CN111420999B - 一种精轧中间坯上下表面温差控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种精轧中间坯上下表面温差控制方法，通过建立前馈控制模型和反馈控制模型，改变目前边部加热器加热控制参数，提高热轧带钢成品特别是高牌号硅钢的边部质量。本发明利用现有设备通过加热方法的改善提高了热轧中间坯边部上、下表面的加热效果；在带钢坯边部上下表面温差较大时，能调节上下表面加热给定功率，在达到边部加热效果的同时降低了边部加热器的整体功率输出，节省了电耗；通用性能好、适应性能高，具有较高的可靠性，适用于其他由PLC逻辑程序控制的热轧精轧来料坯边部加热器。
Description
技术领域
本发明涉及热轧电气技术领域，更具体地指一种精轧中间坯上下表面温差控制方法。
背景技术
在热轧过程中，带钢坯依次经过SP(大侧压轧机),R1,R2粗轧机后再由精轧机进行最后的压下轧制。边部加热器(EH)设置在精轧机前,用来对带钢坯(特别是硅钢种类)的边部进行加热,使带钢坯中部和边部的温度达到较好的温度均匀性。原1580边部加热器的加热控制是根据经验参数进行给定，在日方的经验参数中，将带钢边部的上、下表面温度与带钢中部上、下表面温度的差始终设定为0度。其缺陷主要表现为：(1)在实际运用的过程中，若是带钢边部上表面与下表面产生温差(上表温度小于下表温差)，而带钢边部上表、下表加热给定为恒定时，则带钢的边部上表将出现欠补偿加热，而带钢下表则出现过补偿加热从而影响带钢坯整体温度均匀性效果，反之亦然；(2)特别对于硅钢种类来说，边部加热器加热后的带钢坯边部整体温度均匀性效果对于产品质量有着重要影响。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对上述现有技术边部加热器加热效果不良，经常出带钢现边部上、下表出现的欠加热和过加热的现象的缺陷问题，本发明提供一种精轧中间坯上下表面温差控制方法，通过建立前馈控制模型和反馈控制模型，改变目前边部加热器加热控制参数，提高热轧带钢成品(特别是高牌号硅钢)的边部质量。
(二)技术方案
一种精轧中间坯上下表面温差控制方法，包括以下步骤：
S1、带钢中间坯进入精轧区域后，其头部到达边部加热器入口，被热金属检测器HMD413检测到后，边部加热器开始启振，使用上位机L2设定的加热功率给定PN进行输出；
S2、带钢进入到边部加热器入口侧测温仪后，边部加热器前馈功能投用，前馈控制模型接收边部加热器入口侧测温仪实时检测的带钢边部与中部的温度，当实测带钢边部与中部温度差不大于50度时，前馈控制模型输出的前馈加热给定Pdd等于0；当实测带钢边部与中部温度差大于50度时，前馈控制模型进行计算，最终给出前馈加热给定Pdd；
S3、带钢头部到达边部加热器出口侧测温仪的时候，边部加热器前馈功能停止，边部加热器反馈加热控制投用；边部加热器反馈控制模型接收边部加热器出口侧测温仪实时测得的带钢边部与中部温度，当实时测得的带钢边部温度大于等于中部温度时，边部加热器反馈控制模型给出的反馈加热给定Pdw等于0；当边部温度小于中部温度时，边部加热器反馈控制模型进行计算，最终给出反馈加热给定Pdw；
S4、带钢尾部离开边部加热器加热区域，被热金属检测器HMD414检测到后，边部加热器停止加热，等待下一块带钢。
较佳地，所述步骤S2建立前馈控制模型，一厚度为td，密度为yd，宽度为wd，热容为cd，带钢以速度vd行进，带钢中间温度为T1，由于散热速度不均，中间散热慢，两边散热快，设此时边部某一微小单元的温度为T2，与中间温度存在温差ΔT,现在给该微小单元加热，则所需要加热功率给定Pd为：
Pd＝∑ΔPd＝K×vd×td×cd×yd×(ΔTd×Δwd)，
其中，Pd：基准带钢加热功率；Td:基准带钢温升；vd:基准带钢线速度；cd:基准带钢热容；yd:基准带钢密度；K：比例调节系数；ΔTd为基准带钢温差；Δwd为基准带钢宽度差。
较佳地，所述步骤S2，带钢一边距边部距离y的温降为Δt＝k(100-y)，则有前馈加热功率给定模型公式如下：
Pdd＝∑ΔPdd＝K×vd×td×cd×yd×(ΔTd×Δwd)
＝K×vd×td×cd×yd×Td×f(y)
其中：Td:基准带钢温升；vd:基准带钢线速度；td:基准带钢厚度；cd:基准带钢热容；yd:基准带钢密度；f(y):经验调节参数；K：比例调节系数；k为温降调节系数；ΔTd为基准带钢温差；Δwd为基准带钢宽度差。
较佳地，所述步骤S2，引入带钢传动侧边部上表面和下表面温差后其前馈控制模型，则加热给定公式为：
Pdb上(带钢上表前馈加热给定)＝Pdd-Pwb
＝Pdd-[1/2×K×Td×vd×cd×yd×Td×f(y)]，
Pdb下(带钢下表前馈加热给定)＝Pdd+Pwb
＝Pdd+[1/2×K×Td×vd×cd×yd×Td×f(y)]，
其中，Pdd:带钢基准加热功率给定；Pwb:带钢上表前馈加热给定或带钢下表前馈加热给定；K:比例调节系数；Td:带钢上表与下表温度差；vd:基准带钢线速度；td:基准带钢厚度；cd:基准带钢热容；yd:基准带钢密度；f(y):经验调节参数。
较佳地，所述步骤S2，带钢头部到达边部加热器入口侧测温仪，且尚未到达边部加热器出口侧测温仪，此时的边部加热器加热功率给定等于L2基准给定PN乘带钢宽度温降特性补偿系数K1乘带钢长度温降特性补偿系数K2加前馈控制模型输出Pdd。
较佳地，所述步骤S2，前馈控制模型输出进行限幅控制。
较佳地，所述步骤S3，建立反馈控制模型：
1)在宽度方向上把带钢分成4个检测区域，分别为带钢传动侧边部上表温度T1，带钢传动侧边部下表温度T2；带钢工作侧上表温度T3；带钢工作侧下表温度T4；
2)在每个采样时间单元对采集到的T1-T4进行统计处理，滤去野值，并作平滑处理，以防止反馈控制的频繁调整；
3)反馈控制根据温差ΔT＝T1-T2来调节传动侧上、下表面反馈加热给定Pdw1、Pdw2，工作侧同理；
4)反馈控制的基本原理是当ΔT过大时对上、下加热表面功率进行调整，最终使ΔT维持在合理范围内。
较佳地，所述步骤S3，引入带钢传动侧边部上表面和下表面温差后其反馈控制模型，则加热计算公式为：
Pdw2＝(Kp×En)+1/2[(Ki×En)Δt+Pdw2n-1]
Pdw1＝(Kp×En)+1/2[(Ki×En)Δt+Pdw1n-1]
Pdw1：带钢传动侧边部上表面反馈加热给定；
Pdw2：带钢传动侧边部下表面反馈加热给定；
Kp×En：反馈加热模型PI调节器的比例输出项；
(Ki×En)Δt+Pdw1n-1：带钢传动侧边部上表面的前一时刻反馈模型输出项；
(Ki×En)Δt+Pdw2n-1：带钢传动侧边部下表面的前一时刻反馈模型输出项；
ΔTset(n)：为边部加热器上表下表温差反馈控制温度偏差目标设定值；
ΔTact(n)：为边部加热器出口带钢上表测温仪检测与下表测温仪检测的温度差；
En＝ΔTset(n)-ΔTact(n)：PI调节器的输入误差。
较佳地，所述步骤S3，带钢头部到达了边部加热器出口侧测温仪，边部加热器加热功率给定等于前一时刻边部加热器加热给定值加反馈控制模型输出。
较佳地，所述步骤S3，反馈控制模型输出进行限幅控制。
(三)有益效果
采用了本发明的技术方案，一种精轧中间坯上下表面温差控制方法，通过建立前馈控制模型和反馈控制模型，改变目前边部加热器加热控制参数，提高热轧带钢成品(特别是高牌号硅钢)的边部质量。与现有技术相比，具有以下优点：(1)利用现有设备通过加热方法的改善提高了热轧中间坯边部上、下表面的加热效果；(2)在带钢坯边部上下表面温差较大时，能调节上下表面加热给定功率，在达到边部加热效果的同时降低了边部加热器的整体功率输出，节省了电耗；(3)通用性能好、适应性能高，具有较高的可靠性，适用于其他由PLC逻辑程序控制的热轧精轧来料坯边部加热器。
附图说明
在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1为精轧边部加热器相关设备布置图；
图2为本发明控制方法流程图；
图3为边部加热器入口带钢坯表面温度分布图；
图4为前馈控制模型逻辑图；
图5为反馈加热控制模型逻辑图；
图6为本发明边部加热器全长加热控制逻辑框图；
图7为边部加热器全长加热控制数据流向图；
图8为边部加热器全长加热控制时序图；
图9为本发明实施例曲线图。
符号注释：
HMD413：边部加热器入口热金属检测器；
HMD414：边部加热器出口热金属检测器；
PN：L2下发的带钢基准加热给定值；
Pdd：边部加热器前馈加热模型输出的前馈加热给定；
Td:基准带钢温升；
vd:基准带钢线速度；
td:基准带钢厚度；
cd:基准带钢热容；
yd:基准带钢密度；
K：比例调节系数；
f(y):经验调节参数；
Pdw：边部加热器反馈加热模型输出的反馈加热给定；
Kp×En：反馈加热模型PI调节器的比例输出项；
(Ki×En)Δt+Pwn-1：前一时刻模型输出项；
K1x(x＝0-9)：带钢宽度温降特性分层补偿系数；
A0-A9：带钢宽度温降补偿分层比例增益系数0-9；
W0-W9:带钢宽度十段分层区间值；
B0-B9:带钢宽度温降补偿分层调节系数0-9；
K2x(x＝0-9)：带钢长度方向温降特性分层补偿系数；
C0-C9：带钢长度方向温降补偿分层比例增益系数0-9；
L0-L9:带钢长度剩余十段分层区间值；
D0-D9:带钢长度方向温降补偿分层调节系数0-9。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
结合图1所示，精轧边部加热器相关设备布置图，在边部加热器入口侧(带钢坯来料方向)装设边加入口测温仪(即边部加热器入口侧测温仪)，用于检测来料坯表面温度；在边部加热器装设有边加出口测温仪(即边部加热器出口侧测温仪)，用于检测经边部加热器加热后带钢表面温度。
结合图2本发明控制方法流程图、图6边部加热器全长加热控制逻辑框图、图8边部加热器全长加热控制时序图，一种精轧中间坯上下表面温差控制方法，包括以下步骤：
S1、带钢中间坯进入精轧区域后，其头部到达边部加热器入口，被热金属检测器HMD413检测到后，边部加热器开始启振，使用上位机L2设定的加热功率给定PN(按带钢边中温差为50度恒定)进行输出。
S2、带钢进入到边部加热器入口侧测温仪后，边部加热器前馈功能投用，前馈控制模型接收边部加热器入口侧测温仪实时检测的带钢边部与中部的温度，当实测带钢边部与中部温度差不大于50度时，前馈控制模型输出的前馈加热给定Pdd等于0；当实测带钢边部与中部温度差大于50度时，前馈控制模型进行计算，最终给出前馈加热给定Pdd。
建立前馈控制模型：
一厚度为td，密度为yd，宽度为wd，热容为cd，带钢以速度vd行进，带钢中间温度为T1，由于散热速度不均，中间散热慢，两边散热快，设此时边部某一微小单元的温度为T2，与中间温度存在温差ΔT,现在给该微小单元加热，使其与中间温度，则所需要加热功率给定Pd为：
Pd＝∑ΔPd＝K×vd×td×cd×yd×(ΔTd×Δwd)
由上述公式可知带钢的加热功率与带钢线速度vd、带钢厚度td、带钢密度yd,带钢热容cd成线性关系。
结合图3，边部加热器入口带钢坯表面温度分布图，可知带钢坯在宽度方向的温降Δt主要集中在边部约100mm处。带钢一边距边部距离y的温降为Δt＝k(100-y)，则有前馈加热功率给定模型公式如下：
Pdd＝∑ΔPdd＝K×vd×td×cd×yd×(ΔTd×Δwd)
＝K×vd×td×cd×yd×Td×f(y)
其中：Td:基准带钢温升；Pdd:基准带钢加热功率；vd:基准带钢线速度；td:基准带钢厚度；cd:基准带钢热容；yd:基准带钢密度；f(y):经验调节参数。引入带钢边部上表面和下表面温差后其前馈控制模型如图4所示，则加热给定公式为：
Pdb上(带钢上表前馈加热给定)＝Pdd-Pwb
＝Pdd-[1/2×K×Td×vd×cd×yd×Td×f(y)]，
Pdb下(带钢下表前馈加热给定)＝Pdd+Pwb
＝Pdd+[1/2×K×Td×vd×cd×yd×Td×f(y)]，
其中，Pdd:带钢基准加热功率给定；Pwb:带钢上表前馈加热给定或带钢下表前馈加热给定；K:比例调节系数；Td:带钢上表与下表温度差；vd:基准带钢线速度；td:基准带钢厚度；cd:基准带钢热容；yd:基准带钢密度；f(y):经验调节参数。
带钢头部到达边部加热器入口侧测温仪，且尚未到达边部加热器出口侧测温仪，此时的边部加热器加热功率给定等于L2基准给定PN乘带钢宽度温降特性补偿系数K1乘带钢长度温降特性补偿系数K2加前馈控制模型输出Pdd。
由于带钢边部加热器的加热能力是有限的，为了保护设备需要对前馈控制模型输出进行限幅。
S3、带钢头部到达边部加热器出口侧测温仪的时候，边部加热器前馈功能停止，边部加热器反馈加热控制投用。边部加热器反馈控制模型接收边部加热器出口侧测温仪实时测得的带钢边部与中部温度，当实时测得的带钢边部温度大于等于于中部温度时，边部加热器反馈控制模型给出的反馈加热给定Pdw等于0。当边部温度小于中部温度时，边部加热器反馈控制模型进行计算，最终给出反馈加热给定Pdw。
带钢头部到达了边部加热器出口侧测温仪，边部加热器加热功率给定等于前一时刻边部加热器加热给定值加反馈控制模型输出。
建立反馈控制模型：
1)在宽度方向上把带钢分成4个检测区域，分别为带钢传动侧边部上表温度T1，带钢传动侧边部下表温度T2；带钢工作侧上表温度T3；带钢工作侧下表温度T4；
2)在每个采样时间单元对采集到的T1-T4进行统计处理，滤去野值，并作平滑处理，以防止反馈控制的频繁调整；
3)反馈控制根据温差ΔT＝T1-T2来调节传动侧上、下表面反馈加热给定Pdw1、Pdw2，工作侧同理；
4)反馈控制的基本原理是当ΔT过大时对上、下加热表面功率进行调整，最终使ΔT维持在合理范围内。
反馈加热控制模型如图5所示，反馈加热计算公式如下：
Pdw2＝(Kp×En)+1/2[(Ki×En)Δt+Pdw2n-1]
Pdw1＝(Kp×En)+1/2[(Ki×En)Δt+Pdw1n-1]Pdw1：带钢传动侧边部上表面反馈加热给定；
Pdw2：带钢传动侧边部下表面反馈加热给定；
Kp×En：反馈加热模型PI调节器的比例输出项；
(Ki×En)Δt+Pdw1n-1：带钢传动侧边部上表面的前一时刻反馈模型输出项；
(Ki×En)Δt+Pdw2n-1：带钢传动侧边部下表面的前一时刻反馈模型输出项；
ΔTset(n)：为边部加热器上表下表温差反馈控制温度偏差目标设定值；
ΔTact(n)：为边部加热器出口带钢上表测温仪检测与下表测温仪检测的温度差；
En＝ΔTset(n)-ΔTact(n)：PI调节器的输入误差；
由于带钢边部加热器的加热能力是有限的，为了保护设备需要对反馈控制模型输出进行限幅。
S4、带钢尾部离开边部加热器加热区域，被热金属检测器HMD414检测到后，边部加热器停止加热，等待下一块带钢。
结合图7边部加热器全长加热控制数据流向图，边部加热器入口侧测温仪将带钢边部与中部温度差输入到边部加热器前馈控制模型中，当带钢头部进入边部加热器入口侧测温仪后且未到达边部加热器出口侧测温仪时，前馈控制模型根据实测的带钢边部与中部温度差，前馈控制模型对其进行判断，输出前馈补偿加热给定Pdd。边部加热器基准加热给定PN由上位机L2给出。
边部加热器出口侧测温仪在带钢头部到达边部加热器出口侧测温仪后，将接受过边部加热器加热后的带钢边部与中部温度输入到反馈加热模型中，由模型计算出反馈加热给定Pdw。
在整个加热过程中，也会对带钢宽度温降特细与长度方向温降特性进行分层，给出补偿系数参与加热控制。由于边部加热器加热能力有限，各个加热给定会进行限幅。
最后，综合的加热给定由PLC(图中虚框部分)发送到边部加热器传动控制盘，最后经过限幅后加热给定电压输出到边部加热器感应头。
如图9所示，从最上方往下六根曲线依次为：带钢传动侧边部上表温度实际值、带钢传动侧边部下表温度实际值、带钢中部上表温度实际值、带钢中部下表温度实际值、带钢工作侧上表温度实际值、带钢工作侧下表温度实际值。
在带钢工作侧下表温度实际值曲线向下依次为：
A线为带钢传动侧上表、下表温度偏差实际值；
B线为带钢工作侧上表、下表温度偏差实际值；
C线为带钢上部加热综合给定曲线；
D线为带钢下部加热综合给定曲线。
本发明一种精轧中间坯上下表面温差控制方法，对带钢边部进行加热，效果良好，可广泛应用于装备有PLC控制的带钢中间坯边部加热装置。
综上所述，采用了本发明的技术方案，精轧中间坯上下表面温差控制方法，通过建立前馈控制模型和反馈控制模型，改变目前边部加热器加热控制参数，提高热轧带钢成品(特别是高牌号硅钢)的边部质量。
与现有技术相比，具有以下优点：
(1)利用现有设备通过加热方法的改善提高了热轧中间坯边部上、下表面的加热效果；
(2)在带钢坯边部上下表面温差较大时，能调节上下表面加热给定功率，在达到边部加热效果的同时降低了边部加热器的整体功率输出，节省了电耗；
(3)通用性能好、适应性能高，具有较高的可靠性，适用于其他由PLC逻辑程序控制的热轧精轧来料坯边部加热器。
Claims (8)
1.一种精轧中间坯上下表面温差控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、带钢中间坯进入精轧区域后，其头部到达边部加热器入口，被热金属检测器HMD413检测到后，边部加热器开始启振，使用上位机L2设定的加热功率给定PN进行输出；
S2、带钢进入到边部加热器入口侧测温仪后，边部加热器前馈功能投用，前馈控制模型接收边部加热器入口侧测温仪实时检测的带钢边部与中部的温度，当实测带钢边部与中部温度差不大于50度时，前馈控制模型输出的前馈加热给定Pdd等于0；当实测带钢边部与中部温度差大于50度时，前馈控制模型进行计算，最终给出前馈加热给定Pdd；
S3、带钢头部到达边部加热器出口侧测温仪的时候，边部加热器前馈功能停止，边部加热器反馈加热控制投用；边部加热器反馈控制模型接收边部加热器出口侧测温仪实时测得的带钢边部与中部温度，当实时测得的带钢边部温度大于等于中部温度时，边部加热器反馈控制模型给出的反馈加热给定Pdw等于0；当边部温度小于中部温度时，边部加热器反馈控制模型进行计算，最终给出反馈加热给定Pdw；
S4、带钢尾部离开边部加热器加热区域，被热金属检测器HMD414检测到后，边部加热器停止加热，等待下一块带钢。
2.如权利要求1所述的一种精轧中间坯上下表面温差控制方法，其特征在于：所述步骤S2，带钢一边距边部距离y的温降为Δt＝k(100-y)，则有前馈加热功率给定模型公式如下：
Pdd＝∑ΔPdd＝K×vd×td×cd×yd×(ΔTd×Δwd)
＝K×vd×td×cd×yd×Td×f(y)
其中：Td:基准带钢温升；vd:基准带钢线速度；td:基准带钢厚度；cd:基准带钢热容；yd:基准带钢密度；f(y):经验调节参数；K：比例调节系数；k为温降调节系数；ΔTd为基准带钢温差；Δwd为基准带钢宽度差。
3.如权利要求2所述的一种精轧中间坯上下表面温差控制方法，其特征在于：所述步骤S2，带钢头部到达边部加热器入口侧测温仪，且尚未到达边部加热器出口侧测温仪，此时的边部加热器加热功率给定等于L2基准给定PN乘带钢宽度温降特性补偿系数K1乘带钢长度温降特性补偿系数K2加前馈控制模型输出Pdd。
4.如权利要求3所述的一种精轧中间坯上下表面温差控制方法，其特征在于：所述步骤S2，前馈控制模型输出进行限幅控制。
5.如权利要求1所述的一种精轧中间坯上下表面温差控制方法，其特征在于：所述步骤S3，建立反馈控制模型：
1)在宽度方向上把带钢分成4个检测区域，分别为带钢传动侧边部上表温度T1，带钢传动侧边部下表温度T2；带钢工作侧上表温度T3；带钢工作侧下表温度T4；
2)在每个采样时间单元对采集到的T1-T4进行统计处理，滤去野值，并作平滑处理，以防止反馈控制的频繁调整；
3)反馈控制根据温差ΔT＝T1-T2来调节传动侧上、下表面反馈加热给定Pdw1、Pdw2，工作侧同理；
4)反馈控制的基本原理是当ΔT过大时对上、下加热表面功率进行调整，最终使ΔT维持在合理范围内。
6.如权利要求5所述的一种精轧中间坯上下表面温差控制方法，其特征在于：所述步骤S3，引入带钢传动侧边部上表面和下表面温差后其反馈控制模型，则加热计算公式为：
Pdw2＝(Kp×En)+1/2[(Ki×En)Δt+Pdw2n-1]
Pdw1＝(Kp×En)+1/2[(Ki×En)Δt+Pdw1n-1]
Pdw1：带钢传动侧边部上表面反馈加热给定；
Pdw2：带钢传动侧边部下表面反馈加热给定；
Kp×En：反馈加热模型PI调节器的比例输出项；
(Ki×En)Δt+Pdw1n-1：带钢传动侧边部上表面的前一时刻反馈模型输出项；
(Ki×En)Δt+Pdw2n-1：带钢传动侧边部下表面的前一时刻反馈模型输出项；
ΔTset(n)：为边部加热器上表下表温差反馈控制温度偏差目标设定值；
ΔTact(n)：为边部加热器出口带钢上表测温仪检测与下表测温仪检测的温度差；
En＝ΔTset(n)-ΔTact(n)：PI调节器的输入误差。
7.如权利要求6所述的一种精轧中间坯上下表面温差控制方法，其特征在于：所述步骤S3，带钢头部到达了边部加热器出口侧测温仪，边部加热器加热功率给定等于前一时刻边部加热器加热给定值加反馈加热给定Pdw。
8.如权利要求7所述的一种精轧中间坯上下表面温差控制方法，其特征在于：所述步骤S3，反馈控制模型输出进行限幅控制。
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