热轧带钢层流冷却过程控制系统及应用

2005.11,层冷控制模型在热带轧制中的应用,龚 殿 尧轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（东北大学）,轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,2005.11,1.功能概述1.1 主要设备概述1.2 与其它功能的关系1.3 控制模型描述1.4 启动逻辑1.5 控制方式1.6 控制模式1.7 控制策略,2. 主要功能模块 2.1 计算准备处理 2.2 预设定模块 2.3 修正设定模块 2.4 自学习模块3.通用处理模块3.1 常规冷却设定3.2 冷却速度设定3.3 常规冷却再设定3.4 冷却速度再设定4.数学模型说明,主要内容,2005.11,层流冷却设备安装在精轧机出口机架至卷取机之间，在过程自动化系统和基础自动化系统的控制之下，根据带钢精轧出口的带钢温度、速度等数据和其它工艺设备参数，经过模型运算（包括预设定计算、修正设定计算、自学习计算），控制层流冷却区的冷却设备的集管组态，实现对带钢的冷却模式、卷取温度和冷却速率的控制，将热轧带钢按预定路径冷却到工艺要求的卷取温度，使其力学性能和金相组织结构达到预定的质量要求 。,1 功能概述,层流冷却过程设定模型,2005.11,1.1 主要设备概述,2005.11,1.2 层冷模型与其它功能的关系,过程设定系统,层冷 模型,PDI数据,精轧设定数据,实测数据,历史数据,层别数据,自学习,设定结果, 级,级,报警信息,报表文件,终端,2005.11,1.3 层冷模型描述,层冷模型六部分,计算准备处理,预设定计算,修正设定计算,反馈控制计算,自学习计算,控制终了处理,如钢种组别、冷却模式、特殊控制模式以及模型计算时的各种参数数据,进行与带钢头部的冷却集管组态的预设定,修正与带钢各样本段对应的冷却集管组态,由基础自动化完成,基于控制目标的实测值和模型计算值之间的偏差，对控制模型中的学习项进行修正，纠正模型预报偏差，以提高模型的预报精度，改善控制效果,由基础自动化完成,2005.11,带钢位置的过程控制级跟踪模型中各种组别的确定常规冷却控制设定计算（仅以卷取温度为控制目的）冷却速度控制计算一组集管内的水冷温降计算空冷温降计算,其它功能还包括,2005.11,1.4 启动逻辑,2005.11,1.5 冷却控制方式,2005.11,1.6 冷却模式, 缺省模式,2005.11,1.7 冷却策略,前段主冷：显微组织以铁素体和珠光体为主的普碳钢和优质结构钢,后段主冷：显微组织以铁素体和贝氏体为主的的双相钢，以及厚度小于1.7mm的碳素钢和低级硅钢的冷却,稀疏冷却：以控制微合金元素的碳氮化物的析出为主的微合金钢,按管稀疏,按组稀疏,2005.11,2.1 总体模块关联,2 层冷控制模块,2005.11,2.2 计算准备处理模块,计算准备,组别索引 数据表查询 控制模式和策略 模型其它参数 热头热尾处理 头部特殊处理,2005.11,2.3 预设定模块,预设定计算的主要功能是根据带钢精轧出口预报温度、速度、带钢目标厚度、带钢厚度预报值、卷取目标温度及冷却控制策略等进行层流冷却控制设定预计算。设定计算输出结果为初始集管组态。,2005.11,2.4 修正设定模块,根据实测的各段的平均终轧温度、速度和厚度，利用与预设定计算相同的模型计算各个区段的特有组态，由跟踪系统起动修正设定计算并确定输出时刻,2005.11,段跟踪及前馈控制功能,根据实测的精轧出口温度FDT和所选定的控制模式计算必要冷却量，对喷水组态进行微调。此项微调按照分段长度周期进行，因而需要对带钢进行分段和段跟踪。,2005.11,热头热尾处理功能,为了保证硬质材、厚板的头尾部的卷形良好和方便卷取，需要将带钢头尾部的温度提高，此功能称为热头热尾处理。可以通过把带钢头尾端的目标温度在某一定区间范围提高来实现热头热尾功能。,尾部速度预测及温度补偿,由基础自动化级完成,2005.11,2.5 自学习计算,水冷自学习,空冷自学习,前段,后段 层冷出口有高温计,短期自学习,长期自学习,头部 中部 尾部,热流密度系数,学习系数稳定,2005.11,3 通用处理模块功能说明,3.1 常规冷却控制设定,主冷区集管温降示意图,2005.11,最末集管开启顺序,各组集管后的带钢温度及必要冷却量的计算,2005.11,3.2 常规冷却再设定,第i组集管水冷温降,第j组集管水冷温降,每根集管的水冷温降,末集管中每根集管的水冷温降,空冷时卷取温度,目标卷取温度,冷却区位置,CT点,FDT点,温度,FDT,：控制点到本次计算时刻已通过集管组的水 冷温降累积值,：控制点由下一时刻开始的必要冷却量,2005.11,控制点 再控制点的定义,控制点的个数为： N_control = int（带钢长度/跟踪区段长度）再计算点个数为： 3 再计算开始区个数：3,计算点之前的带钢温度,必要冷却量,从再计算区开始的集管组态,2005.11,3.3 冷却速度设定计算,1、从FDT到P1的冷却过程；2、是从P1到P2的冷却过程；3、是从P2到目标卷取温度的冷却过程。,2005.11,式中，Tlast：必要冷却量； FDT： 实测终轧温度； Tx： 到当前计算区间为止的带钢冷却温降累积值； Tfbk： 反馈段的初始温降； Tair_before：从再计算区到使用的卷取高温计处的空冷温降； Tairi： 第i组集管对应的空冷温降； Tvt: 垂直喷射温降。,1、再计算点在P1集管组之前（包括P1集管组）；2、再计算点在P1集管组和P2集管组之间（包括P2集管组）；3、是再计算点在P2后。,3.4 冷却速度再设定计算,2005.11,层冷冷却能力稳定,层冷冷却能力均匀,精轧出口厚度均匀,精轧出口速度均匀,4 现场应用条件,精轧出口温度均匀,板坯出炉温度均匀,良好的冷却效果,预设冷却路径,理想的组织性能,全线的高精度轧制及相关的辅助功能，以及对设备、模型的精心维护,2005.11,现场特殊情况,过程设定系统,层冷 模型,PDI数据,精轧设定数据,实测数据,历史数据,层别数据,自学习,设定结果, 级,级,报警信息,报表文件,终端,2005.11,4 现场特殊情况下的特殊处理,文件保存,N=