專利名稱：一種h型鋼超快速冷卻控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軋鋼自動控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種H型鋼超快速冷卻控制方法。
背景技術(shù)：
目前，大型H型鋼軋后超快速冷卻機(jī)械設(shè)備已應(yīng)用于生產(chǎn)，該設(shè)備沿軋制生產(chǎn)線兩側(cè)布置側(cè)部噴嘴，通過閥組開閉控制對H型鋼翼緣的冷卻，上部噴嘴安裝在彎管上，該彎管與側(cè)部供水管連接，對H型鋼上部R角和腹板上表面冷卻，下部噴嘴安裝在萬能軋機(jī)后輸出輥道下方，對H型鋼下部R角和腹板下表面冷卻，達(dá)到提高組織性能的目的。但該設(shè)備自動化控制系統(tǒng)采用上下閥組成對控制或僅開啟下部閥組對腹板冷卻時，容易出現(xiàn)下述問題(1)當(dāng)腹板上下閥組成對控制時，由于腹板積水問題極易造成H型鋼內(nèi)并外擴(kuò)缺陷，甚至無法通過矯直機(jī)；而僅開啟下部閥組對腹板冷卻，當(dāng)腹板較厚時，其冷卻能力又嚴(yán)重不足；(2)由于對腹板和R角冷卻過程中，下部噴射冷卻水沿輥道下方排水槽流回給水系統(tǒng)，但上部噴射冷卻水對腹板上表面和上部R角冷卻過程中，由于冷卻器入口有水吹掃， 出口有氣吹掃，因此殘余冷卻水無法及時排出。隨著積水層厚度的增加，上部噴射冷卻水無法有效地?fù)羝乒桃哼吔鐚託饽?，從而使核沸騰減少，膜沸騰增加，這種情況不利于換熱；無法排出的冷卻水，在腹板表面的流動過程中，將產(chǎn)生二次冷卻，這種情況卻又有利于換熱。 因此無法對這個非線性問題建立準(zhǔn)確有效的冷卻模型。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種H型鋼超快速冷卻控制方法，高速穩(wěn)定的進(jìn)行控制冷卻，而且能保證橫向和縱向冷卻均勻性。本發(fā)明控制方法所采用的控制系統(tǒng)，包括萬能軋機(jī)控制單元和超快冷控制單元；萬能軋機(jī)控制單元包括過程控制計(jì)算機(jī)、PLC和萬能軋機(jī)UF，過程計(jì)算機(jī)和PLC布置在電氣室，UF為生產(chǎn)線萬能軋機(jī)，通過對H型鋼經(jīng)過萬能軋機(jī)終軋速度的嚴(yán)格控制，使H 型鋼勻速通過超快冷設(shè)備，消除由于咬鋼和拋鋼帶來的速度波動，提高冷卻沿H型鋼縱向的溫度均勻性。超快冷控制單元過程控制計(jì)算機(jī)、PLC，萬能軋機(jī)控制單元過程控制計(jì)算機(jī)、 PLC四者之間通過工業(yè)以太網(wǎng)建立物理連接，在TCP/IP協(xié)議下完成通訊。超快冷控制單元包括過程控制計(jì)算機(jī)、PLC、熱金屬檢測器、測溫儀和氣動蝶閥組。 過程控制計(jì)算機(jī)和PLC布置在電氣室、熱金屬檢測器、測溫儀和氣動蝶閥布置在軋制生產(chǎn)線上，該單元根據(jù)H型鋼數(shù)據(jù)信息(H型鋼鋼種、規(guī)格、目標(biāo)終冷溫度等)，入口腹板和翼緣測溫儀采集的數(shù)據(jù)，以及H型鋼終軋速度，對腹板和翼緣分別調(diào)用不同的冷卻規(guī)程，進(jìn)而達(dá)到終冷目標(biāo)值，而后通過自學(xué)習(xí)功能，使模型具有自適應(yīng)功能，提高控制精度。本發(fā)明的H型鋼超快速冷卻控制方法，包括如下步驟步驟1 咬入H型鋼后，通過調(diào)整軋輥的圓周速度來控制UF軋輥出口處H型鋼的速度，保證S1 ^ L1,其中，S1-從咬鋼開始時到終軋速度穩(wěn)定時刻H型鋼頭部行進(jìn)位移，L1-咬鋼處至冷卻區(qū)域入口處之間的距離；將H型鋼劃分樣本，然后把每個樣本看做一個控制點(diǎn)進(jìn)行超快速冷卻控制，這樣處理的結(jié)果與實(shí)際必然存在誤差，另外，噴嘴的開閉存在時間延遲，為提高控制精度，從根本上解決由于速度波動帶來的一系列問題，因而，需要控制H型鋼“從頭至尾”勻速通過超快速冷卻區(qū)域，本方法通過控制軋輥的圓周速度來控制UF軋輥出口處H型鋼的速度即咬鋼階段的終軋速度在終軋速度提速時間段內(nèi)，即從咬鋼開始時到終軋速度穩(wěn)定時刻這一時間段由微跟蹤可算出該時間段內(nèi)H型鋼頭部行進(jìn)位移S1,為使H型鋼頭部進(jìn)入超快冷區(qū)域之前達(dá)到穩(wěn)定軋制速度V2，則需S1 ^ L1，而前滑公式Vh = (Sh+l)VVh-在UF軋輥出口處H型鋼的速度；Sh-前滑值；V-軋輥的圓周速度；L1-咬鋼處至冷卻區(qū)域入口處之間的距離。調(diào)整軋輥的圓周速度，可達(dá)到控制軋輥出口處H型鋼的速度的目的，保證S1S L115步驟2 采集H型鋼數(shù)據(jù)信息、溫度數(shù)據(jù)和終軋速度，H型鋼數(shù)據(jù)信息包括H型鋼鋼種、規(guī)格、目標(biāo)終冷溫度；步驟3 根據(jù)H型鋼數(shù)據(jù)信息、溫度數(shù)據(jù)和終軋速度，確定腹板和翼緣開啟氣動蝶閥組組態(tài)，具體步驟如下步驟3. 1 預(yù)設(shè)定開啟1組閥組；步驟3. 2 依據(jù)控制策略確定各個閥組優(yōu)先級；所述控制策略分為前段主冷策略、后段主冷策略、均勻冷卻策略和自由冷卻策略。翼緣前段主冷策略，閥組優(yōu)先級為沿軋制方向各個閥組的物理位置依次排序，即1 號，2號...N號閥組對應(yīng)的優(yōu)先級為1，2. . . N ；翼緣后段主冷策略，閥組優(yōu)先級為沿逆軋制方向各個閥組的物理位置依次排序， 即1號，2號...N號閥組對應(yīng)的優(yōu)先級為N. . . 2，1 ；均勻冷卻策略，閥組優(yōu)先級為沿軋制方向交叉排序，即1號，2號...N號閥組對應(yīng)的優(yōu)先級為 1，Ν/2，2，Ν/2+1，3...Ν/2-1，Ν(Ν 為偶數(shù)時)；自由冷卻策略，閥組優(yōu)先級進(jìn)行隨機(jī)排序。腹板下側(cè)冷卻閥組控制策略同翼緣，但上側(cè)冷卻閥組僅采用前段主冷策略，如下側(cè)采用后段主冷策略，則1號，2號...K號閥組對應(yīng)的優(yōu)先級為K. . . 2，1，上側(cè)1號，2 號· · · M號閥組對應(yīng)的優(yōu)先級為K+l，K+2. · · K+M。步驟3. 3 沿軋制方向?qū)Ω鏖y組物理位置依次排序，若1號閥組優(yōu)先級小于或等于開啟閥組數(shù)1，且閥組健康，則1號閥組開啟，進(jìn)行水冷溫降計(jì)算；若1號閥組優(yōu)先級大于1， 或閥組損壞，則1號閥組按空冷溫降計(jì)算；步驟3. 4 累積溫降為1號閥組對應(yīng)溫降；步驟3. 5 循環(huán)判定2號，3號...N號閥組冷卻方式，進(jìn)行相應(yīng)溫降計(jì)算，具體同步驟 3. 3 ；
步驟3. 6 累積溫降為閥組總數(shù)N的溫降總和；步驟3. 7 若終冷預(yù)測值與終冷目標(biāo)值之差小于等于10°C，則計(jì)算執(zhí)行結(jié)束；若差值大于10°c，則重新設(shè)定開啟2組閥組，執(zhí)行步驟3. 3-步驟3. 6，差值仍大于10°C，則再次設(shè)定開啟3組閥組，重復(fù)執(zhí)行，若N組閥組全部開啟，計(jì)算執(zhí)行結(jié)束。在步驟3. 3中所述的水冷溫降計(jì)算，原理如下
權(quán)利要求
1. 一種H型鋼超快速冷卻控制方法，其特征在于包括如下步驟 步驟1 咬入H型鋼后，通過調(diào)整軋輥的圓周速度來控制UF軋輥出口處H型鋼的速度， 保證S1 ( L1，其中，S1-從咬鋼開始時到終軋速度穩(wěn)定時刻H型鋼頭部行進(jìn)位移，L1-咬鋼處至冷卻區(qū)域入口處之間的距離；步驟2 采集H型鋼數(shù)據(jù)信息、溫度數(shù)據(jù)和終軋速度，H型鋼數(shù)據(jù)信息包括H型鋼鋼種、 規(guī)格、目標(biāo)終冷溫度；步驟3 根據(jù)H型鋼數(shù)據(jù)信息、溫度數(shù)據(jù)和終軋速度，確定腹板和翼緣開啟氣動蝶閥組組態(tài)；具體步驟如下步驟3.1:預(yù)設(shè)定開啟1組閥組；步驟3. 2 依據(jù)控制策略確定各個閥組優(yōu)先級；所述控制策略分為前段主冷策略、后段主冷策略、均勻冷卻策略和自由冷卻策略； 翼緣前段主冷策略，閥組優(yōu)先級為沿軋制方向各個閥組的物理位置依次排序，即1號， 2號...N號閥組對應(yīng)的優(yōu)先級為1，2. . . N ；翼緣后段主冷策略，閥組優(yōu)先級為沿逆軋制方向各個閥組的物理位置依次排序，即1 號，2號...N號閥組對應(yīng)的優(yōu)先級為N. . . 2，1 ；均勻冷卻策略，閥組優(yōu)先級為沿軋制方向交叉排序，即1號，2號...N號閥組對應(yīng)的優(yōu)先級為 1，Ν/2，2，Ν/2+1，3···Ν/2-1，Ν(Ν 為偶數(shù)時)； 自由冷卻策略，閥組優(yōu)先級進(jìn)行隨機(jī)排序；腹板下側(cè)冷卻閥組控制策略同翼緣，但上側(cè)冷卻閥組僅采用前段主冷策略，如下側(cè)采用后段主冷策略，則1號，2號...K號閥組對應(yīng)的優(yōu)先級為K. .. 2，1，上側(cè)1號，2號...M號閥組對應(yīng)的優(yōu)先級為K+l，K+2. . . Κ+Μ ；步驟3. 3 沿軋制方向?qū)Ω鏖y組物理位置依次排序，若1號閥組優(yōu)先級小于或等于開啟閥組數(shù)1，且閥組健康，則1號閥組開啟，進(jìn)行水冷溫降計(jì)算；若1號閥組優(yōu)先級大于1，或閥組損壞，則1號閥組按空冷溫降計(jì)算；步驟3. 4 累積溫降為1號閥組對應(yīng)溫降；步驟3. 5 循環(huán)判定2號，3號...N號閥組冷卻方式，進(jìn)行相應(yīng)溫降計(jì)算，具體同步驟3. 3 ；步驟3. 6 累積溫降為閥組總數(shù)N的溫降總和；步驟3. 7 若終冷預(yù)測值與終冷目標(biāo)值之差小于等于10°C，則計(jì)算執(zhí)行結(jié)束；若差值大于10°C，則重新設(shè)定開啟2組閥組，執(zhí)行步驟3. 3-步驟3. 6，差值仍大于10°C，則再次設(shè)定開啟3組閥組，重復(fù)執(zhí)行，若N組閥組全部開啟，計(jì)算執(zhí)行結(jié)束；步驟4 根據(jù)步驟3確定的腹板和翼緣開啟閥組組態(tài)的輸出結(jié)果，最終開啟相應(yīng)的氣動蝶閥，對H型鋼進(jìn)行冷卻；步驟5 冷卻過程中不斷采集的溫度數(shù)據(jù)，由終冷目標(biāo)溫度值決定采用出口測溫儀組合，對H型鋼冷卻控制進(jìn)行反饋調(diào)整；在反饋調(diào)整過程中，翼緣由沿軋制方向最后2組側(cè)噴閥組完成，在同一支H型鋼冷卻過程中，當(dāng)翼緣溫度實(shí)際值高于設(shè)定值50°C 70°C時，最后2組側(cè)噴閥組全部開啟，當(dāng)實(shí)際值高于設(shè)定值30°C 50°C時，開啟最后1組側(cè)噴閥組；當(dāng)實(shí)際值低于設(shè)定值50°C 70°C時，最后2組側(cè)噴閥組全部關(guān)閉，當(dāng)實(shí)際值低于設(shè)定值30°C 50°C時，關(guān)閉最后1組側(cè)噴閥組； 腹板由沿軋制方向下部最后2組下噴閥組完成，在同一支H型鋼冷卻過程中，當(dāng)腹板溫度實(shí)際值高于設(shè)定值50°C 70°C時，最后2組下噴閥組全部開啟，當(dāng)實(shí)際值高于設(shè)定值 30°C 50°C時，開啟最后1組下噴閥組；當(dāng)實(shí)際值低于設(shè)定值50°C 70°C時，最后2組下噴閥組全部關(guān)閉，當(dāng)實(shí)際值低于設(shè)定值30°C 50°C時，關(guān)閉最后1組下噴閥組；步驟6 =H型鋼尾部進(jìn)入超快冷區(qū)域后，通過調(diào)整輸出輥道速度來控制H型鋼的速度即拋鋼階段的終軋速度，保證S2 ^ L1+L2，其中L2為超快冷區(qū)域長度； 步驟7 =H型鋼尾部穿過超快冷區(qū)域后，執(zhí)行自學(xué)習(xí)算法；執(zhí)行自學(xué)習(xí)算法時，若本支H型鋼與上支屬于同一批次，僅更新短期自學(xué)習(xí)系數(shù)fll， 若不屬于同一批次，則同時更新短期自學(xué)習(xí)系數(shù)fll和長期自學(xué)習(xí)系數(shù)Π2 ；步驟8 自學(xué)習(xí)結(jié)束后，進(jìn)入等待階段，當(dāng)下一支或下一批H型鋼再次咬鋼時，重復(fù)上述步驟1-8過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的H型鋼超快速冷卻控制方法，其特征在于步驟7中所述的自學(xué)習(xí)算法，流程如下步驟7. 1 若樣本數(shù)有效，則對樣本平均溫度和平均溫度標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行過濾； 步驟7. 1 判斷樣本數(shù)是否有效若樣本數(shù)等于0，則不進(jìn)行自學(xué)習(xí)計(jì)算；若樣本數(shù)不等于0，樣本數(shù)有效；步驟7. 2 對每個樣本萬能軋機(jī)出口處所有采集點(diǎn)的溫度和終冷溫度做平均計(jì)算，若 (目標(biāo)出口溫度-40°C ) <樣本出口溫度平均值< (目標(biāo)出口溫度+100°C )且(目標(biāo)終冷溫度-50°C) <樣本終冷溫度平均值< (目標(biāo)終冷溫度+IO(TC)，則該樣本有效，否則被過濾(排除)；步驟7. 3 對所有有效的樣本出口和終冷溫度平均值再次分別做平均計(jì)算和標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，若(樣本出口平均溫度值-所有樣本出口溫度平均值)<所有樣本出口溫度標(biāo)準(zhǔn)差，則該樣本有效，否則被過濾(排除)；步驟7. 4 對過濾后的樣本平均溫度執(zhí)行自學(xué)習(xí)計(jì)算；自學(xué)習(xí)計(jì)算，是對短期自學(xué)習(xí)系數(shù)和長期自學(xué)習(xí)系數(shù)進(jìn)行更新，自學(xué)習(xí)系數(shù)更新包括兩種情況(1)當(dāng)剛經(jīng)過超快速冷卻處理的本支H型鋼與上一支冷卻處理完的H型鋼(歷史數(shù)據(jù)) 屬于同一鋼種或兩支鋼的鋼種自學(xué)習(xí)系數(shù)索引(即冷卻策略、厚度、終冷目標(biāo)值)相同時， 只進(jìn)行短期自學(xué)習(xí)系數(shù)更新，長期自學(xué)習(xí)系數(shù)不變；(2)當(dāng)不滿足(1)中所述任一前提條件時，即生產(chǎn)下一批次H型鋼時，則同時進(jìn)行短期自學(xué)習(xí)系數(shù)更新和長期自學(xué)習(xí)系數(shù)更新，且兩者更新后的系數(shù)數(shù)值相等；自學(xué)習(xí)計(jì)算原理如下 乂 _ fdtr - ctr tempdrop其中，f_短期或長期自學(xué)習(xí)系數(shù)； fdtr-實(shí)測的終軋腹板或翼緣溫度； ctr-實(shí)測的終冷腹板或翼緣溫度； tempdrop-修正設(shè)定計(jì)算的水冷溫降。
3.權(quán)利要求1所述的H型鋼超快速冷卻控制方法采用的控制系統(tǒng)，其特征在于該控制系統(tǒng)包括萬能軋機(jī)控制單元和超快冷控制單元；萬能軋機(jī)控制單元包括過程控制計(jì)算機(jī)、PLC和萬能軋機(jī)UF，過程計(jì)算機(jī)和PLC布置在電氣室，UF為生產(chǎn)線萬能軋機(jī)，超快冷控制單元過程控制計(jì)算機(jī)、PLC，萬能軋機(jī)控制單元過程控制計(jì)算機(jī)、PLC四者之間通過工業(yè)以太網(wǎng)建立物理連接，在TCP/IP協(xié)議下完成通訊；超快冷控制單元包括過程控制計(jì)算機(jī)、PLC、熱金屬檢測器、測溫儀和氣動蝶閥組，過程控制計(jì)算機(jī)和PLC布置在電氣室，熱金屬檢測器、測溫儀和氣動蝶閥布置在軋制生產(chǎn)線上。
全文摘要
一種H型鋼超快速冷卻控制方法，屬于軋鋼自動控制技術(shù)領(lǐng)域，采用的系統(tǒng)包括萬能軋機(jī)控制單元和超快冷控制單元；萬能軋機(jī)控制單元包括過程控制計(jì)算機(jī)、PLC和萬能軋機(jī)UF，超快冷控制單元包括過程控制計(jì)算機(jī)、PLC、熱金屬檢測器、測溫儀和氣動蝶閥組。本發(fā)明根據(jù)H型鋼鋼種、規(guī)格及終冷目標(biāo)值等工藝要求，確定超快冷控制策略，即閥組開啟優(yōu)先級，對咬鋼和拋鋼時終軋速度的嚴(yán)格控制，使H型鋼勻速通過超快冷區(qū)域，并建立超快冷過程的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)翼緣和腹板溫度的精確控制，H型鋼超快冷溫度控制精度大大提高，通過模型自學(xué)習(xí)，使超快冷工藝更加合理、可靠，能高速穩(wěn)定的對H型鋼進(jìn)行控制冷卻，且能保證橫向和縱向冷卻均勻性。
文檔編號B21B37/46GK102363161SQ20111032398
公開日2012年2月29日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者吳迪, 彭良貴, 趙憲明, 郭飛 申請人:東北大學(xué)