CN204974738U - 层流冷却仿真系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种层流冷却仿真系统，用以解决现有技术方案对层流冷却获得的试验结果准确度不高，进而会导致对精轧机后热轧带钢冷却系统的控制策略的指导不准确的技术问题，该层流冷却仿真系统包括：第一工程机，第二工程机，可编程逻辑控制器，模拟生产线模块；第一工程机通过控制总线与可编程逻辑控制器连接，可编程逻辑控制器通过第一数据总线与模拟生产线模块的主机连接，模拟生产线模块的主机还通过第二数据总线与第二工程机连接。本实用新型所提供的这种半实物仿真系统能够避免使用实际生产线或完全电脑模拟进行试验所获得的试验结果不准确的问题，提高了实验结果的准确度，以更好的辅助完善精轧机后热轧带钢冷却系统的控制策略。

Description

层流冷却仿真系统

技术领域

本实用新型属于钢铁冶炼领域，尤其涉及一种层流冷却仿真系统。

背景技术

钢铁工业是支持国民经济发展的重要支柱产业，现代钢铁工业的发展水平是一个国家技术进步和综合国力的重要体现。对于热轧带钢，其性能不仅取决于热轧工艺，更决定于轧制之后的控制冷却技术。热卷取温度能否控制在要求范围之内，则主要取决于对精轧机后热轧带钢冷却系统的控制。

对于层流冷却的控制策略的制定一直是一个比较困难的课题，一方面层流冷却过程比较复杂难以进行实时测量；另一方面，控制策略的制定需要反复测量控制数据，利用大量的数据进行评估，现有技术中，一种方案是：层流冷却生产过程的控制策略的制定采取真实控制器控制实际生产线的方法来采集数据，层流冷却生产过程的控制效果是通过对实验钢板进行分子原子分析或者实际采集生产过程数据来得到。由于现有技术层流冷却控制过程需要使用真实的生产线进行试验，因此危险性比较高。而且进行一次真实的生产线试验的成本很高，不便于进行多次测量取准确的试验结果。

现有技术中的另一种方案是通过完全的电脑模拟来实现，因此得到的结果准确度不高。

从而，现有技术方案对层流冷却获得的试验结果准确度不高，进而会导致对精轧机后热轧带钢冷却系统的控制策略的指导不准确。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种层流冷却仿真系统，以解决现有技术方案对层流冷却获得的试验结果准确度不高，进而导致对精轧机后热轧带钢冷却系统的控制策略的指导不准确的技术问题。

本实用新型所提供的层流冷却仿真系统包括：第一工程机，第二工程机，可编程逻辑控制器，模拟生产线模块；所述第一工程机通过控制总线与所述可编程逻辑控制器连接，所述可编程逻辑控制器通过第一数据总线与所述模拟生产线模块的主机连接，所述模拟生产线模块的所述主机还通过第二数据总线与所述第二工程机连接。

优选的，所述模拟生产线模块还包括接口板，所述接口板连接于所述可编程逻辑控制器与所述模拟生产线模块的所述主机之间。

优选的，所述可编程逻辑控制器至少包括第一输入通道、第二输入通道、第三输入通道、第四输入通道，第一输出通道、以及第二输出通道；所述第一输入通道、所述第二输入通道、所述第三输入通道，所述第四输入通道、所述第一输出通道和所述第二输出通道分别通过所述第一数据总线与所述模拟生产线模块的所述主机连接。

优选的，所述模拟生产线模块的所述主机包括粗冷段模拟单元，空冷段模拟单元，精冷段模拟单元；其中，所述粗冷段模拟单元的输出端与所述空冷段模拟单元的输入端连接，所述空冷段模拟单元的输出端与所述精冷段模拟单元的第一输入端连接。

优选的，所述粗冷段模拟单元的第一输入端与所述第一输出通道连接，所述粗冷段模拟单元的第二输入端与所述模拟生产线模块中的热轧模拟单元的出口连接，所述精冷段模拟单元的第二输入端与所述第二输出通道连接。

优选的，所述第一输入通道为钢板初始温度输入通道，所述第二输入通道为钢板中间温度输入通道、所述第三输入通道为钢板厚度输入通道，所述第四输入通道通为钢板运行速度输入通道。

本实用新型所提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过本实用新型所提供的技术方案通过可编程逻辑控制器与生产线模拟模块连接，形成为半实物仿真系统，从而层流冷却仿真系统直接使用可编程逻辑控制器进行层流冷却控制策略的算法实现，可以快速的模拟层流冷却生产过程，也可以快速的修改控制策略，因此，可以避免对层流冷却获得的试验结果准确度不高的问题，提高了实验结果的准确度，进而对层流冷却控制策略的制定和层流冷却仿真程序的完善都有很好的指导作用，以更好的辅助完善精轧机后热轧带钢冷却系统的层流冷却控制策略。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中的层流冷却仿真系统的电路结构图；

图2为本实用新型中的层流冷却仿真系统的运行示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术方案对层流冷却获得的试验结果准确度不高，进而导致对精轧机后热轧带钢冷却系统的控制策略的指导不准确的技术问题，本实用新型提供了一种层流冷却仿真系统，总的思路如下：

设置一包括可编程逻辑控制器的控制系统对生产线模拟系统进行控制，从而提供了一种半实物仿真系统，可以快速的模拟层流冷却生产过程，也可以快速的修改层流冷却控制策略，从而能够避免使用实际生产线或完全电脑模拟进行试验所获得的试验结果不准确的问题，提高了实验结果的准确度，以更好的辅助完善精轧机后热轧带钢冷却系统的层流冷却控制策略。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参考图1所示，本实用新型所提供的层流冷却仿真系统包括：包括：第一工程机1，第二工程机2，可编程逻辑控制器3，模拟生产线模块4；

第一工程机1通过控制总线与可编程逻辑控制器3连接，可编程逻辑控制器3通过第一数据总线与模拟生产线模块4的主机4A连接，模拟生产线模块4的主机4A通过第二数据总线与第二工程机2连接。

优选的，模拟生产线模块4还包括接口板4B，接口板4B连接于可编程逻辑控制器3与模拟生产线模块4的主机4A之间。在具体实施过程中，模拟生产线模块4使用现有的“dSpace实时仿真模块”，当然，实际应用过程中，也可以使用其他仿真模块。

下面，描述本实用新型所提供的层流冷却仿真系统中每个部件的作用，以理解本实用新型中的实现，但是下述每个部件中运行的软件程序可以参考使用现有技术方案中的控制程序和仿真程序。

第一工程机1中安装有PLC编程软件，PLC编程软件用于编写层流冷却控制策略，第一工程机1将编写的层流冷却控制策略通过控制总线下载到可编程逻辑控制器3中。具体的，编写并下载到可编程逻辑控制器3中的层流冷却控制策略包括第一控制算法和第二控制算法。

第二工控机2中的MATLAB软件将“.mdl”格式的层流冷却仿真程序打开。并运用MATLAB中的dSpace程序插件“Real-timeInterface”将“.mdl”文件编译成dSpace专用的“.SDF”文件。接着，工控机2中的“dSpaceControlDesk”软件将“.SDF”文件下载到主机4A中并运行。

可编程逻辑控制器3中运行编写层流冷却控制策略，主机4A中运行层流冷却仿真程序，由于接口板4B将可编程逻辑控制器3与主机4A相连接，从而可编程逻辑控制器3与主机4A能够进行实时交互。并且由于第一工控机1与可编程逻辑控制器3连接，则能对可编程逻辑控制器3进行监控和实时操作；第二工控机2与主机4A连接，则能对主机4A进行监控和实时操作。

为了更精确控制层流冷却仿真试验，本实用新型所提供的可编程逻辑控制器3至少包括四路输入通道和两路输出通道，四路输入通道有：第一输入通道、第二输入通道、第三输入通道、第四输入通道；两路输出通道有：第一输出通道、以及第二输出通道。具体的，第一输入通道、第二输入通道、第三输入通道，第四输入通道、第一输出通道和第二输出通道分别通过第一数据总线与模拟生产线模块4的主机4A连接。并且，参考图2所示，模拟生产线模块4的主机4A包括粗冷段模拟单元A1、空冷段模拟单元A2、精冷段模拟单元A3。其中，粗冷段模拟单元A1的输出端与空冷段模拟单元A2的输入端连接，空冷段模拟单元A2的输出端与精冷段模拟单元A3的第一输入端连接。粗冷段模拟单元A1的第一输入端与第一输出通道连接，粗冷段模拟单元A1的第二输入端与模拟生产线模块4中的热轧模拟单元B的出口连接，精冷段模拟单元A3的第二输入端与第二输出通道连接。

具体的，为了精确控制层流冷却仿真试验，需要钢板初始温度、钢板中间温度，钢板厚度以及钢板运行速度，则四路输入通道包括一个钢板初始温度输入通道，一个钢板中间温度输入通道，一个钢板厚度输入通道，以及一个钢板运行速度输入通道。比如，第一输入通道为钢板初始温度输入通道，第二输入通道为钢板中间温度输入通道、第三输入通道为钢板厚度输入通道，第四输入通道通为钢板运行速度输入通道。

下面参考图2，对本实用新型所提供的层流冷却仿真系统实现层流仿真试验的工作过程进行简单描述：

试验第一阶段，在热轧模拟单元B的出口，可编程逻辑控制器3通过钢板初始温度输入通道采集到来自模拟生产线模块4的钢板初始温度的数值，通过钢板厚度输入通道采集到来自模拟生产线模块4的钢板厚度的数值，通过钢板运行速度输入通道采集到来自模拟生产线模块4的钢板运行速度的数值。

试验第二阶段，通过可编程逻辑控制器3中的第一控制算法，基于第一阶段获得钢板初始温度的数值、钢板厚度的数值以及钢板运行速度的数值计算出粗冷段阀门数量，并将计算出的粗冷段阀门数量输出到模拟生产线模块4中，使模拟生产线模块4中的粗冷阶段产生冷却效果。

试验第三阶段，当模拟生产线模块4中的钢板运行到粗冷段的时候，可编程逻辑控制器3钢板中间温度输入通道采集到来自模拟生产线模块4的钢板中间温度的数值、以及通过钢板运行速度输入通道采集到来自模拟生产线模块4的钢板运行速度的数值。可编程逻辑控制器3基于钢板中间温度的数值以及钢板运行速度，通过第二控制算法计算出精冷段阀门数量并输出到模拟生产线模块4中，使模拟生产线模块4中的精冷阶段产生冷却效果。

钢板通过了粗冷段模拟单元A1、空冷段模拟单元A2、精冷段模拟单元A3之后到达钢板卷曲模拟模块C的入口，从而完成了层流冷却过程。

通过上述描述可以看出，通过本实用新型所提供的层流冷却仿真系统不仅可以获取钢板在层流冷却过程中动态的温度变化趋势，而且可以计算出每个时刻层流冷却钢板的温度变化以及钢板沿厚度和长度方向的温度，从而，对实际的层流冷却生产过程有更为准确的指导。

本实用新型实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过本实用新型所提供的技术方案通过可编程逻辑控制器与生产线模拟模块连接，形成为半实物仿真系统，从而层流冷却仿真系统直接使用可编程逻辑控制器进行层流冷却控制策略的算法实现，可以快速的模拟层流冷却生产过程，也可以快速的修改控制策略，因此，可以避免对层流冷却获得的试验结果准确度不高的问题，提高了实验结果的准确度，进而对层流冷却控制策略的制定和层流冷却仿真程序的完善都有很好的指导作用，以更好的辅助完善精轧机后热轧带钢冷却系统的层流冷却控制策略。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种层流冷却仿真系统，其特征在于，包括：第一工程机，第二工程机，可编程逻辑控制器，模拟生产线模块；

所述第一工程机通过控制总线与所述可编程逻辑控制器连接，所述可编程逻辑控制器通过第一数据总线与所述模拟生产线模块的主机连接，所述模拟生产线模块的所述主机还通过第二数据总线与所述第二工程机连接。

2.如权利要求1所述的层流冷却仿真系统，其特征在于，所述模拟生产线模块还包括接口板，所述接口板连接于所述可编程逻辑控制器与所述模拟生产线模块的所述主机之间。

3.如权利要求2所述的层流冷却仿真系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器至少包括第一输入通道、第二输入通道、第三输入通道、第四输入通道，第一输出通道、以及第二输出通道；

所述第一输入通道、所述第二输入通道、所述第三输入通道，所述第四输入通道、所述第一输出通道和所述第二输出通道分别通过所述第一数据总线与所述模拟生产线模块的所述主机连接。

4.如权利要求3所述的层流冷却仿真系统，其特征在于，所述模拟生产线模块的所述主机包括粗冷段模拟单元，空冷段模拟单元，精冷段模拟单元；

其中，所述粗冷段模拟单元的输出端与所述空冷段模拟单元的输入端连接，所述空冷段模拟单元的输出端与所述精冷段模拟单元的第一输入端连接。

5.如权利要求4所述的层流冷却仿真系统，其特征在于，所述粗冷段模拟单元的第一输入端与所述第一输出通道连接，所述粗冷段模拟单元的第二输入端与所述模拟生产线模块中的热轧模拟单元的出口连接，所述精冷段模拟单元的第二输入端与所述第二输出通道连接。

6.如权利要求5所述的层流冷却仿真系统，其特征在于，所述第一输入通道为钢板初始温度输入通道，所述第二输入通道为钢板中间温度输入通道、所述第三输入通道为钢板厚度输入通道，所述第四输入通道通为钢板运行速度输入通道。