本發(fā)明涉及熱軋帶鋼超快冷過程控制領(lǐng)域，尤其涉及一種熱軋超快冷過程控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，熱軋帶鋼產(chǎn)量增加同時，對其綜合性能的要求逐漸增高。隨著多種新鋼種的開發(fā)和應(yīng)用，要求帶鋼在熱輸出輥道上有更為精確的冷卻控制，不但需要保證卷取溫度的精度，更重要的是保證超快冷出口溫度的精確度，實(shí)現(xiàn)對帶鋼內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋼種的升級或新鋼種的開發(fā)和應(yīng)用。

控制軋制和控制冷卻是近年來新發(fā)展的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于軋鋼生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)，并逐步成為軋鋼技術(shù)發(fā)展的新方向。同時，隨著對控制軋制和控制冷卻技術(shù)的不斷深化，現(xiàn)代化設(shè)備及檢測技術(shù)的不斷提高，控制軋制和控制冷卻技術(shù)日益完善，并且明顯提高了鋼材的各種物理性能得到了明顯提高，為節(jié)約資源，簡化生產(chǎn)工藝，減少合金元素投入，開發(fā)鋼材新品種創(chuàng)造了有利的條件。

通過軋后控制冷卻來改善軋件的性能是熱軋產(chǎn)品開發(fā)的有效途徑。在熱軋生產(chǎn)線中，層流冷卻已經(jīng)成為不可缺少的重要工藝環(huán)節(jié)。近年來在軋鋼廠、研究性單位和設(shè)備制造廠的共同努力下，國內(nèi)熱軋機(jī)加速冷卻系統(tǒng)的能力比過去有了很大的增強(qiáng)。但是，時常還會出現(xiàn)軋線冷卻能力不足的問題，生產(chǎn)一些對冷卻速度有特殊要求的產(chǎn)品時，需要在中間輥保溫、減慢軋件在冷卻區(qū)運(yùn)行速度的措施，降低了熱軋產(chǎn)量。

軋后冷卻技術(shù)是提高軋制鋼材性能的重要的技術(shù)措施，也是控制軋制和控制冷卻的核心環(huán)節(jié)之一。通過提高軋制后的冷卻速度，不但可以抑制晶粒的長大，而且可以獲得所需的高強(qiáng)度高韌性所需的超細(xì)鐵素體組織或者貝氏體組織，甚至獲得馬氏體組織。由于這種技術(shù)可以在不添加過多合金元素，也不需要復(fù)雜的后續(xù)熱處理的條件下生產(chǎn)出高強(qiáng)度高韌性的鋼材，因此被認(rèn)為是一項(xiàng)節(jié)約合金和能源、并有利于環(huán)保的工藝，己成為軋制工藝中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。

但是，現(xiàn)有的熱軋超快冷過程控制系統(tǒng)控制精度不高，不能滿足生產(chǎn)效率、以及產(chǎn)品質(zhì)量的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種熱軋超快冷過程控制系統(tǒng)，旨在用于解決現(xiàn)有的熱軋超快冷過程控制系統(tǒng)控制精度不高的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種熱軋超快冷過程控制系統(tǒng)，包括：

基本材料和邊界換熱模塊，用于在熱軋帶鋼生產(chǎn)線正常生產(chǎn)的冷卻過程中，對帶鋼進(jìn)行分段控制，在線冷卻過程中，根據(jù)帶鋼在FDT測溫儀處的實(shí)測FDT、帶鋼厚度和速度，為了達(dá)到超快冷溫降能力、目標(biāo)CT，進(jìn)行相應(yīng)的修正設(shè)定計算，并計算出由于變化量而需改變的集管組態(tài)，對超快冷速冷卻區(qū)和層冷區(qū)的集管進(jìn)行相應(yīng)的組態(tài)編輯，并將結(jié)果發(fā)送給預(yù)設(shè)定計算模塊；

預(yù)設(shè)定計算模塊，用于根據(jù)精軋機(jī)模塊預(yù)測的終軋溫度FDT、帶鋼厚度、帶鋼的穿帶速度，并依據(jù)給定的冷卻模式和冷卻策略控制參數(shù)，計算使帶鋼經(jīng)過超快冷后的溫降和帶鋼到達(dá)卷取測溫儀處帶鋼達(dá)到目標(biāo)卷取溫度的噴水組態(tài)，并將信息輸送給冷卻信息模塊；

冷卻信息模塊，用于對預(yù)設(shè)定計算模塊輸送的信息進(jìn)行處理并輸送給鋼板信息跟蹤模塊，同時將處理后的數(shù)據(jù)提供給前饋補(bǔ)償模塊和反饋控制模塊；

前饋補(bǔ)償模塊和反饋控制模塊，用于根據(jù)帶鋼實(shí)測CT與目標(biāo)CT之間的偏差，來動態(tài)調(diào)節(jié)超快速冷卻區(qū)用于反饋的集管和層流冷卻區(qū)用于反饋的集管，使實(shí)測CT接近于目標(biāo)CT，使UFCT、CT均控制在目標(biāo)控制范圍內(nèi)；

鋼板信息跟蹤模塊，用于采集最直接的熱軋生產(chǎn)線各種數(shù)據(jù)，還用于將前饋補(bǔ)償模塊和反饋控制模塊的結(jié)果反饋進(jìn)入數(shù)據(jù)分析模塊；

數(shù)據(jù)分析模塊，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整的分析，分析結(jié)果進(jìn)入自適應(yīng)以及帶鋼位置跟蹤模塊；

自適應(yīng)以及帶鋼位置跟蹤模塊，用于根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊的分析結(jié)果進(jìn)行自學(xué)習(xí)調(diào)整設(shè)定，并將自學(xué)習(xí)結(jié)果送入預(yù)設(shè)定計算模塊重新設(shè)定模塊參數(shù)。

進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)定計算模塊的功能包括數(shù)據(jù)有效性的檢查、帶鋼組別的判定以及根據(jù)計算出來的自學(xué)習(xí)組別號，分別讀取帶鋼頭部、中部、尾部的長期自學(xué)習(xí)系數(shù)和短期自學(xué)習(xí)系數(shù)，并對自學(xué)習(xí)系數(shù)做相應(yīng)的修正。

進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)定計算模塊包括以下幾個計算模塊：

1)超快速冷卻區(qū)空冷溫降計算及空冷能力的判定；

2)反饋溫降及反饋能力的判斷；

3)超快冷區(qū)水冷溫降計算及超快速冷卻系統(tǒng)集管組態(tài)的確定；

4)層流冷卻區(qū)空冷溫降的計算及空冷能力的判定；

5)層流冷卻區(qū)精調(diào)區(qū)水冷溫降的計算及集管組態(tài)的確定：

6)層流冷卻區(qū)主冷段水冷溫降的計算及集管組態(tài)的確定。

進(jìn)一步地，自適應(yīng)以及帶鋼位置跟蹤模塊，分為長期自學(xué)習(xí)計算和短期自學(xué)習(xí)計算，長期自學(xué)習(xí)計算主要應(yīng)用于換規(guī)格的第一塊鋼時使用，而短期自學(xué)習(xí)計算用于同一層別的鋼種生產(chǎn)時使用。

進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)定計算模塊的功能還包括根據(jù)組別判定返回的標(biāo)志位LOTFLAG的值，確定當(dāng)前在線帶鋼用長期自學(xué)習(xí)系數(shù)還是用短期自學(xué)習(xí)系數(shù)。

進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)以及帶鋼位置跟蹤模塊的自學(xué)習(xí)計算主要包括對實(shí)測值有效性的檢驗(yàn)、根據(jù)在線帶鋼實(shí)時反饋的超快冷段和層流冷卻段集管的開啟狀態(tài)進(jìn)行溫降再計算并計算各個學(xué)習(xí)點(diǎn)瞬時的學(xué)習(xí)值、長期短期學(xué)習(xí)系數(shù)的計算。

進(jìn)一步地，該系統(tǒng)基于Matlab和Visual Studio平臺。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的這種熱軋超快冷過程控制系統(tǒng)，生產(chǎn)過程穩(wěn)定，控制精度較高，滿足了現(xiàn)場工藝控制要求。該系統(tǒng)系統(tǒng)能夠高精度的完成目標(biāo)溫度的控制，超快冷出口實(shí)際溫度和目標(biāo)溫度的偏差在±15℃之內(nèi)，達(dá)到了溫度控制允許偏差在±20℃左右的標(biāo)準(zhǔn)。卷取溫度實(shí)測值和目標(biāo)值偏差在±15℃左右，成功實(shí)現(xiàn)了卷取溫度控制范圍在目標(biāo)值±20℃偏差范圍之內(nèi)。實(shí)現(xiàn)了帶鋼長度方向的冷卻的均勻性，高精度的完成了產(chǎn)品性能均勻的指標(biāo)。為以后調(diào)試開發(fā)新鋼種提供了必要的前提條件。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種熱軋超快冷過程控制系統(tǒng)的原理圖。

附圖標(biāo)記說明：1-預(yù)設(shè)定計算模塊、2-基本材料和邊界換熱模塊、3-前饋補(bǔ)償模塊、4-反饋控制模塊、5-自適應(yīng)以及帶鋼位置跟蹤模塊、6-冷卻信息模塊、7-數(shù)據(jù)分析模塊、8-鋼板信息跟蹤模塊。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種熱軋超快冷過程控制系統(tǒng)，包括預(yù)設(shè)定計算模塊1、基本材料和邊界換熱模塊2、前饋補(bǔ)償模塊3、反饋控制模塊4、自適應(yīng)以及帶鋼位置跟蹤模塊5、冷卻信息模塊6、數(shù)據(jù)分析模塊7、鋼板信息跟蹤模塊8共8個部分組成。這8個部分有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對鋼板冷卻過程的溫度和冷卻速度的精確控制。

為保證預(yù)設(shè)定計算模塊1的精確性，基本材料和邊界換熱模塊2用于在熱軋帶鋼生產(chǎn)線正常生產(chǎn)的冷卻過程中，對帶鋼進(jìn)行分段控制，每個固定的長度稱為一個樣本長，樣本長度根據(jù)鋼種的層別進(jìn)行選擇，每一個樣本稱為一個控制點(diǎn)。在線冷卻過程中，根據(jù)帶鋼在FDT測溫儀處的實(shí)測FDT、帶鋼厚度和速度，為了達(dá)到超快冷溫降能力、目標(biāo)CT，進(jìn)行相應(yīng)的修正設(shè)定計算。整個基本材料和邊界換熱模塊2的工作過程是一個不斷更新的過程，根據(jù)帶鋼在FDT處的實(shí)測溫度和速度變化情況進(jìn)行相應(yīng)的計算，并計算出由于變化量而需改變的集管組態(tài)，對超快冷速冷卻區(qū)和層冷區(qū)的集管進(jìn)行相應(yīng)的組態(tài)編輯，并將結(jié)果發(fā)送給預(yù)設(shè)定計算模塊1。

其中當(dāng)精軋機(jī)F1機(jī)架咬鋼時，啟動預(yù)設(shè)定計算模塊1。預(yù)設(shè)定計算模塊1主要用于根據(jù)精軋機(jī)模塊預(yù)測的終軋溫度FDT、帶鋼厚度、帶鋼的穿帶速度，并依據(jù)給定的冷卻模式和冷卻策略等控制參數(shù)，計算使帶鋼經(jīng)過超快冷后的溫降和帶鋼到達(dá)卷取測溫儀處帶鋼達(dá)到目標(biāo)卷取溫度的噴水組態(tài)，并將信息輸送給冷卻信息模塊6。

預(yù)設(shè)定計算模塊1主要包括以下幾個方面的的功能：

數(shù)據(jù)有效性的檢查：主要是檢查二級模塊接收得到的在線帶鋼P(yáng)DI數(shù)據(jù)的和精軋模塊預(yù)報數(shù)據(jù)的有效性，主要是對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，看是否有據(jù)超限，并做相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

帶鋼組別的判定：主要是根據(jù)當(dāng)前在線帶鋼和上一塊帶鋼的種、目標(biāo)厚度、目標(biāo)終軋溫度、超快冷負(fù)荷、目標(biāo)CT以及冷卻策略，只有在完全一樣的情況下，就認(rèn)為當(dāng)前帶鋼和上一塊帶鋼屬于同一組別，并返回相應(yīng)的標(biāo)志位LOTFLAG。

根據(jù)計算出來的自學(xué)習(xí)組別號，分別讀取帶鋼頭部、中部、尾部的長期自學(xué)習(xí)系數(shù)和短期自學(xué)習(xí)系數(shù)，并對自學(xué)習(xí)系數(shù)做相應(yīng)的修正。同時根據(jù)組別判定返回的標(biāo)志位LOTFLAG的值，確定當(dāng)前在線帶鋼用長期自學(xué)習(xí)系數(shù)(當(dāng)LOTFLAG=0時)，還是用短期自學(xué)習(xí)系數(shù)(當(dāng)LOTFLAG=0時)。

預(yù)設(shè)定計算模塊1主要包括以下幾個計算模塊：

1)超快速冷卻區(qū)空冷溫降計算及空冷能力的判定；

2)反饋溫降及反饋能力的判斷；

3)超快冷區(qū)水冷溫降計算及超快速冷卻系統(tǒng)集管組態(tài)的確定；

4)層流冷卻區(qū)空冷溫降的計算及空冷能力的判定；

5)層流冷卻區(qū)精調(diào)區(qū)水冷溫降的計算及集管組態(tài)的確定：

6)層流冷卻區(qū)主冷段水冷溫降的計算及集管組態(tài)的確定。

冷卻信息模塊6用于對預(yù)設(shè)定計算模塊1輸送的信息進(jìn)行處理并輸送給鋼板信息跟蹤模塊8，同時將處理后的數(shù)據(jù)提供給前饋補(bǔ)償模塊3和反饋控制模塊4。

前饋補(bǔ)償模塊3和反饋控制模塊4，用于根據(jù)帶鋼實(shí)測CT與目標(biāo)CT之間的偏差，來動態(tài)調(diào)節(jié)超快速冷卻區(qū)用于反饋的集管和層流冷卻區(qū)用于反饋的集管，使實(shí)測CT接近于目標(biāo)CT，使UFCT、CT均控制在目標(biāo)控制范圍內(nèi)。在帶鋼生產(chǎn)的過程中，帶鋼的實(shí)時數(shù)據(jù)都是不斷在變化著的，都有可能影響模塊計算的初始條件，因而，為了盡量減小模塊計算而得出的控冷效果和超快冷溫降、目標(biāo)CT之間的偏差，故需要前饋補(bǔ)償模塊3和反饋控制模塊4根據(jù)帶鋼實(shí)測CT與目標(biāo)CT之間的偏差，來動態(tài)調(diào)節(jié)超快速冷卻區(qū)用于反饋的集管和層流冷卻區(qū)用于反饋的集管，使實(shí)測CT接近于目標(biāo)CT，使UFCT、CT均控制在目標(biāo)控制范圍內(nèi)。同時，因?yàn)榉答伩刂凭鞘潞罂刂萍捶答伩刂颇K4，即具有滯后性，在模塊控制過程中主要以模塊計算為主，反饋為輔。

鋼板信息跟蹤模塊8，用于采集最直接的熱軋生產(chǎn)線各種數(shù)據(jù)，還用于將前饋補(bǔ)償模塊3和反饋控制模塊4的結(jié)果反饋進(jìn)入數(shù)據(jù)分析模塊7。

數(shù)據(jù)分析模塊7，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整的分析，分析結(jié)果進(jìn)入自適應(yīng)以及帶鋼位置跟蹤模塊5。

自適應(yīng)以及帶鋼位置跟蹤模塊5，用于根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊7的分析結(jié)果進(jìn)行自學(xué)習(xí)調(diào)整設(shè)定，并將自學(xué)習(xí)結(jié)果送入預(yù)設(shè)定計算模塊1重新設(shè)定模塊參數(shù)。熱軋超快速冷卻系統(tǒng)在冷卻過程中是比較復(fù)雜的過程，同時受到諸多初始條件的影響，因而模塊計算值會和實(shí)際的目標(biāo)值有一定的偏差，因而，需要自適應(yīng)以及帶鋼位置跟蹤模塊5計算以提高對在線帶鋼溫度的精確控制。

自適應(yīng)以及帶鋼位置跟蹤模塊5自學(xué)習(xí)計算，主要分為長期自學(xué)習(xí)計算和短期自學(xué)習(xí)計算。長期自學(xué)習(xí)計算主要應(yīng)用于換規(guī)格的第一塊鋼時使用，而短期自學(xué)習(xí)計算用于同一層別的鋼種生產(chǎn)時使用。自學(xué)習(xí)功能在帶鋼尾部通過卷取測溫以后，自學(xué)習(xí)啟動。

自適應(yīng)以及帶鋼位置跟蹤模塊5自學(xué)習(xí)計算主要包括以下幾個方面：對實(shí)測值有效性的檢驗(yàn)，主要是對帶鋼在超快冷出口的實(shí)測UFCT和卷取機(jī)前的實(shí)測CT做有效性的檢查，確保學(xué)習(xí)所用的實(shí)測溫度值都在可靠的范圍內(nèi)。根據(jù)在線帶鋼實(shí)時反饋的超快冷段和層流冷卻段集管的開啟狀態(tài)，進(jìn)行溫降再計算，并計算各個學(xué)習(xí)點(diǎn)瞬時的學(xué)習(xí)值。長期短期學(xué)習(xí)系數(shù)的計算，主要是根據(jù)當(dāng)前帶鋼和上一卷帶鋼是否為同一規(guī)格，來選擇使用長期自學(xué)習(xí)系數(shù)還是使用短期自學(xué)習(xí)系數(shù)，選擇自學(xué)習(xí)平滑系數(shù)，為了保證自學(xué)習(xí)系數(shù)的穩(wěn)定性及收斂幅度，以免學(xué)習(xí)后下一塊帶鋼的溫度實(shí)測值向相反溫度方向偏差過大，故需對自學(xué)習(xí)系數(shù)進(jìn)行處理，根據(jù)不同軋制條件不同，對分別對長期自學(xué)習(xí)系數(shù)和短期自學(xué)習(xí)系數(shù)作適當(dāng)?shù)钠交幚?。最后，把最終處理后的自學(xué)習(xí)系數(shù)，根據(jù)軋制帶鋼的層別，分別存入自學(xué)習(xí)系數(shù)表中，以供預(yù)設(shè)定計算模塊1實(shí)時的在生產(chǎn)同規(guī)格的帶鋼時，直接讀取執(zhí)行即可。

本發(fā)明提供的這種熱軋超快冷過程控制系統(tǒng)是基于Matlab和Visual Studio平臺。使其能用于開發(fā)熱軋超快冷系統(tǒng)工藝控制后續(xù)優(yōu)化平臺。通過此平臺最終達(dá)到對帶鋼冷卻過程數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計并連續(xù)動態(tài)地顯示出來，圖形與文本相結(jié)合，幫助工程師系統(tǒng)準(zhǔn)確地分析帶鋼冷卻控制過程，從而制定正確的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)帶鋼冷卻過程和溫度的精確控制。該系統(tǒng)基于Matlab和Visual Studio平臺，能收集在線控制系統(tǒng)結(jié)果數(shù)據(jù)，作為分析優(yōu)化工具的輸入數(shù)據(jù)，并能將最終分析結(jié)果返回到在線控制系統(tǒng)。能記錄帶鋼整個冷卻過程的控制情況，動態(tài)的顯示層流冷卻段的噴水情況以及帶鋼溫降曲線，能用于軋后冷卻過程分析，優(yōu)化工藝參數(shù)，制定新品種冷卻策略。尤其是在生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼、雙相鋼、多相鋼時，能借助此工具能夠更好地對冷卻控制過程以及相變進(jìn)行優(yōu)化，保證產(chǎn)品質(zhì)量。利用該平臺能幫助正確使用超快冷技術(shù)，制定準(zhǔn)確的工藝參數(shù)，使帶鋼性能一致性和均勻性到來很好的保證， CT命中率從原來的85%提高到了91%。

生產(chǎn)過程中，整個超快速冷卻系統(tǒng)由服務(wù)器過程機(jī)、PLC、HMI、現(xiàn)場檢測設(shè)備和現(xiàn)場總線組成，實(shí)現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場檢測元件的實(shí)測數(shù)據(jù)，由模塊設(shè)定計算出實(shí)際組態(tài)，由PLC執(zhí)行命令，通過線總線下發(fā)到現(xiàn)場設(shè)備，執(zhí)行命令，通過HIM實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和操作的功能，相互協(xié)調(diào)，共同實(shí)現(xiàn)對超快冷出口溫度精確控制的功能。

超快速冷卻控制系統(tǒng)包括一級基礎(chǔ)自動化和二級過程設(shè)定系統(tǒng)：一級基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)用于接受二級過程設(shè)定系統(tǒng)和操作員的設(shè)定信號，實(shí)現(xiàn)各集管精確定時開閉、各集管水流量的閉環(huán)自動控制以及輥道速度和加速度調(diào)整控制等。二級過程設(shè)定系統(tǒng)的主要功能是冷卻方式的確定、閥門開閉的數(shù)量和分布以及冷卻過程溫度均勻性的控制。

本發(fā)明提供的這種熱軋超快冷過程控制系統(tǒng)應(yīng)用于上述的二級過程設(shè)定系統(tǒng)，可發(fā)送精確的控制指令給一級基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)各集管精確定時開閉、各集管水流量的閉環(huán)自動控制以及輥道速度和加速度調(diào)整控制等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。