一種層流冷卻正、負(fù)反饋的閉環(huán)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種層流冷卻正、負(fù)反饋的閉環(huán)控制方法，包括以下步驟：軋機(jī)咬入軋件后觸發(fā)層流冷卻區(qū)入口段的前若干組上集管開啟，控制器初始化，軋件的頭部進(jìn)入口段，入口高溫計(jì)采集軋件頭部溫度并傳送至控制器進(jìn)行前饋1計(jì)算，軋件向后運(yùn)動(dòng)，中間高溫計(jì)采集到軋件的溫度，控制器采用中間高溫計(jì)和入口高溫計(jì)的溫度對(duì)入口段進(jìn)行前饋1和反饋1計(jì)算，并將得到的設(shè)定值保存至段對(duì)象表中，跟蹤功能將掃描段對(duì)象表找出所有進(jìn)入其設(shè)定集管的段，對(duì)其進(jìn)行反饋1計(jì)算并用于實(shí)時(shí)控制，軋件運(yùn)動(dòng)至出口時(shí)，出口高溫計(jì)采集到軋件溫度輸送至控制器進(jìn)行前饋2和反饋2計(jì)算。采用本發(fā)明極大提高了層流冷卻控制的精度。
【專利說明】一種層流冷卻正、負(fù)反饋的閉環(huán)控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于軋鋼冷卻控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種層流冷卻正、負(fù)反饋的閉環(huán)控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在軋鋼生產(chǎn)過程中，為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量和增加經(jīng)濟(jì)效益，獲得優(yōu)質(zhì)的熱軋鋼，在軋鋼離開末架精軋機(jī)后進(jìn)入卷取機(jī)之前，需對(duì)軋鋼進(jìn)行冷卻，通過層流冷卻控制軋鋼的冷卻速率來控制其顯微組織的演變歷程，進(jìn)而得到理想的組織和性能。目前國內(nèi)層流冷卻系統(tǒng)僅采用一次正反饋進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，因此鋼板實(shí)際冷卻溫度偏離目標(biāo)溫度較大，而且實(shí)際溫度波動(dòng)也很大，有時(shí)波動(dòng)高達(dá)±50度以上，這樣就對(duì)產(chǎn)品的性能穩(wěn)定帶來很大影響，尤其是在品種鋼開發(fā)的過程中，冷卻溫度波動(dòng)過大會(huì)影響新鋼種的開發(fā)進(jìn)度，無法快速地穩(wěn)定新鋼種的生產(chǎn)工藝，同時(shí)還會(huì)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的板形和性能問題，極大地增加了品種鋼的開發(fā)成本。由于現(xiàn)有鋼鐵廠的層流冷卻區(qū)一般在50米左右，有的甚至更長(zhǎng)，而出口的高溫計(jì)與層流入口處的距離更長(zhǎng)，控制精度太低，效果不理想，導(dǎo)致層流冷卻系統(tǒng)多數(shù)只采用前饋控制，而沒有采用負(fù)反饋控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種層流冷卻正、負(fù)反饋的閉環(huán)控制方法，可大幅度提高鋼板水冷溫度的控制精度，實(shí)現(xiàn)層流冷卻的多路前饋、反饋閉環(huán)控制。
[0004]本發(fā)明的層流冷卻正、負(fù)反饋的閉環(huán)控制方法，該方法的裝置包括軋機(jī)和層流冷卻區(qū)，將所述層流冷卻區(qū)劃分為若干段，每段的段長(zhǎng)為1.5±1米，在層流冷卻區(qū)中從后向前排列的第一段確定為出口段，最后一段確定為入口段；所述層流冷卻區(qū)包括沿軋機(jī)輸出輥道排列設(shè)置的前、后兩段上集管組，用于控制上集管組的控制器和依次設(shè)置在層流冷卻區(qū)上并與控制器連接的入口高溫計(jì)、中間高溫計(jì)和出口高溫計(jì)；該方法包括以下步驟:
一、軋機(jī)咬入完成軋制的軋件后，軋機(jī)觸發(fā)層流冷卻區(qū)入口段的前若干組上集管開啟5±2秒鐘，使上集管充滿預(yù)充水后關(guān)閉，同時(shí)控制器初始化層流冷卻區(qū)及其跟蹤數(shù)據(jù)；
二、初始化控制器后，軋件的頭部進(jìn)入層流冷卻區(qū)的入口段，位于入口段的入口高溫計(jì)采集軋件頭部溫度并傳送至控制器，觸發(fā)控制器進(jìn)行前饋I計(jì)算，并開始對(duì)軋件進(jìn)行分段跟蹤記錄；
三、軋件在層流冷卻區(qū)中繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)，中間高溫計(jì)采集到軋件的溫度時(shí)，控制器采用此時(shí)采集的中間高溫計(jì)和已保存的入口高溫計(jì)的溫度數(shù)據(jù)對(duì)入口段進(jìn)行前饋I和反饋I計(jì)算，并將計(jì)算得到的設(shè)定值保存至控制器的段對(duì)象表中；
四、跟蹤功能將掃描段對(duì)象表找出所有進(jìn)入其設(shè)定集管的段，對(duì)其進(jìn)行反饋I計(jì)算并即時(shí)應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制，同時(shí)對(duì)入口段與段27之間所有段重復(fù)步驟三，并將計(jì)算結(jié)果應(yīng)用于層流冷卻的實(shí)時(shí)控制； 五、軋件運(yùn)動(dòng)至層流冷卻區(qū)的出口時(shí)，出口高溫計(jì)采集到軋件溫度后輸送至控制器，控制器采用出口高溫計(jì)及中間高溫計(jì)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行前饋2和反饋2。
[0005]優(yōu)選地，在所述步驟一中，當(dāng)軋件軋制到最后一道，軋機(jī)咬入軋件后，軋機(jī)發(fā)送信號(hào)Y至與其相連的控制器，設(shè)控制器接到Y(jié)信號(hào)的狀態(tài)為0，未接到Y(jié)信號(hào)的狀態(tài)為1，控制器根據(jù)⑴式對(duì)其是否接到信號(hào)Y進(jìn)行判斷，
Y= O (I)
若Y = 0，則控制器控制層流冷卻區(qū)入口段的前十組上集管開啟，若Y = 1，則控制器沒有接到信號(hào)，操作結(jié)束。
[0006]進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述步驟二中，軋件在層流冷卻區(qū)中從前向后運(yùn)動(dòng)過程中，控制器可對(duì)軋件進(jìn)行分段跟蹤；當(dāng)軋件運(yùn)動(dòng)至層流冷卻區(qū)的某一段時(shí)，控制器通過入口高溫計(jì)、中間高溫計(jì)和出口高溫計(jì)分別采集并記錄保存層流冷卻區(qū)的入口溫度、中間溫度、出口溫度以及冷卻設(shè)定數(shù)據(jù)，再按照先進(jìn)先出原則對(duì)軋件在層流冷卻區(qū)每一段時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。
[0007]再進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟三中，當(dāng)軋件運(yùn)動(dòng)至中間高溫計(jì)下方時(shí)，中間高溫計(jì)采集并傳送軋件溫度至控制器，控制器根據(jù)軋件的溫度對(duì)入口段進(jìn)行前饋和反饋計(jì)算。
[0008]更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟四中，控制器在段對(duì)象表中找出層流冷卻區(qū)中從第27段至入口段之間所有的段，對(duì)其進(jìn)行反饋I計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果應(yīng)用于層流冷卻的實(shí)時(shí)控制。
[0009]所述中間高溫計(jì)的個(gè)數(shù)為I?8個(gè)，布置在層流冷卻區(qū)的倒數(shù)第六組上集管與第七組上集管之間，用于前面上集管的反饋控制及后面上集管的前饋控制，而出口高溫計(jì)用于出口段后六組上集管的反饋控制。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:本發(fā)明采用兩次前饋、兩次反饋的方法來控制軋件的層流冷卻，并在層流冷卻區(qū)的兩端及中部加裝高溫計(jì)，便于實(shí)現(xiàn)層流冷卻的前饋、反饋控制，從而極大地提高了層流冷卻控制鋼板軋件的精度，具有較好的應(yīng)用前景及經(jīng)濟(jì)效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例一
本實(shí)施例的層流冷卻正、負(fù)反饋的閉環(huán)控制方法，其裝置包括軋機(jī)和層流冷卻區(qū)，如圖1所示，將層流冷卻區(qū)劃分為若干段，每段的段長(zhǎng)為1.5± I米(具體長(zhǎng)度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備確定)，并將各段從后向前排列，第一段為出口段，最后一段為入口段。而層流冷卻區(qū)包括沿軋機(jī)輸出輥道排列設(shè)置的前、后兩段上集管組，且兩段上集管組之間的距離至少為6米，還包括用于控制上集管組的控制器和從前至后依次設(shè)置在層流冷卻區(qū)上并與控制器連接的入口高溫計(jì)、中間高溫計(jì)和出口高溫計(jì)。中間高溫計(jì)的個(gè)數(shù)為I?8個(gè)，具體個(gè)數(shù)可根據(jù)層流冷卻區(qū)的長(zhǎng)度確定，中間高溫計(jì)布置在層流冷卻區(qū)的倒數(shù)第六組上集管與第七組上集管之間，用于前面上集管的反饋控制及后面上集管的前饋控制，而出口高溫計(jì)用于出口段后六組上集管的反饋控制。本實(shí)施例的方法包括以下步驟:
一、軋機(jī)咬入完成軋制的軋件后，軋機(jī)觸發(fā)層流冷卻區(qū)入口段的前十組上集管開啟5±2秒鐘(具體開啟的上集管組數(shù)及開啟的時(shí)間可根據(jù)具體設(shè)備確定)，使上集管充滿預(yù)充水后關(guān)閉，同時(shí)控制器初始化層流冷卻區(qū)及其跟蹤數(shù)據(jù)；
二、初始化控制器后，軋件的頭部進(jìn)入層流冷卻區(qū)的入口段到達(dá)入口高溫計(jì)下，入口高溫計(jì)采集軋件頭部溫度并傳送至控制器，觸發(fā)控制器進(jìn)行第一次前饋計(jì)算(即前饋I )，并開始對(duì)軋件進(jìn)行分段跟蹤記錄，前饋計(jì)算則以測(cè)量的入口溫度代替初始并傳給極其復(fù)雜的溫度模型進(jìn)行計(jì)算，反饋計(jì)算公式:所需水單位=原水單位+溫度敏感系數(shù)*實(shí)測(cè)溫度與目標(biāo)溫度差；
三、軋件在層流冷卻區(qū)中繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)，中間高溫計(jì)采集到軋件的溫度時(shí)，控制器采用此時(shí)采集的中間高溫計(jì)和已保存的入口高溫計(jì)的溫度數(shù)據(jù)(軋件原先在入口高溫計(jì)下時(shí)采集的軋件溫度)對(duì)入口段進(jìn)行第一次前饋(即前饋I)和第一次反饋計(jì)算(即反饋1)，并將計(jì)算得到的設(shè)定值保存至控制器的段對(duì)象表中；
四、跟蹤功能將掃描段對(duì)象表找出所有進(jìn)入其設(shè)定集管的段，對(duì)其進(jìn)行反饋I計(jì)算并即時(shí)應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制，同時(shí)對(duì)入口段與段27之間所有段重復(fù)步驟三，并將計(jì)算結(jié)果應(yīng)用于層流冷卻的實(shí)時(shí)控制，即控制器在段對(duì)象表中找出前段上集管組中位于倒數(shù)第三組上集管前的段，并對(duì)其進(jìn)行第一次反饋計(jì)算(即反饋I)后，將計(jì)算結(jié)果即時(shí)應(yīng)用于層流冷卻的實(shí)時(shí)控制，控制器在段對(duì)象表中找出層流冷卻區(qū)中從第27段至入口段之間所有的段，對(duì)其進(jìn)行第一次反饋計(jì)算(即反饋1)，并將計(jì)算結(jié)果即時(shí)應(yīng)用于層流冷卻的實(shí)時(shí)控制；
五、當(dāng)軋件運(yùn)動(dòng)至層流冷卻區(qū)的出口時(shí)，出口高溫計(jì)采集到軋件溫度后輸送至控制器，控制器采用出口高溫計(jì)及中間高溫計(jì)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行第二次前饋(前饋2)和第二次反饋(反饋2)計(jì)算。
[0014]另外，在步驟一中，當(dāng)軋件軋制到最后一道，軋機(jī)咬入軋件后，軋機(jī)發(fā)送信號(hào)Y至與其相連的控制器，設(shè)控制器接到Y(jié)信號(hào)的狀態(tài)為0，未接到Y(jié)信號(hào)的狀態(tài)為1，控制器根據(jù)⑴式對(duì)其是否接到信號(hào)Y進(jìn)行判斷，
Y= O (I)
若Y = O,則控制器控制層流冷卻區(qū)入口段的前十組上集管開啟，若Y = 1，則控制器沒有接到信號(hào)，操作結(jié)束。
[0015]在步驟二中，軋件在層流冷卻區(qū)中從前向后運(yùn)動(dòng)的過程中，控制器可對(duì)軋件進(jìn)行分段跟蹤，即當(dāng)軋件運(yùn)動(dòng)至層流冷卻區(qū)的某一段時(shí)，控制器通過入口高溫計(jì)、中間高溫計(jì)和出口高溫計(jì)分別采集并記錄保存層流冷卻區(qū)的入口溫度、中間溫度、出口溫度以及冷卻設(shè)定數(shù)據(jù)，再按照先進(jìn)先出原則對(duì)軋件在層流冷卻區(qū)每一段時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，一般來講可保存的層流冷卻區(qū)的段數(shù)據(jù)為85段(具體保存多少段數(shù)據(jù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定)。
[0016]在步驟三中，當(dāng)軋件運(yùn)動(dòng)至中間高溫計(jì)下方時(shí)，中間高溫計(jì)采集并傳送軋件溫度至控制器，控制器根據(jù)軋件的溫度對(duì)入口段進(jìn)行前饋和反饋計(jì)算。
[0017]本實(shí)施例的中間高溫計(jì)個(gè)數(shù)優(yōu)選為4，分別標(biāo)記為高溫計(jì)1、2、3和4。其中，第一次反饋用高溫計(jì)距前段上集管組的最后一組上集管越近越好，因此第一次反饋(即反饋I)始終采用距離前段上集管組中最后一組上集管最近的高溫計(jì)為中間反饋I及后面前饋2提供數(shù)據(jù)。由此可知，圖1所示的層流冷卻控制系統(tǒng)采用高溫計(jì)I進(jìn)行反饋I和前饋2的計(jì)算，而高溫計(jì)2、3和4不參與上述計(jì)算。圖1中段25的心部溫度將根據(jù)段25距前段上集管組中最后一組上集管的距離及高溫計(jì)I的溫度由控制器進(jìn)行計(jì)算；同時(shí)高溫計(jì)I也可用于段25的前饋2計(jì)算。當(dāng)出口高溫計(jì)采集到層流冷卻區(qū)出口處溫度后，控制器采用該溫度與中間高溫計(jì)I的溫度數(shù)據(jù)一起進(jìn)行前饋2、反饋2計(jì)算。
[0018]實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于:如圖2所示，本實(shí)施例采用高溫計(jì)2進(jìn)行反饋I及后面的前饋2的計(jì)算，高溫計(jì)1、3和4不參與上述計(jì)算。
[0019]實(shí)施例三
本實(shí)施例以生產(chǎn)20mm管線鋼X65為例，其軋制的開軋溫度為1200°C，終軋溫度為830°C，鋼板的運(yùn)動(dòng)線速度為1.5m/s，終冷溫度為550°C。當(dāng)鋼板軋制最后一道咬鋼時(shí)，軋機(jī)觸發(fā)層流冷卻區(qū)，此時(shí)層流的控制器初始化層流冷卻區(qū)裝置及跟蹤數(shù)據(jù)，并根據(jù)鋼種、厚度以及終軋溫度與終冷目標(biāo)溫度的溫差自動(dòng)計(jì)算出中間高溫計(jì)的目標(biāo)溫度，本實(shí)施例中間高溫計(jì)的目標(biāo)溫度為600°C。當(dāng)鋼板運(yùn)動(dòng)到入口高溫計(jì)下方時(shí)，啟動(dòng)分段跟蹤，每段的長(zhǎng)度為
1.5米?？刂破魍ㄟ^入口高溫計(jì)按段采集數(shù)據(jù)，并采用采集到的入口高溫計(jì)溫度按段計(jì)算平均值，此時(shí)溫度在850?800°C之間，采用段平均溫度對(duì)其進(jìn)行前饋I計(jì)算。當(dāng)中間高溫計(jì)采集到段平均溫度時(shí)，此時(shí)溫度在630?570°C之間，控制器采用該溫度對(duì)前面的段重新進(jìn)行前饋2和反饋I的計(jì)算并應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制。當(dāng)出口高溫計(jì)采集到段平均溫度時(shí)，此時(shí)溫度在550°C左右，控制器采用該溫度與中間高溫計(jì)采集的段平均溫度對(duì)運(yùn)動(dòng)到中間高溫計(jì)之后的鋼板同時(shí)進(jìn)行前饋2和反饋2控制，最終使鋼板冷卻溫度精確控制在550°C。
[0020]除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種層流冷卻正、負(fù)反饋的閉環(huán)控制方法，其特征是，該方法的裝置包括軋機(jī)和層流冷卻區(qū)，將所述層流冷卻區(qū)劃分為若干段，每段的段長(zhǎng)為1.5± I米，在層流冷卻區(qū)中從后向前排列的第一段確定為出口段，最后一段確定為入口段；所述層流冷卻區(qū)包括沿軋機(jī)輸出輥道排列設(shè)置的前、后兩段上集管組，用于控制上集管組的控制器和依次設(shè)置在層流冷卻區(qū)上并與控制器連接的入口高溫計(jì)、中間高溫計(jì)和出口高溫計(jì)；該方法包括以下步驟: 一、軋機(jī)咬入完成軋制的軋件后，軋機(jī)觸發(fā)層流冷卻區(qū)入口段的前若干組上集管開啟5±2秒鐘，使上集管充滿預(yù)充水后關(guān)閉，同時(shí)控制器初始化層流冷卻區(qū)及其跟蹤數(shù)據(jù)； 二、初始化控制器后，軋件的頭部進(jìn)入層流冷卻區(qū)的入口段，位于入口段的入口高溫計(jì)采集軋件頭部溫度并傳送至控制器，觸發(fā)控制器進(jìn)行前饋I計(jì)算，并開始對(duì)軋件進(jìn)行分段跟蹤記錄； 三、軋件在層流冷卻區(qū)中繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)，中間高溫計(jì)采集到軋件的溫度時(shí)，控制器采用此時(shí)采集的中間高溫計(jì)和已保存的入口高溫計(jì)的溫度數(shù)據(jù)對(duì)入口段進(jìn)行前饋I和反饋I計(jì)算，并將計(jì)算得到的設(shè)定值保存至控制器的段對(duì)象表中； 四、跟蹤功能將掃描段對(duì)象表找出所有進(jìn)入其設(shè)定集管的段，對(duì)其進(jìn)行反饋I計(jì)算并即時(shí)應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制，同時(shí)對(duì)入口段與段27之間所有段重復(fù)步驟三，并將計(jì)算結(jié)果應(yīng)用于層流冷卻的實(shí)時(shí)控制； 五、軋件運(yùn)動(dòng)至層流冷卻區(qū)的出口時(shí)，出口高溫計(jì)采集到軋件溫度后輸送至控制器，控制器采用出口高溫計(jì)及中間高溫計(jì)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行前饋2和反饋2計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種層流冷卻正、負(fù)反饋的閉環(huán)控制方法，其特征是:在所述步驟一中，當(dāng)軋件軋制到最后一道，軋機(jī)咬入軋件后，軋機(jī)發(fā)送信號(hào)Y至與其相連的控制器，設(shè)控制器接到Y(jié)信號(hào)的狀態(tài)為O，未接到Y(jié)信號(hào)的狀態(tài)為I，控制器根據(jù)⑴式對(duì)其是否接到信號(hào)Y進(jìn)行判斷， Y= O (I) 若Y = 0，則控制器控制層流冷卻區(qū)入口段的前十組上集管開啟，若Y = 1，則控制器沒有接到信號(hào)，操作結(jié)束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種層流冷卻正、負(fù)反饋的閉環(huán)控制方法，其特征是:在所述步驟二中，軋件在層流冷卻區(qū)中從前向后運(yùn)動(dòng)過程中，控制器可對(duì)軋件進(jìn)行分段跟蹤；當(dāng)軋件運(yùn)動(dòng)至層流冷卻區(qū)的某一段時(shí)，控制器通過入口高溫計(jì)、中間高溫計(jì)和出口高溫計(jì)分別采集并記錄保存層流冷卻區(qū)的入口溫度、中間溫度、出口溫度以及冷卻設(shè)定數(shù)據(jù)，再按照先進(jìn)先出原則對(duì)軋件在層流冷卻區(qū)每一段時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種層流冷卻正、負(fù)反饋的閉環(huán)控制方法，其特征是:所述步驟三中，當(dāng)軋件運(yùn)動(dòng)至中間高溫計(jì)下方時(shí)，中間高溫計(jì)采集并傳送軋件溫度至控制器，控制器根據(jù)軋件的溫度對(duì)入口段進(jìn)行前饋和反饋計(jì)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種層流冷卻正、負(fù)反饋的閉環(huán)控制方法，其特征是:在所述步驟四中，控制器在段對(duì)象表中找出層流冷卻區(qū)中從第27段至入口段之間所有的段，對(duì)其進(jìn)行反饋I計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果應(yīng)用于層流冷卻的實(shí)時(shí)控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種層流冷卻正、負(fù)反饋的閉環(huán)控制方法，其特征是:所述中間高溫計(jì)的個(gè)數(shù)為I?8個(gè)。
【文檔編號(hào)】B21B37/76GK104226699SQ201410415774
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】朱鵬舉 申請(qǐng)人:南京鋼鐵股份有限公司