熱軋帶鋼層流冷卻過程控制系統(tǒng)及應(yīng)用

1、2005.11,層冷控制模型在熱帶軋制中的應(yīng)用,龔 殿 堯軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室（東北大學(xué)）,,軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室,,2005.11,,1.功能概述1.1 主要設(shè)備概述1.2 與其它功能的關(guān)系1.3 控制模型描述1.4 啟動邏輯1.5 控制方式1.6 控制模式1.7 控制策略,2. 主要功能模塊 2.1 計算準(zhǔn)備處理 2.2 預(yù)設(shè)定模塊 2.3 修正設(shè)定模塊

2、 2.4 自學(xué)習(xí)模塊3.通用處理模塊3.1 常規(guī)冷卻設(shè)定3.2 冷卻速度設(shè)定3.3 常規(guī)冷卻再設(shè)定3.4 冷卻速度再設(shè)定4.數(shù)學(xué)模型說明,主要內(nèi)容,2005.11,,層流冷卻設(shè)備安裝在精軋機出口機架至卷取機之間，在過程自動化系統(tǒng)和基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的控制之下，根據(jù)帶鋼精軋出口的帶鋼溫度、速度等數(shù)據(jù)和其它工藝設(shè)備參數(shù)，經(jīng)過模型運算（包括預(yù)設(shè)定計算、修正設(shè)定計算、自學(xué)習(xí)計算），控制層流冷卻區(qū)的冷卻設(shè)備的集管組態(tài)，實現(xiàn)對帶鋼的冷卻模

3、式、卷取溫度和冷卻速率的控制，將熱軋帶鋼按預(yù)定路徑冷卻到工藝要求的卷取溫度，使其力學(xué)性能和金相組織結(jié)構(gòu)達到預(yù)定的質(zhì)量要求 。,1 功能概述,層流冷卻過程設(shè)定模型,2005.11,,1.1 主要設(shè)備概述,,2005.11,,1.2 層冷模型與其它功能的關(guān)系,,過程設(shè)定系統(tǒng),層冷 模型,PDI數(shù)據(jù),精軋設(shè)定數(shù)據(jù),實測數(shù)據(jù),,,歷史數(shù)據(jù),層別數(shù)據(jù),自學(xué)習(xí),設(shè)定結(jié)果,,,,,,Ⅰ 級,Ⅱ級,,,,,,報警信息,,,,,報表文件,,終端,,200

4、5.11,,1.3 層冷模型描述,,層冷模型六部分,計算準(zhǔn)備處理,預(yù)設(shè)定計算,修正設(shè)定計算,反饋控制計算,自學(xué)習(xí)計算,控制終了處理,如鋼種組別、冷卻模式、特殊控制模式以及模型計算時的各種參數(shù)數(shù)據(jù),,進行與帶鋼頭部的冷卻集管組態(tài)的預(yù)設(shè)定,,修正與帶鋼各樣本段對應(yīng)的冷卻集管組態(tài),由基礎(chǔ)自動化完成,基于控制目標(biāo)的實測值和模型計算值之間的偏差，對控制模型中的學(xué)習(xí)項進行修正，糾正模型預(yù)報偏差，以提高模型的預(yù)報精度，改善控制效果,,由基礎(chǔ)自

5、動化完成,2005.11,,,,帶鋼位置的過程控制級跟蹤模型中各種組別的確定常規(guī)冷卻控制設(shè)定計算（僅以卷取溫度為控制目的）冷卻速度控制計算一組集管內(nèi)的水冷溫降計算空冷溫降計算,其它功能還包括,,2005.11,,1.4 啟動邏輯,2005.11,,1.5 冷卻控制方式,,,,,2005.11,,1.6 冷卻模式,? 缺省模式,2005.11,,1.7 冷卻策略,,,,,前段主冷：顯微組織以鐵素體和珠光體為主的普碳鋼和優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)

6、鋼,后段主冷：顯微組織以鐵素體和貝氏體為主的的雙相鋼，以及厚度小于1.7mm的碳素鋼和低級硅鋼的冷卻,稀疏冷卻：以控制微合金元素的碳氮化物的析出為主的微合金鋼,按管稀疏,按組稀疏,2005.11,,2.1 總體模塊關(guān)聯(lián),,2 層冷控制模塊,2005.11,,2.2 計算準(zhǔn)備處理模塊,,計算準(zhǔn)備,組別索引 數(shù)據(jù)表查詢 控制模式和策略 模型其它參數(shù) 熱頭熱尾處理 頭部特殊處理,2005.11,,2.3 預(yù)設(shè)定模塊,,預(yù)設(shè)定計

7、算的主要功能是根據(jù)帶鋼精軋出口預(yù)報溫度、速度、帶鋼目標(biāo)厚度、帶鋼厚度預(yù)報值、卷取目標(biāo)溫度及冷卻控制策略等進行層流冷卻控制設(shè)定預(yù)計算。設(shè)定計算輸出結(jié)果為初始集管組態(tài)。,2005.11,,2.4 修正設(shè)定模塊,,根據(jù)實測的各段的平均終軋溫度、速度和厚度，利用與預(yù)設(shè)定計算相同的模型計算各個區(qū)段的特有組態(tài)，由跟蹤系統(tǒng)起動修正設(shè)定計算并確定輸出時刻,2005.11,,段跟蹤及前饋控制功能,根據(jù)實測的精軋出口溫度FDT和所選定的控制模式計算必要冷卻

8、量，對噴水組態(tài)進行微調(diào)。此項微調(diào)按照分段長度周期進行，因而需要對帶鋼進行分段和段跟蹤。,2005.11,,熱頭熱尾處理功能,為了保證硬質(zhì)材、厚板的頭尾部的卷形良好和方便卷取，需要將帶鋼頭尾部的溫度提高，此功能稱為熱頭熱尾處理。可以通過把帶鋼頭尾端的目標(biāo)溫度在某一定區(qū)間范圍提高來實現(xiàn)熱頭熱尾功能。,尾部速度預(yù)測及溫度補償,由基礎(chǔ)自動化級完成,2005.11,,2.5 自學(xué)習(xí)計算,,水冷自學(xué)習(xí),空冷自學(xué)習(xí),前段,后段 層冷出口有高溫計,,,

9、,短期自學(xué)習(xí),長期自學(xué)習(xí),頭部 中部 尾部,熱流密度系數(shù),學(xué)習(xí)系數(shù)穩(wěn)定,2005.11,,3 通用處理模塊功能說明,3.1 常規(guī)冷卻控制設(shè)定,主冷區(qū)集管溫降示意圖,,2005.11,,最末集管開啟順序,,各組集管后的帶鋼溫度及必要冷卻量的計算,2005.11,,3.2 常規(guī)冷卻再設(shè)定,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第i組集管水冷溫降,第j組集管水冷溫降,每根集管的水冷溫降,末集管中每根集管的水冷溫降,空冷時卷取

10、溫度,目標(biāo)卷取溫度,冷卻區(qū)位置,CT點,,FDT點,,溫度,FDT,,,,,,,,,,,,,,①：控制點到本次計算時刻已通過集管組的水 冷溫降累積值,②,①,②：控制點由下一時刻開始的必要冷卻量,2005.11,,控制點 再控制點的定義,控制點的個數(shù)為： N_control = int（帶鋼長度/跟蹤區(qū)段長度）再計算點個數(shù)為： 3 再計算開始區(qū)個數(shù)：3,計算點之前的帶鋼溫度,必要冷卻量,從再計算區(qū)開始的集管

11、組態(tài),,,2005.11,,,3.3 冷卻速度設(shè)定計算,1、從FDT到P1的冷卻過程；2、是從P1到P2的冷卻過程；3、是從P2到目標(biāo)卷取溫度的冷卻過程。,2005.11,,,,式中，ΔTlast：必要冷卻量； FDT： 實測終軋溫度； ΔTx： 到當(dāng)前計算區(qū)間為止的帶鋼冷卻溫降累積值； ΔTfbk： 反饋段的初始溫降；

12、 ΔTair_before：從再計算區(qū)到使用的卷取高溫計處的空冷溫降； ΔTair[i]： 第i組集管對應(yīng)的空冷溫降； ΔTvt: 垂直噴射溫降。,1、再計算點在P1集管組之前（包括P1集管組）；2、再計算點在P1集管組和P2集管組之間（包括P2集管組）；3、是再計算點在P2后。,3.4 冷卻速度再設(shè)定計算,2005.11,,層冷冷卻能力穩(wěn)定,層冷冷卻能力均勻,精軋出口厚度

13、均勻,精軋出口速度均勻,,,4 現(xiàn)場應(yīng)用條件,精軋出口溫度均勻,板坯出爐溫度均勻,良好的冷卻效果,預(yù)設(shè)冷卻路徑,理想的組織性能,,,全線的高精度軋制及相關(guān)的輔助功能，以及對設(shè)備、模型的精心維護,2005.11,,現(xiàn)場特殊情況,,過程設(shè)定系統(tǒng),層冷 模型,PDI數(shù)據(jù),精軋設(shè)定數(shù)據(jù),實測數(shù)據(jù),,,歷史數(shù)據(jù),層別數(shù)據(jù),自學(xué)習(xí),設(shè)定結(jié)果,,,,,,Ⅰ 級,Ⅱ級,,,,,,報警信息,,,,,報表文件,,終端,,,,,2005.11,,,4 現(xiàn)場特