專利名稱：控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制裝置，該控制裝置能夠以較低的計算負擔(dān)高精度地計算出在熱軋裝置中被軋制的鋼板的溫度預(yù)測值。
背景技術(shù)：
在通常的熱軋裝置中，在傳送線上傳送在鋼坯加熱爐中被加熱到規(guī)定溫度的高溫鋼板，在對其進行軋制處理等一系列的處理之后，利用卷線機對其進行卷繞。這里，用于進行軋制載荷及軋制轉(zhuǎn)矩等軋制處理的控制量必須根據(jù)鋼板的溫度來進行調(diào)整。因此，要高精度地算出該軋制處理的控制量，就必須高精度地算出鋼板的溫度。在通常的熱軋裝置中，在傳送鋼板的工序中，會涉及到熱輻射，除鱗部及層流噴霧冷卻部等的水冷卻，軋制處理中的加工生熱、摩擦生熱、軋輥傳熱，以及由于鋼板內(nèi)部的相變而引起的潛熱等的多種熱傳導(dǎo)現(xiàn)象，鋼板的表面溫度時刻在發(fā)生變化。另外，在鋼板的內(nèi)部，由于與表面溫度之差產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)，鋼板內(nèi)部的溫度也會發(fā)生變化。由此，由于鋼板的多種邊界條件的變化，表面溫度的變化較大，但是由于鋼板內(nèi)部只有熱傳導(dǎo)這種熱量轉(zhuǎn)移， 因此其溫度變化較緩，因此，表面溫度與內(nèi)部溫度之間產(chǎn)生了溫度差，具有了溫度分布。特別是，當(dāng)鋼板的厚度越大這種溫度分布就越大。一般而言，在對鋼板表面溫度的計算中，根據(jù)上述多種所涉及的邊界條件的變化， 算出流入流出鋼板的熱量，預(yù)測并算出鋼板表面溫度的變化。另外，在對鋼板內(nèi)部溫度的計算中，有必要通過計算其與表面的溫度差產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)，預(yù)測并算出內(nèi)部溫度的變化。因此，在現(xiàn)有的鋼板溫度計算中，對于每個邊界條件計算出通過表面流入流出的熱量，將鋼板內(nèi)部簡化為均勻的溫度，以使用鋼板整體的熱容來進行溫度計算。然而，關(guān)于粗軋等板厚較厚的鋼板的溫度，表面溫度與內(nèi)部溫度之差較大，即使利用除鱗部的水冷卻或軋輥傳熱等使表面溫度暫時下降，由于隨后來自鋼板內(nèi)部的熱傳導(dǎo)也會使表面溫度上升，由此，利用如上所述簡化后的溫度計算，不能正確地計算鋼板溫度的時刻變化。另外，在加熱爐內(nèi)的鋼板加熱控制或厚板軋制工序等中，在板厚方向或板寬方向?qū)︿摪褰孛孢M行網(wǎng)狀分割，利用各要素之間的熱傳導(dǎo)也一并考慮的差分法，進行溫度計算。 然而，這樣對鋼板截面進行網(wǎng)狀分割，經(jīng)過時間也分割成間距時間，利用差分法求解熱傳導(dǎo)方程式以計算溫度，在這種溫度計算方法中，具有計算次數(shù)較多、計算機負擔(dān)增大的問題， 這種溫度計算方法很難應(yīng)用于要求實時性的實際操作中的熱軋裝置的在線控制計算。因此，專利文獻1 (日本專利公開2001-269702)揭示了如下一種方法在利用差分法進行的溫度計算中，根據(jù)因軋制等造成的鋼板的厚度變化，通過在進行軋制的同時減少板厚方向的分割數(shù)，以減少溫度計算負擔(dān)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在專利文獻1(日本專利公開2001-269702)中，雖然隨著軋制來減少板厚方向的分割數(shù)，但是不能減少板寬方向的分割數(shù)。而且，為了減少分割數(shù)而將要素分割簡化為只進行板厚方向的分割，在板寬方向上不進行分割，如果在這樣的情況下進行差分計算，則對于剛從加熱爐中抽出等的板厚較厚的鋼板，由于來自側(cè)面的輻射冷卻等，而不能正確地得出側(cè)面溫度。另外，還存在如下問題即使為了減小計算機負擔(dān)而增大時間增量以使整體的計算次數(shù)減少，在水冷卻區(qū)域等溫度變化較大的邊界條件下也不能進行十分正確的溫度計算，在實際操作中的在線控制計算的差分計算也很難適用。本發(fā)明正是鑒于上述技術(shù)問題而提供的一種控制裝置，該控制裝置能夠以較低的計算負擔(dān)、高精度地計算出在熱軋裝置中被軋制的鋼板的預(yù)測溫度。根據(jù)本發(fā)明，能夠以較低的計算負擔(dān)、高精度地計算出在熱軋裝置中被軋制的鋼板的溫度預(yù)測值。


圖1是示出利用第1實施方式所涉及的控制裝置進行控制的熱軋裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是示出第1實施方式所涉及的控制裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖3表示利用第1實施方式所涉及的控制裝置所具備的CPU的預(yù)測溫度計算部在鋼板截面進行的要素分割處理。圖4是鋼板中的截面的各要素的流入流出熱量的說明圖。圖5是說明對利用第2實施方式所涉及的控制裝置進行控制的熱軋裝置中的鋼板溫度給予變化的邊界條件的模式圖。圖6是示出利用第2實施方式所涉及的控制裝置進行控制的熱軋裝置的中的鋼板的溫度變化的說明圖。圖7是利用第3實施方式所涉及的控制裝置所具備的CPU的預(yù)測溫度計算部進行預(yù)測溫度的計算處理的說明圖。
具體實施例方式下面參照附圖來說明本發(fā)明所涉及的控制裝置的實施方式。〈實施方式1>< 結(jié)構(gòu) >圖1是示出利用第1實施方式所涉及的控制裝置進行控制的熱軋裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，利用第1實施方式所涉及的控制裝置進行控制的熱軋裝置20具備 對鋼板14進行加熱的鋼坯加熱爐1，從鋼板14的上方及下方噴射高壓水以從鋼板14的表面除鱗的高壓除鱗部2，對鋼板14的板寬方向進行軋制的軋邊機3，對鋼板14進行粗軋的粗軋部4，對經(jīng)粗軋部4粗軋后的鋼板14的溫度進行測定的粗軋出口側(cè)溫度計5，對被切頭剪7切斷之前的鋼板14的溫度進行測定的精軋入口側(cè)溫度計6，切斷鋼板14的前后端部的切頭剪7，從鋼板14的表面除鱗的精軋入口側(cè)除鱗部8，將鋼板14精軋到規(guī)定的板厚的精軋部9，對經(jīng)精軋部9精軋后的鋼板14的溫度進行測定的精軋出口側(cè)溫度計10，冷卻鋼板14的層流噴霧冷卻部11，對經(jīng)層流噴霧冷卻部11冷卻后的鋼板14的溫度進行測定的卷繞溫度計12，以及對鋼板14進行卷繞的卷線機13。圖2是示出利用第1實施方式所涉及的控制裝置進行控制的熱軋裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，第1實施方式所涉及的控制裝置100具備R0M102、RAM103、輸入部 104、輸出部105、以及硬盤106，上述各部分分別通過總線200連接起來。R0M102由不易失性半導(dǎo)體等構(gòu)成，存儲CPUlOl所執(zhí)行的操作系統(tǒng)等。RAM103由易失性半導(dǎo)體等構(gòu)成，存儲在CPUlOl進行各種處理中所必需的數(shù)據(jù)等。輸入部104從熱軋裝置20接收由粗軋出口側(cè)溫度計5、精軋入口側(cè)溫度計6、精軋出口側(cè)溫度計10及卷繞溫度計12等的各種溫度計所測定的測定溫度，以及由控制裝置20 所具備的傳感器等所檢測出的過程值。輸出部105將由CPUlOl所生成的各種控制信號發(fā)送到熱軋裝置20。硬盤106存儲CPUlOl所執(zhí)行的控制程序、以及用于計算預(yù)測溫度的預(yù)測溫度計算
程序等?？刂撇?01進行控制裝置100的關(guān)鍵控制。另外，CPUlOl在功能上，具備預(yù)測溫度計算部101a、以及控制部101b。預(yù)測溫度計算部IOla在計算預(yù)測溫度方面概括為，將鋼板14的截面從外圍到中央、每隔規(guī)定的空間增量以環(huán)狀的方式分割為多個要素。然后，預(yù)測溫度計算部IOla利用差分法算出每個被分割的要素的預(yù)測溫度?？刂撇縄Olb根據(jù)由預(yù)測溫度計算部IOla算出的預(yù)測溫度，決定熱軋裝置20對鋼板14進行加熱、軋制及冷卻用的控制量，根據(jù)該決定的控制量來控制熱軋裝置20?！搭A(yù)測溫度的計算〉接著，對于利用第1實施方式所涉及的控制裝置100所具備的CPUlOl的預(yù)測溫度計算部IOla來計算預(yù)測溫度的順序，進行詳細說明。圖3表示利用預(yù)測溫度計算部IOla在鋼板14的截面所進行的要素分割處理。在圖3中，分割數(shù)N表示從鋼板14的上表面部起到中央部為止的板厚方向的要素數(shù)。因為分割數(shù)N是相當(dāng)于鋼板14的板厚的一半的分割數(shù)，所以從鋼板14的上表面部起到下表面部為止的總分割數(shù)為2N-1。也就是說，若設(shè)空間增量代表寬度為Δ χ，則預(yù)測溫度計算部IOla首先從鋼板14 的上下表面及側(cè)面開始，以空間增量代表寬度的一半的寬度(1/2 ·Δχ)以環(huán)狀的方式來進行要素的分割。然后，預(yù)測溫度計算部IOla在鋼板14的內(nèi)側(cè)，在板厚方向、板寬方向上每隔空間增量代表寬度(Δχ)同樣地進行環(huán)狀要素的分割。如果該空間增量代表寬度(Δχ) 太小，則CPUlOl的負載會變大，如果該空間增量代表(Δχ)太大，則不能正確地計算出預(yù)測溫度。因此，有必要先由供應(yīng)商等根據(jù)實際測量預(yù)先計算出適當(dāng)?shù)闹?，并由供?yīng)商或用戶等預(yù)先設(shè)定適當(dāng)?shù)闹怠６?，預(yù)測溫度計算部IOla同樣地進行要素的分割，一直分割到中央部要素為止。另外，將除中央部要素以外的各環(huán)狀要素分為上半部分和下半部分，從而能夠分別計算上表面和下表面。由此，預(yù)測溫度計算部IOla將鋼板14分割為總數(shù)2Ν-1個要素。接著，預(yù)測溫度計算部IOla計算出各要素的體積和邊界面面積。在鋼板14的傳送方向上取單位長度，計算出板厚為H且板寬為B的鋼板14上的各要素的體積、以及各要素之間或者要素與周圍的邊界面面積。具體而言，若設(shè)第1要素的體積為V1，第2要素的體積為V2、第3要素的體積為V3、 第N要素的體積為Vn，第QN-3)要素的體積為V2N_3，第QN-2)要素的體積為V2N_2，第QN-1) 要素的體積為Vi1，則預(yù)測溫度計算部IOla利用下述的數(shù)學(xué)式1至數(shù)學(xué)式7，分別計算出 V1、V2、V3、Vn、^2N"3、V2N-2、V2N-I 0 此夕卜，由于V^VdVpVi^ViyVn表示在鋼板14的傳送方向上每單位長度Imm的體積，因此，這里省略單位長度Imm部分的單位，用(mm2)來表示。[數(shù)學(xué)式1]
權(quán)利要求
1.一種控制裝置，其特征在于，具備預(yù)測溫度計算部，該預(yù)測溫度計算部將在熱軋裝置中被加熱、軋制及冷卻的鋼板的截面從外圍到中央，每隔空間增量寬度以環(huán)狀的方式分割為多個要素，再利用差分法計算出每個被分割的所述要素的預(yù)測溫度；以及控制部，該控制部根據(jù)由所述預(yù)測溫度計算部算出的預(yù)測溫度，確定用于所述熱軋裝置對所述鋼板進行加熱、軋制及冷卻的控制量。
2.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述預(yù)測溫度計算部計算出與所述鋼板的邊界條件相對應(yīng)的時間增量寬度，根據(jù)該計算出的時間增量寬度，利用差分法計算出每個被分割的所述要素的預(yù)測溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述預(yù)測溫度計算部根據(jù)利用設(shè)置于所述熱軋裝置中的溫度計所測定的測定溫度，對每個被分割的所述要素的預(yù)測溫度進行校正，再計算出該校正后的預(yù)測溫度以作為此后的新的預(yù)測溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制裝置，該控制具備預(yù)測溫度計算部(101a)和控制部(101b)，其中，該預(yù)測溫度計算部(101a)將在熱軋裝置(20)中被加熱并軋制的鋼板(14)的截面從外圍到中央、每隔空間增量寬度以環(huán)狀的方式分割為多個要素，再根據(jù)邊界條件使時間增量寬度變化，從而利用差分法算出每個被分割的要素的預(yù)測溫度，該控制部(101b)根據(jù)由預(yù)測溫度計算部(101a)算出的預(yù)測溫度，確定熱軋裝置(20)對鋼板(14)進行加熱并軋制用的控制量。
文檔編號B21B37/74GK102215992SQ20088013201
公開日2011年10月12日 申請日期2008年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者下田直樹 申請人:東芝三菱電機產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)株式會社