下一卷参数，若当前卷目标锌层厚度等于下一卷目标锌层厚度，则在下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置距离气刀5米以内气刀执行下一卷参数，进入步骤S5；
S5、检测热镀锌机组产线的速度是否变化，若产线速度发生改变，则相应调整气刀参数，根据不同的锌液种类，利用随机森林模型计算出气刀参数的调整量，该随机森林结构为：四个输入参数分别为气刀距离(cm)/气刀压力(Pa)、气刀高度(cm)、目标锌层厚度(g/m2)、速度(m/min)；输出参数为气刀压力(Pa)/气刀距离(cm)；随机森林最大深度为15，叶子节点最小样本数为2，随机森林的功能为根据速度变化以及锌液种类调整气刀距离或压力，若锌液种类为GI，则调整气刀压力，若锌液种类为AM，则调整气刀距离；
S6、实时监测锌层厚度是否满足需求，若发生锌层厚度不满足要求，则立即根据锌液种类，使用PID算法调整对应气刀参数，PID算法目标值为目标锌层厚度，PID的P、I、D参数分别设置为30、0.001、0，调整量分别为气刀距离和气刀压力，若锌液种类为GI，则调整气刀压力，若锌液种类为AM，则调整气刀距离，此步骤与步骤S5并行执行，调整后继续监测，进而进入步骤S7；
S7、最终带钢尾部位置离开气刀区域，完成本卷带钢的控制流程，并同时执行下一卷带钢的气刀参数。
按照下述步骤对焊缝过气刀时的带钢锌层厚度进行控制：
（1）开始；
（2）以当前卷目标锌层厚度为60 g/m2，下一卷厚度69 mm，宽度104 mm，速度86m/min，目标锌层厚度50 g/m2，锌液种类GI的两卷带钢生产过程为例，对下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置距离气刀位置进行跟踪；
（3）当焊缝位置距离气刀前150 m时通过神经网络计算出符合下一卷带钢要求的气刀参数值，计算过程考虑带钢厚度t、带钢宽度w、目标锌层厚度ZnT(g/m2)、产线速度v(m/min)及当前锌液种类五项参数，本申请气刀共包含4个控制参数，各控制参数分别为：气刀距离：7.50 cm；气刀压力：198 Pa；气刀高度：250 mm；矫正辊参数：16.0，在完成气刀参数计算后进入下一步流程；
（4）将计算出的张力参数存储至PLC数据块DB1015中，待焊缝位置即将到达气刀时进行触发判断，此时当前卷目标锌层厚度为60 g/m2，下一卷目标锌层厚度为50 g/m2，下一卷带钢目标锌层厚度小于当前卷，所以在焊缝位置距离气刀前5到10m内，将气刀参数设定为下一卷对应参数；
（5）在下一卷带钢通过气刀过程中，实时监测产线速度的变化，若产线速度发生变化，则根据随机森林模型重新调整气刀参数；
（6）在下一卷带钢通过气刀过程中，实时监测带钢锌层厚度是否满足要求，若出现不满足的情况，则立即利用PID算法调整气刀参数，此步骤与步骤（5）并行执行，直至下一卷带钢到来；
（7）结束。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种连续热镀锌机组气刀参数自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、收集热镀锌产线的实际生产数据；
S2、监控产线跟踪数据，读取现场控制的PLC数据，当下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置将要达到气刀时触发步骤S3；
S3、分别计算不同规格带钢上下表面对应的气刀参数值，气刀参数设定的具体过程依赖神经网络N的计算，该神经网络的结构为：一个包括5个输入参数的输入层，输入参数为带钢厚度t (mm)、带钢宽度w(mm)、上表面或者下表面目标锌层厚度ZnT(g/m2)、产线速度v(m/min)及当前锌液种类；两个包含100节点的隐藏层结构；以及包含4个输出参数的输出层，输出参数包括气刀距离、气刀压力、气刀高度、矫正辊参数；各神经层节点间采用Sigmoid激励函数连接，神经网络N的功能是给出可满足带钢目标锌层厚度并且最大程度降低锌液成本的气刀设定参数，在通过神经网络完成气刀设定参数计算后进入步骤S4；
S4、将计算出的气刀参数存储至PLC数据块中，待下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置到达气刀处进行触发判断，此时根据带钢生产要求选择具体执行逻辑，若带钢上下表面目标锌层厚度相同，则气刀上下表面参数都依据带钢上表面设置，若带钢上下表面目标锌层厚度不同，则对上下表面气刀参数分别进行设置，此时新一卷带钢进入气刀区域，进入步骤S5；
S5、检测热镀锌机组产线的速度是否变化，若产线速度发生改变，则相应调整气刀参数，根据不同的锌液种类，利用随机森林模型计算出气刀参数的调整量，该随机森林结构为：四个输入参数分别为气刀距离(cm)/气刀压力(Pa)、气刀高度(cm)、目标锌层厚度(g/m2)、速度(m/min)；输出参数为气刀压力(Pa)/气刀距离(cm)；随机森林最大深度为15，叶子节点最小样本数为2，随机森林的功能为根据速度变化以及锌液种类调整气刀距离或压力；
S6、实时监测锌层厚度是否满足需求，若发生锌层厚度不满足要求，则立即根据锌液种类，使用PID算法调整对应气刀参数，PID算法目标值为目标锌层厚度，调整量分别为气刀距离和气刀压力，此步骤与步骤S5并行执行，调整后继续监测，进而进入步骤S7；
S7、最终带钢尾部位置离开气刀区域，完成本卷带钢的控制流程，并同时执行下一卷带钢的气刀参数。
2.根据权利要求1所述的一种连续热镀锌机组气刀参数自动控制方法，其特征在于：所述步骤S3中，下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置距气刀前150m位置时，使用步骤S3中神经网络模型对符合下一卷锌层厚度要求的气刀参数计算。
3.根据权利要求1所述的一种连续热镀锌机组气刀参数自动控制方法，其特征在于：所述步骤S4中，比较当前卷与下一卷的目标锌层厚度，若当前卷目标锌层厚度大于下一卷目标锌层厚度，则在下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置过了气刀5米后气刀执行下一卷参数，若当前卷目标锌层厚度小于下一卷目标锌层厚度，则在下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置距离气刀5米前气刀执行下一卷参数，若当前卷目标锌层厚度等于下一卷目标锌层厚度，则在下一卷带钢与当前带钢的焊缝位置距离气刀5米以内气刀执行下一卷参数。
4.根据权利要求1所述的一种连续热镀锌机组气刀参数自动控制方法，其特征在于：所述步骤S5和步骤S6中，若锌液种类为GI，则调整气刀压力，若锌液种类为AM，则调整气刀距离。
5.根据权利要求1所述的一种连续热镀锌机组气刀参数自动控制方法，其特征在于：所述步骤S6中，PID的P、I、D参数分别设置为30、0.001、0。
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