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MULPIC快速冷却系统的自动控制设计及应用

2016/9/7    来源:e-works    特约撰稿人:岳临萍      
关键字:MULPIC  流量控制  过程自动化  
本文介绍了MULPIC快速冷却系统的组成、网络架构及设计功能。着重介绍了功能模块的计算和设计实现,对系统的控制算法给出了详细的分析和解释。
    前言
 
    MULPIC快速冷却系统安装在精轧机后,在奥氏体向铁素体相变的温度区域进行某种程度的快速冷却,使相变组织比单纯控制轧制更加细微化,以获得更高强度的钢板质量。济钢宽厚板厂新上MULPIC快速冷却装置有利于提高钢板质量和品种优化,节省能源降低了成本,为品种开发提供了有力保障。
 
    1、系统设计
 
    轧机自动控制系统MES或L3信息管理层获取轧制钢板的钢种、成份、厚度、长度、宽度、开终轧温度等基础数据后,依据轧制策略自动进行钢板的轧制。在轧制完成后输送钢板进入MULPIC冷却区域。由MULPIC控制系统进行策略分析和自动控制,完成钢板的智能冷却。
 
    MULPIC 过程控制系统分为控制部分和非控制部分几个子过程。这些子过程序之间通过CORBA报文传送数据,控制部分包含了数学模型来描述冷却过程。主要有4个子过程:MULPIC模型监控器、冷却前计算冷却设定值、冷却中计算冷却设定值、冷却后适应模型参数等;非控制部分包含了产生其它所有事件和数据来使控制部分工作,主要有7个子过程:MULPIC区域物料跟踪、MULPIC区域设定值数据处理、控制区域自适应过程, MULPIC应用项目具体环境计算、MULPIC区域初始数据处理、MULPIC区域设定值控制、MULPIC区域生产数据管理等程序。架构关联如图1所示:
 
MULPIC控制系统架构示意图
 
    图1 MULPIC控制系统架构示意图
 
    2、钢板冷却策略
 
    为取得预期的最佳效果,每块钢板根据要求的等级必需冷却到不同比例,可分为快速冷却、直接淬火和振荡冷却三种方式,钢板的冷却策略由钢板的冷却模型来控制实施。MULPIC过程控制程序接收冷却模型的指令来实现,钢板冷却模型由设定值计算程序计算出冷却控制各阶段的设置,这些过程值包括通过冷却剂强制对流产生的钢板温度演变,辐射产生的热损和阶段变形产生的热发生等变量,模型的输入包括钢板PDI,冷却设备参数和冷却时的测量收集等。
 
    快速冷却是指所有冷却区域由高位水槽进行控制,直接淬火增压泵不运行,最大的水密度是151/s/m2;直接淬火是指直接淬火增压泵将运行,分不同的冷却区域和水流量进行冷却控制。如A区由直接淬火增压泵控制。A区最大水密度是331/s/m2。B,C,D区由高位水槽控制,最大水密度是151/s/m2,来获得不同的冷却效果。
 
    为了获得特殊钢板的冷却目标,有必要选择振荡冷却策略。当选择振荡策略,振荡时,加速比例,减速比例和速度将设置在模型参数表。振荡数量和总的冷却时间由模型计算以便达到所需冷却目标。为了在整个钢板长度中尽可能使冷却比例恒定,每个振荡从上次的位置偏移,这样在加速和减速中的冷却不会集中到钢板的某个特殊部分。
 
    3、功能模块设计
 
    3.1钢板跟踪计算
 
    在冷却过程中,钢板在分段中跟踪,用于建立钢板整个长度的动态冷却数据。HMD检测到钢板位置,高温计和轧辊辊道速度的信息由1级MULPIC BA系统获得并传给MULPIC过程计算器。然后将建立一个跟踪图来表现在跟踪区域钢板的位置。
 
    二级跟踪软件系统跟踪从精轧机架出口处出来的钢板,直到钢板通过热矫直机出口处的高温计下,高温计计量矫直最终温度。产跟踪包括由以下设备或测量仪器限定的区域:精轧机、精轧机输出、MULPIC、MULPIC出口、热矫直机、矫直机出口;
 
    3.1.1冷却中的跟踪计算
 
    MULPIC过程计算器将计算每个跟踪信号,完成跟踪设备提取误差和跟踪设备释放误差的计算。
 
    跟踪设备提取误差公式为:
 
MULPIC控制系统架构示意图
 
    (其中 dHEAD = 设备提取时计算的板头位置 dDEV =跟踪设备位置)
 
    跟踪设备释放误差公式为:
 
MULPIC控制系统架构示意图
 
    (其中 dHEAD =设备提取时计算的板头位置 dDEV = 跟踪设备位置 l = 板长 )
 
    3.1.2冷却后的跟踪计算
 
    MULPIC过程计算器将每个计算出的长度与从钢板PDI所预计的板长及所有出发信号的平均计算长度相比较。由于这些信号,板长误差比规定值增大,因此警报增加。在轧机出口处、冷却机器入口和热矫直机出口处,对于控制高温计显示出的一个或多个计算出的钢板长度,如果板长误差在允许值以内,对当前钢板不进行调节,如果误差超出允许误差,则系统进行修正。
 
    3.2初始设定值计算
 
    对于每个钢板,当钢板PDI首先接收时,初始设定值计算由MUPLIC过程计算器执行,以便建立冷却设定值。如果操作员在轧制前改变钢板目标值,初始的设定值将重新计算。作为初始设定值计算的一部分,框架高度值必须确定并且将数据传送到MULPIC数据存储器中,所以在冷却区域的下一块钢板来临前,有充足的时间来调整框架高度。初始设定值还包括冷却水流动比例和冷却机器的速度参考。
 
    3.3设定值计算
     
    在轧制时和轧制后,因为在整个冷却区域内跟踪钢板的位置,所以基于轧机的速度,MULPIC 程序计算器根据轧机出口钢板温度和厚度的实际测量值来重新计算水量流动比例。这些更新的设定值将传送到1级MULPIC 数据存储器系统中。如果钢板冷却没有达到实际钢板温度,系统会通知操作员。
 
    设定值产生算法对计算冷却流动水量,降低钢板温度和所需冷却比例的目标值负责。产生的设定值还包括速度参数,冷却集管框架高度设定,边部遮挡设定,水凸度阀设定值,头/尾遮挡设定值和从头至尾流量比例等数据的计算。
 
    3.4前馈控制
 
    前馈控制是假设钢板纵向温度恒定和目标钢板厚度来控制钢板的初始设定值计算。现实中,钢板纵向温度不是恒定的,并且根据轧机再加热和轧制过程进行变化,所以钢板厚度会偏离目标值。
 
    为了补偿这些变化,需要一个前馈控制。MULPIC 程序计算器进行前馈计算。钢板厚度和温度的实际测量用来重新计算冷却区域设定值。将计算各钢板的厚度、轧机出口处平均表面温度、当钢板中心在MULPIC入口的高温计下的头部位置、板速等。当获得了各钢板的参数时,模型服务器来执行前馈模板计算并为各MULPIC冷却区域反馈计算出的水量流速,前馈计算结束时,更新的流速数据传送到MULPIC PLC中。各冷却部分所需流速的计算周期为00msec,集管流速计算如下所示:
 
MULPIC快速冷却系统的自动控制设计及应用
 
    (其中,Fn=集管/部分n的流速 FSN=在集管/部分n的钢板流速 J=在集管/部分n的总钢板长度)
 
    与一个特殊集管/部分相关的钢板流速计算公式为:
 

MULPIC快速冷却系统的自动控制设计及应用
 

    (其中,FSN=在集管/部分n的钢板流速FSM=在集管/部分n由模板计算的钢板流速LSI=内集管//部分n的钢板长度LS=钢板长度)
 
    当计算前馈流速时,各钢板在冷却区域的位置按照要求的调整实际流速的预期时间进行调整。预期时间包括MULPIC PLC的预期时间和流量控制阀的响应时间。预期时间将按照以下公式调整钢板位置:
 
MULPIC快速冷却系统的自动控制设计及应用
 
    (其中 PSA=预期钢板位置 PS=实际钢板位置TA=预期时间 V=板速)
 
    前馈控制可以由操作人员通过HMI启动或停止。
 
    3.5水流量控制
 
    当钢板进入冷却区域时,前馈控制器应用入口高温计的检测温度数据和钢板测量厚度数据,根据测量的钢板参数来重新计算设定值。
 
    在钢板进入冷却区域之前,冷却水系统打开,在钢板到来前,使流量有稳定的时间。当钢板离开冷却区域时,冷却水系统关闭。在钢板经过冷却区域时,调节水流量控制设定值来表现头尾遮蔽。
 
    4、与热矫直机区域的跟踪交接
 
    当钢板离开冷却区域后,进入热矫直机区域。如果MULPIC和热矫直机之间的距离很短或者钢板温度均等在热矫直机之前没发生,MULPIC控制系统将跟踪钢板到均等点。在任何情况下,根据MULPIC速度参考,MULPIC出口温度保证提供的钢板运输到均等点。
 
    根据钢板PDI参数,钢板不一定被矫直并且矫直道次的数量由操作员确定。根据从热矫直机1级系统接收的过程信息,如入口辊缝,出口辊缝和钢板的位置等,在设定值计算中MULPIC模型将考虑到预期的热矫直机的使用并考虑到适应计算的实际热矫直机的使用情况。
 
    一旦钢板离开热矫直机区域,它将移到冷床,热矫直机1级系统接收到矫直信号,钢板尾部离开热矫直机出口高温计时,表示钢板己经移出矫直机区域,则MULPIC跟踪钢板结束,MULPIC控制系统结束本张钢板的全部冷却功能,并将数据上传后实现自身程序的自学习功能,迎接下一张钢板的冷却任务计算。 
 
    5、结束语
 
    MULPIC快速冷却系统不仅满足了济钢宽厚板厂轧后控冷工艺要求,而且具备了对高端品种进行轧后直接淬火的能力,钢板经轧后控制冷却后,强度指标大幅提高,降低了生产成本,提高了钢板质量,为品种开发提供了基本条件。
 
责任编辑:李欢
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