专利名称：一种h型钢超快速冷却控制方法
技术领域：
本发明涉及轧钢自动控制技术领域，特别涉及一种H型钢超快速冷却控制方法。
背景技术：
目前，大型H型钢轧后超快速冷却机械设备已应用于生产，该设备沿轧制生产线两侧布置侧部喷嘴，通过阀组开闭控制对H型钢翼缘的冷却，上部喷嘴安装在弯管上，该弯管与侧部供水管连接，对H型钢上部R角和腹板上表面冷却，下部喷嘴安装在万能轧机后输出辊道下方，对H型钢下部R角和腹板下表面冷却，达到提高组织性能的目的。但该设备自动化控制系统采用上下阀组成对控制或仅开启下部阀组对腹板冷却时，容易出现下述问题(1)当腹板上下阀组成对控制时，由于腹板积水问题极易造成H型钢内并外扩缺陷，甚至无法通过矫直机；而仅开启下部阀组对腹板冷却，当腹板较厚时，其冷却能力又严重不足；(2)由于对腹板和R角冷却过程中，下部喷射冷却水沿辊道下方排水槽流回给水系统，但上部喷射冷却水对腹板上表面和上部R角冷却过程中，由于冷却器入口有水吹扫， 出口有气吹扫，因此残余冷却水无法及时排出。随着积水层厚度的增加，上部喷射冷却水无法有效地击破固液边界层气膜，从而使核沸腾减少，膜沸腾增加，这种情况不利于换热；无法排出的冷却水，在腹板表面的流动过程中，将产生二次冷却，这种情况却又有利于换热。 因此无法对这个非线性问题建立准确有效的冷却模型。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种H型钢超快速冷却控制方法，高速稳定的进行控制冷却，而且能保证横向和纵向冷却均勻性。本发明控制方法所采用的控制系统，包括万能轧机控制单元和超快冷控制单元；万能轧机控制单元包括过程控制计算机、PLC和万能轧机UF，过程计算机和PLC布置在电气室，UF为生产线万能轧机，通过对H型钢经过万能轧机终轧速度的严格控制，使H 型钢勻速通过超快冷设备，消除由于咬钢和抛钢带来的速度波动，提高冷却沿H型钢纵向的温度均勻性。超快冷控制单元过程控制计算机、PLC，万能轧机控制单元过程控制计算机、 PLC四者之间通过工业以太网建立物理连接，在TCP/IP协议下完成通讯。超快冷控制单元包括过程控制计算机、PLC、热金属检测器、测温仪和气动蝶阀组。 过程控制计算机和PLC布置在电气室、热金属检测器、测温仪和气动蝶阀布置在轧制生产线上，该单元根据H型钢数据信息(H型钢钢种、规格、目标终冷温度等)，入口腹板和翼缘测温仪采集的数据，以及H型钢终轧速度，对腹板和翼缘分别调用不同的冷却规程，进而达到终冷目标值，而后通过自学习功能，使模型具有自适应功能，提高控制精度。本发明的H型钢超快速冷却控制方法，包括如下步骤步骤1 咬入H型钢后，通过调整轧辊的圆周速度来控制UF轧辊出口处H型钢的速度，保证S1 ^ L1,其中，S1-从咬钢开始时到终轧速度稳定时刻H型钢头部行进位移，L1-咬钢处至冷却区域入口处之间的距离；将H型钢划分样本，然后把每个样本看做一个控制点进行超快速冷却控制，这样处理的结果与实际必然存在误差，另外，喷嘴的开闭存在时间延迟，为提高控制精度，从根本上解决由于速度波动带来的一系列问题，因而，需要控制H型钢“从头至尾”勻速通过超快速冷却区域，本方法通过控制轧辊的圆周速度来控制UF轧辊出口处H型钢的速度即咬钢阶段的终轧速度在终轧速度提速时间段内，即从咬钢开始时到终轧速度稳定时刻这一时间段由微跟踪可算出该时间段内H型钢头部行进位移S1,为使H型钢头部进入超快冷区域之前达到稳定轧制速度V2，则需S1 ^ L1，而前滑公式Vh = (Sh+l)VVh-在UF轧辊出口处H型钢的速度；Sh-前滑值；V-轧辊的圆周速度；L1-咬钢处至冷却区域入口处之间的距离。调整轧辊的圆周速度，可达到控制轧辊出口处H型钢的速度的目的，保证S1S L115步骤2 采集H型钢数据信息、温度数据和终轧速度，H型钢数据信息包括H型钢钢种、规格、目标终冷温度；步骤3 根据H型钢数据信息、温度数据和终轧速度，确定腹板和翼缘开启气动蝶阀组组态，具体步骤如下步骤3. 1 预设定开启1组阀组；步骤3. 2 依据控制策略确定各个阀组优先级；所述控制策略分为前段主冷策略、后段主冷策略、均勻冷却策略和自由冷却策略。翼缘前段主冷策略，阀组优先级为沿轧制方向各个阀组的物理位置依次排序，即1 号，2号...N号阀组对应的优先级为1，2. . . N ；翼缘后段主冷策略，阀组优先级为沿逆轧制方向各个阀组的物理位置依次排序， 即1号，2号...N号阀组对应的优先级为N. . . 2，1 ；均勻冷却策略，阀组优先级为沿轧制方向交叉排序，即1号，2号...N号阀组对应的优先级为 1，Ν/2，2，Ν/2+1，3...Ν/2-1，Ν(Ν 为偶数时)；自由冷却策略，阀组优先级进行随机排序。腹板下侧冷却阀组控制策略同翼缘，但上侧冷却阀组仅采用前段主冷策略，如下侧采用后段主冷策略，则1号，2号...K号阀组对应的优先级为K. . . 2，1，上侧1号，2 号· · · M号阀组对应的优先级为K+l，K+2. · · K+M。步骤3. 3 沿轧制方向对各阀组物理位置依次排序，若1号阀组优先级小于或等于开启阀组数1，且阀组健康，则1号阀组开启，进行水冷温降计算；若1号阀组优先级大于1， 或阀组损坏，则1号阀组按空冷温降计算；步骤3. 4 累积温降为1号阀组对应温降；步骤3. 5 循环判定2号，3号...N号阀组冷却方式，进行相应温降计算，具体同步骤 3. 3 ；
步骤3. 6 累积温降为阀组总数N的温降总和；步骤3. 7 若终冷预测值与终冷目标值之差小于等于10°C，则计算执行结束；若差值大于10°c，则重新设定开启2组阀组，执行步骤3. 3-步骤3. 6，差值仍大于10°C，则再次设定开启3组阀组，重复执行，若N组阀组全部开启，计算执行结束。在步骤3. 3中所述的水冷温降计算，原理如下
权利要求
1. 一种H型钢超快速冷却控制方法，其特征在于包括如下步骤 步骤1 咬入H型钢后，通过调整轧辊的圆周速度来控制UF轧辊出口处H型钢的速度， 保证S1 ( L1，其中，S1-从咬钢开始时到终轧速度稳定时刻H型钢头部行进位移，L1-咬钢处至冷却区域入口处之间的距离；步骤2 采集H型钢数据信息、温度数据和终轧速度，H型钢数据信息包括H型钢钢种、 规格、目标终冷温度；步骤3 根据H型钢数据信息、温度数据和终轧速度，确定腹板和翼缘开启气动蝶阀组组态；具体步骤如下步骤3.1:预设定开启1组阀组；步骤3. 2 依据控制策略确定各个阀组优先级；所述控制策略分为前段主冷策略、后段主冷策略、均勻冷却策略和自由冷却策略； 翼缘前段主冷策略，阀组优先级为沿轧制方向各个阀组的物理位置依次排序，即1号， 2号...N号阀组对应的优先级为1，2. . . N ；翼缘后段主冷策略，阀组优先级为沿逆轧制方向各个阀组的物理位置依次排序，即1 号，2号...N号阀组对应的优先级为N. . . 2，1 ；均勻冷却策略，阀组优先级为沿轧制方向交叉排序，即1号，2号...N号阀组对应的优先级为 1，Ν/2，2，Ν/2+1，3···Ν/2-1，Ν(Ν 为偶数时)； 自由冷却策略，阀组优先级进行随机排序；腹板下侧冷却阀组控制策略同翼缘，但上侧冷却阀组仅采用前段主冷策略，如下侧采用后段主冷策略，则1号，2号...K号阀组对应的优先级为K. .. 2，1，上侧1号，2号...M号阀组对应的优先级为K+l，K+2. . . Κ+Μ ；步骤3. 3 沿轧制方向对各阀组物理位置依次排序，若1号阀组优先级小于或等于开启阀组数1，且阀组健康，则1号阀组开启，进行水冷温降计算；若1号阀组优先级大于1，或阀组损坏，则1号阀组按空冷温降计算；步骤3. 4 累积温降为1号阀组对应温降；步骤3. 5 循环判定2号，3号...N号阀组冷却方式，进行相应温降计算，具体同步骤3. 3 ；步骤3. 6 累积温降为阀组总数N的温降总和；步骤3. 7 若终冷预测值与终冷目标值之差小于等于10°C，则计算执行结束；若差值大于10°C，则重新设定开启2组阀组，执行步骤3. 3-步骤3. 6，差值仍大于10°C，则再次设定开启3组阀组，重复执行，若N组阀组全部开启，计算执行结束；步骤4 根据步骤3确定的腹板和翼缘开启阀组组态的输出结果，最终开启相应的气动蝶阀，对H型钢进行冷却；步骤5 冷却过程中不断采集的温度数据，由终冷目标温度值决定采用出口测温仪组合，对H型钢冷却控制进行反馈调整；在反馈调整过程中，翼缘由沿轧制方向最后2组侧喷阀组完成，在同一支H型钢冷却过程中，当翼缘温度实际值高于设定值50°C 70°C时，最后2组侧喷阀组全部开启，当实际值高于设定值30°C 50°C时，开启最后1组侧喷阀组；当实际值低于设定值50°C 70°C时，最后2组侧喷阀组全部关闭，当实际值低于设定值30°C 50°C时，关闭最后1组侧喷阀组； 腹板由沿轧制方向下部最后2组下喷阀组完成，在同一支H型钢冷却过程中，当腹板温度实际值高于设定值50°C 70°C时，最后2组下喷阀组全部开启，当实际值高于设定值 30°C 50°C时，开启最后1组下喷阀组；当实际值低于设定值50°C 70°C时，最后2组下喷阀组全部关闭，当实际值低于设定值30°C 50°C时，关闭最后1组下喷阀组；步骤6 =H型钢尾部进入超快冷区域后，通过调整输出辊道速度来控制H型钢的速度即抛钢阶段的终轧速度，保证S2 ^ L1+L2，其中L2为超快冷区域长度； 步骤7 =H型钢尾部穿过超快冷区域后，执行自学习算法；执行自学习算法时，若本支H型钢与上支属于同一批次，仅更新短期自学习系数fll， 若不属于同一批次，则同时更新短期自学习系数fll和长期自学习系数Π2 ；步骤8 自学习结束后，进入等待阶段，当下一支或下一批H型钢再次咬钢时，重复上述步骤1-8过程。
2.根据权利要求1所述的H型钢超快速冷却控制方法，其特征在于步骤7中所述的自学习算法，流程如下步骤7. 1 若样本数有效，则对样本平均温度和平均温度标准差进行过滤； 步骤7. 1 判断样本数是否有效若样本数等于0，则不进行自学习计算；若样本数不等于0，样本数有效；步骤7. 2 对每个样本万能轧机出口处所有采集点的温度和终冷温度做平均计算，若 (目标出口温度-40°C ) <样本出口温度平均值< (目标出口温度+100°C )且(目标终冷温度-50°C) <样本终冷温度平均值< (目标终冷温度+IO(TC)，则该样本有效，否则被过滤(排除)；步骤7. 3 对所有有效的样本出口和终冷温度平均值再次分别做平均计算和标准差计算，若(样本出口平均温度值-所有样本出口温度平均值)<所有样本出口温度标准差，则该样本有效，否则被过滤(排除)；步骤7. 4 对过滤后的样本平均温度执行自学习计算；自学习计算，是对短期自学习系数和长期自学习系数进行更新，自学习系数更新包括两种情况(1)当刚经过超快速冷却处理的本支H型钢与上一支冷却处理完的H型钢(历史数据) 属于同一钢种或两支钢的钢种自学习系数索引(即冷却策略、厚度、终冷目标值)相同时， 只进行短期自学习系数更新，长期自学习系数不变；(2)当不满足(1)中所述任一前提条件时，即生产下一批次H型钢时，则同时进行短期自学习系数更新和长期自学习系数更新，且两者更新后的系数数值相等；自学习计算原理如下 乂 _ fdtr - ctr tempdrop其中，f_短期或长期自学习系数； fdtr-实测的终轧腹板或翼缘温度； ctr-实测的终冷腹板或翼缘温度； tempdrop-修正设定计算的水冷温降。
3.权利要求1所述的H型钢超快速冷却控制方法采用的控制系统，其特征在于该控制系统包括万能轧机控制单元和超快冷控制单元；万能轧机控制单元包括过程控制计算机、PLC和万能轧机UF，过程计算机和PLC布置在电气室，UF为生产线万能轧机，超快冷控制单元过程控制计算机、PLC，万能轧机控制单元过程控制计算机、PLC四者之间通过工业以太网建立物理连接，在TCP/IP协议下完成通讯；超快冷控制单元包括过程控制计算机、PLC、热金属检测器、测温仪和气动蝶阀组，过程控制计算机和PLC布置在电气室，热金属检测器、测温仪和气动蝶阀布置在轧制生产线上。
全文摘要
一种H型钢超快速冷却控制方法，属于轧钢自动控制技术领域，采用的系统包括万能轧机控制单元和超快冷控制单元；万能轧机控制单元包括过程控制计算机、PLC和万能轧机UF，超快冷控制单元包括过程控制计算机、PLC、热金属检测器、测温仪和气动蝶阀组。本发明根据H型钢钢种、规格及终冷目标值等工艺要求，确定超快冷控制策略，即阀组开启优先级，对咬钢和抛钢时终轧速度的严格控制，使H型钢匀速通过超快冷区域，并建立超快冷过程的数学模型，实现翼缘和腹板温度的精确控制，H型钢超快冷温度控制精度大大提高，通过模型自学习，使超快冷工艺更加合理、可靠，能高速稳定的对H型钢进行控制冷却，且能保证横向和纵向冷却均匀性。
文档编号B21B37/46GK102363161SQ20111032398
公开日2012年2月29日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者吴迪, 彭良贵, 赵宪明, 郭飞 申请人:东北大学