棒材轧后控冷计算机控制系统

钢材轧后控冷中引入计算机控制系统,可以根据终轧温度调节冷却水量以达到预定自回火温度,保证产品质量的稳定。唐钢小型厂棒材轧后控冷计算构控制系统的分析、硬件与软件系统的构成、数学模型的推导和自学习的实现,并给出了控制结果。

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棒材轧后控冷是提高产品质量、性能，节省能源的新工艺技术。具体方法是依据轧制规格、实测终轧温度和目标自回火福温度，进行水量设定，对轧后棒材冷却，以达到规定自回火温度范围。国外从60年代开始研究并在生产中普遍采用。国内从1972年开始研究，应用尚不普遍。已采用该工艺的系统仅为人工操作，不能及时依据终轧温度调节水量，造成自回火温度波动较大，产品质量不稳定。唐钢小型厂建立的棒材轧后控冷生产线，在国内首次引入计算机控制系统，保证了实时准确地控制，并通过自学习克服生产过程中存在的一些环境、特性等变化因素的影响，使系统工作处在最佳状态。 1系统的分析与构成 1.1系统的分析水量调节阀及流量计反应时间使得水流量调节变化较为迟缓。经现场实测，总水流量每秒平均调节能力8一10t/h,精轧出口轧件速度为8m/s。轧件测量终轧温度后至进入水冷器的时间约为0.8s。因此，依据精轧出口实测轧件温度进行水量模型计算并调节水量，在时间上是不允许的。为此，在精轧入口设置测温点，测量轧件温度，经终轧温度预报模型计算，预报该轧件在精轧出口温度，并以此进行水量的计算与设定。在精轧出口对该轧件实测终轧温度，进行终轧温度预报模型的自学习，以不断提高预报精度。轧件在穿水冷却后的终冷表面温度T。与自回火温度T:的关系及变化情况示于图1。考虑到唐钢小型厂在冷床设置测温点的困难，测量不易淮确等问题，把水冷后测温点设置在冷床入口前端。以该点实测温度做为终冷温度，建立该温度与自回火温度的关系模型，并以终冷温度代替自回火温度值。利用实测终冷温度对水量设定模型进行自学习，提高控制精度。 Tst Water-pipe Operation quide PID Computer 00 Regulator Full-auto Time/s 图1自回火示意图图2系统结构示意 Fig.1 Diagrammatic sketch of self- Fig.2 Diagrammatic sketch of system temper of steel constitution 1.2系统结构与工作方式系统结构如图2，采用2种工作方式： (1)计算机全自动控制方式计算机依据输入数据，经模型计算输出水量设定值，由流量调节仪表进行水量控制。计算机利用自学习，保证系统工作在最佳状态”。 71

棒材轧后控冷是提高产品质量、性能，节省能源的新工艺技术。具体方法是依据轧制规格、实测终轧温度和目标自回火温度，进行水量设定，对轧后棒材冷却，以达到规定自回火温度范围。国外从年代开始研究并在生产中普遍采用。国内从年开始研究，应用尚不普遍。已采用该工艺的系统仅为人工操作，不能及时依据终轧温度调节水量，造成自回火温度波动较大，产品质量不稳定。唐钢小型厂建立的棒材轧后控冷生产线，在国内首次引入计算机控制系统，保证了实时准确地控制，并通过自学习克服生产过程中存在的一些环境、特性等变化因素的影响，使系统工作处在最佳状态。系统的分析与构成系统的分析水量调节阀及流量计反应时间使得水流量调节变化较为迟缓。经现场实测，总水流量每秒平均调节能力一，精轧出口轧件速度为。轧件测量终轧温度后至进入水冷器的时间约为。 ‘ 。因此，依据精轧出口实测轧件温度进行水量模型计算并调节水量，在时间上是不允许的。为此，在精轧入口设置测温点，测量轧件温度，经终轧温度预报模型计算，预报该轧件在精轧出口温度，并以此进行水量的计算与设定。在精轧出口对该轧件实测终轧温度，进行终轧温度预报模型的自学习，以不断提高预报精度。轧件在穿水冷却后的终冷表面温度。。与自回火温度，的关系及变化情况示于图。考虑到唐钢小型厂在冷床设置测温点的困难，测量不易准确等问题，把水冷后测温点设置在冷床入口前端。以该点实测温度做为终冷温度，建立该温度与自回火温度的关系模型，并以终冷温度代替自回火温度值。利用实测终冷温度对水量设定模型进行自学习，提高控制精度。一弓尸。口。 ‘洲尸。一一一一一一占一一〔〕下三厂图自回火示意图七尺年。门自口卜。﹄，门田任。图系统结构示意妞系统结构与工作方式系统结构如图，采用种工作方式计算机全自动控制方式计算机依据输人数据，经模型计算输出水量设定值，由流量调节仪表进行水量控制。计算机利用自学习，保证系统工作在最佳状态〔 ‘ ’

系统启动后进入主程序。主程序对中断、通道及程序初始化和水量的初始设定。主程序监视查询HMD:状态。当HMD,ON时，测量Ts,并进行Ts2预报，以此进行模型计算，输出 Qs1-Qs4设定值。 HMD2ON时请求中断。HMD2中断处理程序检测Ts2并进行终轧温度预报模型自学习。 SWON时请求中断。SW中断处理程序检测Ts3并进行水量设定模型自学习。考虑到在轧制和冷却线上存在多轧件情况。只有前次终轧温度预报自学习完成后，进入精轧机组的软件才参加终轧温度预报模型自学习。同样，只有前次水量自学习完成后进入水冷区的轧件才参加水量设定模型自学习。为此，设立自学习指针对自学习跟踪。对同一轧件在HMD:和HMD2间超过最大允许时间时，判断为事故状态。此时，该轧件需从跟踪队列中取消，进行自学习跟踪调整。温度、流量等信号超出合理值范围时，判断为系统异常，需进行自学习跟踪调整。系统中使用WATCHDOG监视计算机系统。异常时发出声光报警。人机联系通过终端显示器和键盘实现。显示器显示正常冷却参数和异常情况。系统初始化中含有人工键入品种、规格等参数功能。在正常控制过程中，允许人工干预选择打印数据，停止或继续系统运行。 2 数学模型 2.1终轧温度预报摸型利用精轧机入口实测轧件温度Ts1,对该轧件的终轧温度（即开冷温度）进行预报。轧件在通过精轧机组时，温度约1000℃左右，主要是辐射散热<4？。根据斯蒂芬一波尔茨曼定律，热量损失dQ为： T 4 dQ=F.8. 100 (1) 式中： F一轧件的热辐射面积，m2; ε一热辐射系数， 0一斯蒂芬一波尔茨曼常数： T一一轧件的绝对温度，K; T一热辐射时间，S。由于该热量损失造成的轧件温度降dt与dQ的关系式为： dQ=-G.cdi (2) 式中G一轧件质量，kg； t一一轧件温度，℃； c一钢材的比热kJ/kg·℃。由(1)，(2)式可得热平衡方程： -G.c.dt=F.e.o (3) 73

系统启动后进入主程序。主程序对中断、通道及程序初始化和水量的初始设定。主程序监视查询状态。当时，测量。，并进行预报，以此进行模型计算，输出，一 ‘ 设定值。时请求中断。中断处理程序检测并进行终轧温度预报模型自学习。平时请求中断。班中断处理程序检测。并进行水量设定模型自学习。考虑到在轧制和冷却线上存在多轧件情况。只有前次终轧温度预报自学习完成后，进人精轧机组的软件才参加终轧温度预报模型自学习。同样，只有前次水量自学习完成后进人水冷区的轧件才参加水量设定模型自学习。为此，设立自学习指针对自学习跟踪。对同一轧件在，和间超过最大允许时间时，判断为事故状态。此时，该轧件需从跟踪队列中取消，迸行自学习跟踪调整。温度、流量等信号超出合理值范围时，判断为系统异常，需进行自学习跟踪调整。系统中使用监视计算机系统。异常时发出声光报警。人机联系通过终端显示器和键盘实现。显示器显示正常冷却参数和异常情况。系统初始化中含有人工键人品种、规格等参数功能。在正常控制过程中，允许人工干预选择打印数据，停止或继续系统运行。数学模型。终轧温度预报模型利用精轧机入口实测轧件温度、，对该轧件的终轧温度即开冷温度进行预报。轧件在通过精轧机组时，温度约 ℃ 左右，主要是辐射散热〔难 ’ 。根据斯蒂芬一波尔茨曼定律，热量损失为二。￡。式中－轧件的热辐射面积， “ “ －热辐射系数 ‘ －斯蒂芬一波尔茨曼常数，－轧件的绝对温度，丁－热辐射时间，。由于该热量损失造成的轧件温度降与的关系式为一一式中－轧件质量，。－钢材的比热吨 · ℃ 。由，式可得热平衡方程才一一轧件温度， ℃ 一 ‘ 一、，一行了尸『侣－，丁

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