一種提高熱軋新品種新規(guī)格帶鋼卷取溫度控制精度的方法
【專利摘要】一種提高熱軋新品種新規(guī)格帶鋼卷取溫度控制精度的方法，屬控制領(lǐng)域。包括現(xiàn)場控制計算機根據(jù)下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)和工藝參數(shù)指標(biāo)，對熱軋層流冷卻工序的生產(chǎn)設(shè)備按照卷取溫度控制模型來進行生產(chǎn)運行參數(shù)的動態(tài)控制，其在熱軋層流冷卻控制工序中結(jié)合帶鋼鋼種、目標(biāo)厚度、目標(biāo)卷取溫度、軋制速度、帶鋼冷卻模式等關(guān)鍵生產(chǎn)工藝信息，自動判定上道工序的來料在本工序是否屬于新品種或者新規(guī)格，并通過一序列推定邏輯來自動確定新品種或者新規(guī)格在本工序首次生產(chǎn)時的模型參數(shù)，以提高本工序首次生產(chǎn)該鋼種或該規(guī)格帶鋼的卷取溫度控制命中精度和控制合格率，降低首次生產(chǎn)過程中的“廢、次、降”率，進而降低產(chǎn)品制造成本?？蓮V泛用于熱軋層流冷卻工序的控制領(lǐng)域。
【專利說明】一種提高熱軋新品種新規(guī)格帶鋼卷取溫度控制精度的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于控制領(lǐng)域，尤其涉及一種用于熱軋帶鋼生產(chǎn)過程的自動控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 層流冷卻是熱軋生產(chǎn)過程的一道重要工序，其主要作用是在帶鋼軋制后通過控制 層流冷卻區(qū)域噴水閥門動態(tài)開啟和關(guān)閉，將帶鋼從某一終軋溫度冷卻到要求的目標(biāo)卷取溫 度。
[0003] 因為卷取溫度對帶鋼的物理性能有很大的影響，因此成品帶鋼的實際卷取溫度必 須控制在一定的目標(biāo)公差范圍內(nèi)，否則成品帶鋼可能因此被"判廢"或者"降級"使用，導(dǎo)致 產(chǎn)品合格率降低、生產(chǎn)成本增加。
[0004] 為提高帶鋼卷取溫度的控制精度，一般都通過卷取溫度控制數(shù)學(xué)模型來進行生產(chǎn) 過程的動態(tài)控制。
[0005] 但是由于層流冷卻控制區(qū)域往往長達(dá)一百余米，且?guī)т摾鋮s過程的邊界條件極為 復(fù)雜，整個控制過程大滯后、非線性特征明顯，因此實現(xiàn)層冷溫度精確控制具有相當(dāng)大的挑 戰(zhàn)性。
[0006] 特別是對于新品種或者新規(guī)格的帶鋼產(chǎn)品，由于是首次生產(chǎn)，帶鋼的卷取溫度控 制模型尚未經(jīng)歷所謂的"自學(xué)習(xí)自適應(yīng)"過程，一般都是直接采用缺省參數(shù)1. 0來進行模型 計算。
[0007] 所謂"缺省參數(shù)"是指控制模型無法按照既定的流程確定合適的控制參數(shù)時，為了 保證模型的計算流程能夠持續(xù)，不造成生產(chǎn)的異常終止而不得已采用的默認(rèn)值(例如通常 取1.0為默認(rèn)值)。
[0008] 采用缺省參數(shù)計算時，模型計算結(jié)果往往存在較大偏差，導(dǎo)致首次生產(chǎn)時帶鋼的 卷取溫度控制偏差較大，廢次降率較高，由此增加了生產(chǎn)成本。
[0009] 上述問題在新產(chǎn)線投產(chǎn)初期進行產(chǎn)品品種或規(guī)格的拓展，或者是老產(chǎn)線進行新品 種或新規(guī)格產(chǎn)品的試制時，體現(xiàn)得尤為突出。
[0010] 由于對于首次生產(chǎn)的新品種或新規(guī)格產(chǎn)品，其卷取溫度控制數(shù)學(xué)模型一般只能采 用缺省參數(shù)來進行計算，導(dǎo)致首次生產(chǎn)精度命中率普遍較低，一般±30°C精度(實際卷取溫 度與目標(biāo)卷取溫度偏差在30°C以內(nèi)，下同)低于80%，帶鋼局部甚至整體的卷取溫度"超差"， 引起卷取溫度類"廢、次、降"。因此如何在第一次生產(chǎn)時就能比較準(zhǔn)確地確定模型初始控制 參數(shù)，而不是直接使用缺省參數(shù)，就成為解決問題的關(guān)鍵。
[0011] 故在實際生產(chǎn)過程中，如何設(shè)法提高某一新品種或某一新規(guī)格的產(chǎn)品在首次生產(chǎn) 時帶鋼卷取溫度的控制精度，始終是一個現(xiàn)場關(guān)注的難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提高熱軋新品種新規(guī)格帶鋼卷取溫度控 制精度的方法，其在熱軋層流冷卻控制工序(簡稱本工序，下同）中結(jié)合帶鋼鋼種、目標(biāo)厚 度、目標(biāo)卷取溫度、乳制速度、帶鋼冷卻模式等關(guān)鍵生產(chǎn)工藝信息，自動判定上道工序的來 料在本工序是否屬于新品種或者新規(guī)格，即是否屬于首次生產(chǎn)，并通過一序列推定邏輯來 自動確定新品種或者新規(guī)格在本工序首次生產(chǎn)時的模型參數(shù)，以提高本工序首次生產(chǎn)該鋼 種或該規(guī)格帶鋼的卷取溫度控制合格率、降低廢次品率，進而降低產(chǎn)品制造成本。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：提供一種提高熱軋新品種新規(guī)格帶鋼卷取溫度控制精度的 方法，包括現(xiàn)場控制計算機根據(jù)上級計算機所下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)和工藝參數(shù)指標(biāo)，對熱軋層 流冷卻工序的生產(chǎn)設(shè)備按照卷取溫度控制模型來進行生產(chǎn)過程的運行參數(shù)動態(tài)控制，其特 征在于所述的現(xiàn)場控制計算機按照下列步驟來確定最優(yōu)的近似控制參數(shù)：
[0014] A、首先，根據(jù)現(xiàn)場控制計算機所接收到的帶鋼目標(biāo)厚度、目標(biāo)卷取溫度、乳制速度 的取值范圍，在熱軋層流冷卻工序設(shè)立厚度層別、溫度層別表和速度層別表，用以計算來料 的層別信息；
[0015] B、根據(jù)來料帶鋼鋼種、冷卻模式，以及厚度層別、溫度層別、速度層別和熱軋層流 冷卻工序既有的歷史生產(chǎn)信息，判定來料帶鋼在本工序是否屬于新品種或者新規(guī)格；
[0016] C、對于非新品種、非新規(guī)格的情況，現(xiàn)場控制計算機使用模型自學(xué)習(xí)后的控制參 數(shù)進行常規(guī)的正常生產(chǎn)運行控制；
[0017] D、對新品種或新規(guī)格，現(xiàn)場控制計算機采用以下方式確定其控制參數(shù)：
[0018] D1、如果是新鋼種，則按鋼種匹配規(guī)則在歷史數(shù)據(jù)中搜索與本新鋼種最接近的鋼 種，將搜索出來的最接近的鋼種作為后續(xù)確定控制參數(shù)時需要使用的鋼種；如果沒有近似 鋼種，則本帶鋼生產(chǎn)時只能使用缺省控制參數(shù)，后續(xù)步驟全部忽略；如果不是新鋼種，則忽 略本步驟，直接將本鋼種作為后續(xù)確定控制參數(shù)時需要使用的鋼種；
[0019] D2、根據(jù)本帶鋼的厚度、溫度、速度的層別數(shù)據(jù)，采用離散化鄰域作為最佳近似控 制參數(shù)的搜索層別范圍；
[0020] D3、設(shè)立冷卻模式離散化鄰域矩陣來描述冷卻模式的近似性；
[0021] D4、對厚度、溫度、速度、冷卻模式這四個應(yīng)變量設(shè)立a i、α 2、α 3、α 4四個不同的 權(quán)重系數(shù)來描述厚度、溫度、速度、冷卻模式各自對控制參數(shù)的影響程度；
[0022] D5、讓厚度、溫度、速度的層別以及冷卻模式在給定的搜索范圍內(nèi)依次按給定順序 小幅變動，并在歷史數(shù)據(jù)中搜索能精確匹配小幅變動后的層別的歷史生產(chǎn)信息；
[0023] D6、對于在鄰域范圍內(nèi)搜索到的每一個已生產(chǎn)層別，按設(shè)定的權(quán)重{ Ql、α2、α3、 α 4}計算與精確匹配點{x :厚度等級，y :溫度等級，ζ :速度等級，w :冷卻模式}在多維空間 上的加權(quán)物理距離；
[0024] D7、重復(fù)上述D5、D6步驟，最后得到一個物理距離的集合；
[0025] D8、在上述計算出來的加權(quán)物理距離集合中，尋找最小的距離值，如果最小值出現(xiàn) 兩次或兩次以上，則取第一個最小值，其對應(yīng)的層別在最后一次生產(chǎn)時所使用的控制參數(shù)， 即為針對該新品種或新規(guī)格帶鋼的最優(yōu)的近似控制參數(shù)；
[0026] D9、如果上述集合為空，則針對該新品種或新規(guī)格帶鋼進行生產(chǎn)時，只能使用缺省 控制參數(shù)進行生產(chǎn)過程的工藝控制。
[0027] 具體的，所述步驟A中厚度層別、溫度層別、速度層別都是根據(jù)對應(yīng)的層別表來確 定具體的層別值，而層別表則由一序列邊界值組成，描述了各類層別具體的劃分規(guī)則。
[0028] 所述步驟B中對是否屬于新品種或新規(guī)格的判斷方法是：如果在已生產(chǎn)帶鋼的歷 史數(shù)據(jù)中該鋼種沒有，則判定本帶鋼是新品種首次軋制；如果歷史數(shù)據(jù)中有該鋼種，但是在 該鋼種已生產(chǎn)帶鋼歷史數(shù)據(jù)中，即將生產(chǎn)的帶鋼對應(yīng)的厚度層別、溫度層別、速度層別、冷 卻模式這四項中任意一項沒有，則判定為已有鋼種的新規(guī)格。
[0029] 所述步驟D中確定與本新鋼種最接近的鋼種的方法為：將鋼種標(biāo)志視為字符串， 在系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)中搜索與新鋼種從左至右在相同位置上字符相同的匹配數(shù)最多的鋼種。
[0030] 所述步驟D中確定新品種或新規(guī)格控制參數(shù)的方法如下：
[0031] 5-1、建立卷取溫度模型控制參數(shù)h與決定因子鋼種s、厚度層別X、溫度層別y、速 度層別z和冷卻模式w之間的對應(yīng)關(guān)系：
[0032] 通過一個5維坐標(biāo)（s，X，y，Z，w)來唯一確定一個參數(shù)序列h ;借鑒多元函數(shù)的近 似求解方法，在確定s后，在（X，y，Z，w)的一個4維離散化鄰域內(nèi)來求取h的近似值@ :
[0033]

【權(quán)利要求】
1. 一種提高熱軋新品種新規(guī)格帶鋼卷取溫度控制精度的方法，包括現(xiàn)場控制計算機根 據(jù)上級計算機所下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)和工藝參數(shù)指標(biāo)，對熱軋層流冷卻工序的生產(chǎn)設(shè)備按照卷 取溫度控制模型來進行生產(chǎn)過程的運行參數(shù)動態(tài)控制，其特征在于所述的現(xiàn)場控制計算機 按照下列步驟來確定最優(yōu)的近似控制參數(shù)： A、 首先，根據(jù)現(xiàn)場控制計算機所接收到的帶鋼目標(biāo)厚度、目標(biāo)卷取溫度、乳制速度的取 值范圍，在熱軋層流冷卻工序設(shè)立厚度層別、溫度層別表和速度層別表，用以計算來料的層 別息； B、 根據(jù)來料帶鋼鋼種、冷卻模式，以及厚度層別、溫度層別、速度層別和熱軋層流冷卻 工序既有的歷史生產(chǎn)信息，判定來料帶鋼在本工序是否屬于新品種或者新規(guī)格； C、 對于非新品種、非新規(guī)格的情況，現(xiàn)場控制計算機使用模型自學(xué)習(xí)后的控制參數(shù)進 行常規(guī)的正常生產(chǎn)運行控制； D、 對新品種或新規(guī)格，現(xiàn)場控制計算機采用以下方式確定其控制參數(shù)： D1、如果是新鋼種，則按鋼種匹配規(guī)則在歷史數(shù)據(jù)中搜索與本新鋼種最接近的鋼種，將 搜索出來的最接近的鋼種作為后續(xù)確定控制參數(shù)時需要使用的鋼種；如果沒有近似鋼種， 則本帶鋼生產(chǎn)時只能使用缺省控制參數(shù)，后續(xù)步驟全部忽略；如果不是新鋼種，則忽略本步 驟，直接將本鋼種作為后續(xù)確定控制參數(shù)時需要使用的鋼種； D2、根據(jù)本帶鋼的厚度、溫度、速度的層別數(shù)據(jù)，采用離散化鄰域作為最佳近似控制參 數(shù)的搜索層別范圍； D3、設(shè)立冷卻模式離散化鄰域矩陣來描述冷卻模式的近似性； D4、對厚度、溫度、速度、冷卻模式這四個應(yīng)變量設(shè)立a r a 2、a 3、Ci4四個不同的權(quán)重 系數(shù)來描述厚度、溫度、速度、冷卻模式各自對控制參數(shù)的影響程度； D5、讓厚度、溫度、速度的層別以及冷卻模式在給定的搜索范圍內(nèi)依次按給定順序小幅 變動，并在歷史數(shù)據(jù)中搜索能精確匹配小幅變動后的層別的歷史生產(chǎn)信息； D6、對于在鄰域范圍內(nèi)搜索到的每一個已生產(chǎn)層別，按設(shè)定的權(quán)重{〇1、a2、a3、a 4} 計算與精確匹配點{x :厚度等級，y :溫度等級，z :速度等級，w :冷卻模式}在多維空間上的 加權(quán)物理距離； D7、重復(fù)上述D5、D6步驟，最后得到一個物理距離的集合； D8、在上述計算出來的加權(quán)物理距離集合中，尋找最小的距離值，如果最小值出現(xiàn)兩次 或兩次以上，則取第一個最小值，其對應(yīng)的層別在最后一次生產(chǎn)時所使用的控制參數(shù)，即為 針對該新品種或新規(guī)格帶鋼的最優(yōu)的近似控制參數(shù)； D9、如果上述集合為空，則針對該新品種或新規(guī)格帶鋼進行生產(chǎn)時，只能使用缺省控制 參數(shù)進行生產(chǎn)過程的工藝控制。
2. 按照權(quán)利要求1所述的提高熱軋新品種新規(guī)格帶鋼卷取溫度控制精度的方法，其特 征在于所述步驟A中厚度層別、溫度層別、速度層別都是根據(jù)對應(yīng)的層別表來確定具體的 層別值，而層別表則由一序列邊界值組成，描述了各類層別具體的劃分規(guī)則。
3. 按照權(quán)利要求1所述的提高熱軋新品種新規(guī)格帶鋼卷取溫度控制精度的方法，其特 征在于所述步驟B中對是否屬于新品種或新規(guī)格的判斷方法是：如果在已生產(chǎn)帶鋼的歷史 數(shù)據(jù)中該鋼種沒有，則判定本帶鋼是新品種首次軋制；如果歷史數(shù)據(jù)中有該鋼種，但是在該 鋼種已生產(chǎn)帶鋼歷史數(shù)據(jù)中，即將生產(chǎn)的帶鋼對應(yīng)的厚度層別、溫度層別、速度層別、冷卻 模式這四項中任意一項沒有，則判定為已有鋼種的新規(guī)格。
4. 按照權(quán)利要求1所述的提高熱軋新品種新規(guī)格帶鋼卷取溫度控制精度的方法，其特 征在于所述步驟D中確定與本新鋼種最接近的鋼種的方法為：將鋼種標(biāo)志視為字符串，在 系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)中搜索與新鋼種從左至右在相同位置上字符相同的匹配數(shù)最多的鋼種。
5. 按照權(quán)利要求1所述的提高熱軋新品種新規(guī)格帶鋼卷取溫度控制精度的方法，其特 征在于所述步驟D中確定新品種或新規(guī)格控制參數(shù)的方法如下： 5-1、建立卷取溫度模型控制參數(shù)h與決定因子鋼種s、厚度層別X、溫度層別y、速度層 別z和冷卻模式w之間的對應(yīng)關(guān)系： 通過一個5維坐標(biāo)（s，X，y，z，w)來唯一確定一個參數(shù)序列h ;借鑒多元函數(shù)的近似求 解方法，在確定s后，在（X，y，z，w)的一個4維離散化鄰域內(nèi)來求取h的近似值* : /? = 丨/"_r ± ± ± Ar, m，± Am，）丨，其中S代表在鄰域內(nèi)最優(yōu)值的篩選 規(guī)則； 5-2、按照下列方式確定離散化鄰域的定義： 5-2-1、厚度層別X離散化鄰域定義： {x± Ax} = {x~2, x-1, x, x+1, x+2}, 即厚度層別在包括自身在內(nèi)的前后共5個層別內(nèi)移動變化； 5-2-2、溫度層別y離散化鄰域定義： {y± Ay} = {y-3, y-2, y-1, y, y+1, y+2, y+3}, 即溫度層別在包括自身在內(nèi)的前后共7個層別內(nèi)移動變化； 5-2-3、速度層別z離散化鄰域定義： {z + A z} = {z-3, z-2, z-1, z, z+1, z+2, z+3}, 即速度層別在包括自身在內(nèi)的前后共7個層別內(nèi)移動變化； 5-2-4、冷卻模式w離散化定義： 通過定義一個映射矩陣，來表示鄰近的冷卻模式及其優(yōu)先順序； 5-3、鄰域內(nèi)最優(yōu)值的選取規(guī)則：
其中：S為最小加權(quán)距離值； a p a 2、a 3、a 4為各項權(quán)重或"權(quán)重系數(shù)，且滿足： a j+ a 2+ a 3+ a 4 = I.....................................................(2) 其中，設(shè)立權(quán)重CM、a2、a 3、a4的目的在于可以表示出厚度、溫度、速度、冷卻模式 的變化對控制參數(shù)的影響程度，其根據(jù)預(yù)先制定的權(quán)重表可以查得；Ax為厚度層別偏差， Ay為溫度層別偏差，Az為速度層別偏差,而Aw為冷卻模式偏差；S為最小的加權(quán)偏差 值；即選取與精確匹配點{x，y，z，w}在物理位置上按權(quán)重{ a a 2、a 3、a 4}計算出距離 最小的點作為{x，y，z，w}的最佳近似匹配點，其對應(yīng)的控制參數(shù)序列即為本鋼種的最優(yōu)近 似參數(shù)。
6. 按照權(quán)利要求1所述的提高熱軋新品種新規(guī)格帶鋼卷取溫度控制精度的方法，其特 征在于所述提高熱軋新品種新規(guī)格帶鋼卷取溫度控制精度的方法，對熱軋層流冷卻工序新 品種、新規(guī)格帶鋼進行自動識別，并結(jié)合產(chǎn)線既有的生產(chǎn)實績，對新品種或新規(guī)格帶鋼首次 生產(chǎn)時的模型參數(shù)進行自動推定，提高首次生產(chǎn)時帶鋼卷取溫度控制的命中精度，降低首 次生產(chǎn)的"廢、次、降"率。
7.按照權(quán)利要求2所述的提高熱軋新品種新規(guī)格帶鋼卷取溫度控制精度的方法，其特 征在于所述的現(xiàn)場控制計算機首先在系統(tǒng)中設(shè)立具體的厚度層別表、溫度差別表、速度層 別表、冷卻模式鄰域矩陣表以及各因子權(quán)重表，在設(shè)置好這些表格數(shù)據(jù)后，再進行新品種、 新規(guī)格帶鋼生產(chǎn)過程的卷取溫度運行參數(shù)動態(tài)控制過程。
【文檔編號】B21B37/74GK104338758SQ201310330381
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】張智勇 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司