前言

MULPIC快速冷卻系統(tǒng)安裝在精軋機(jī)后，在奧氏體向鐵素體相變的溫度區(qū)域進(jìn)行某種程度的快速冷卻，使相變組織比單純控制軋制更加細(xì)微化，以獲得更高強(qiáng)度的鋼板質(zhì)量。濟(jì)鋼寬厚板廠(chǎng)新上MULPIC快速冷卻裝置有利于提高鋼板質(zhì)量和品種優(yōu)化，節(jié)省能源降低了成本，為品種開(kāi)發(fā)提供了有力保障。

1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軋機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)從MES或L3信息管理層獲取軋制鋼板的鋼種、成份、厚度、長(zhǎng)度、寬度、開(kāi)終軋溫度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，依據(jù)軋制策略自動(dòng)進(jìn)行鋼板的軋制。在軋制完成后輸送鋼板進(jìn)入MULPIC冷卻區(qū)域。由MULPIC控制系統(tǒng)進(jìn)行策略分析和自動(dòng)控制，完成鋼板的智能冷卻。

MULPIC過(guò)程控制系統(tǒng)分為控制部分和非控制部分幾個(gè)子過(guò)程。這些子過(guò)程序之間通過(guò)CORBA報(bào)文傳送數(shù)據(jù)，控制部分包含了數(shù)學(xué)模型來(lái)描述冷卻過(guò)程。主要有4個(gè)子過(guò)程：MULPIC模型監(jiān)控器、冷卻前計(jì)算冷卻設(shè)定值、冷卻中計(jì)算冷卻設(shè)定值、冷卻后適應(yīng)模型參數(shù)等；非控制部分包含了產(chǎn)生其它所有事件和數(shù)據(jù)來(lái)使控制部分工作，主要有7個(gè)子過(guò)程：MULPIC區(qū)域物料跟蹤、MULPIC區(qū)域設(shè)定值數(shù)據(jù)處理、控制區(qū)域自適應(yīng)過(guò)程，MULPIC應(yīng)用項(xiàng)目具體環(huán)境計(jì)算、MULPIC區(qū)域初始數(shù)據(jù)處理、MULPIC區(qū)域設(shè)定值控制、MULPIC區(qū)域生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理等程序。架構(gòu)關(guān)聯(lián)如圖1所示：

（圖1：MULPIC控制系統(tǒng)架構(gòu)示意圖）

2、鋼板冷卻策略

為取得預(yù)期的最佳效果，每塊鋼板根據(jù)要求的等級(jí)必需冷卻到不同比例，可分為快速冷卻、直接淬火和振蕩冷卻三種方式，鋼板的冷卻策略由鋼板的冷卻模型來(lái)控制實(shí)施。MULPIC過(guò)程控制程序接收冷卻模型的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，鋼板冷卻模型由設(shè)定值計(jì)算程序計(jì)算出冷卻控制各階段的設(shè)置，這些過(guò)程值包括通過(guò)冷卻劑強(qiáng)制對(duì)流產(chǎn)生的鋼板溫度演變，輻射產(chǎn)生的熱損和階段變形產(chǎn)生的熱發(fā)生等變量，模型的輸入包括鋼板PDI，冷卻設(shè)備參數(shù)和冷卻時(shí)的測(cè)量收集等。

快速冷卻是指所有冷卻區(qū)域由高位水槽進(jìn)行控制，直接淬火增壓泵不運(yùn)行，最大的水密度是151/s/m2；直接淬火是指直接淬火增壓泵將運(yùn)行，分不同的冷卻區(qū)域和水流量進(jìn)行冷卻控制。如A區(qū)由直接淬火增壓泵控制。A區(qū)最大水密度是331/s/m2。B,C,D區(qū)由高位水槽控制，最大水密度是151/s/m2，來(lái)獲得不同的冷卻效果。

為了獲得特殊鋼板的冷卻目標(biāo)，有必要選擇振蕩冷卻策略。當(dāng)選擇振蕩策略，振蕩時(shí)，加速比例，減速比例和速度將設(shè)置在模型參數(shù)表。振蕩數(shù)量和總的冷卻時(shí)間由模型計(jì)算以便達(dá)到所需冷卻目標(biāo)。為了在整個(gè)鋼板長(zhǎng)度中盡可能使冷卻比例恒定，每個(gè)振蕩從上次的位置偏移，這樣在加速和減速中的冷卻不會(huì)集中到鋼板的某個(gè)特殊部分。

3、功能模塊設(shè)計(jì)

3.1鋼板跟蹤計(jì)算

在冷卻過(guò)程中，鋼板在分段中跟蹤，用于建立鋼板整個(gè)長(zhǎng)度的動(dòng)態(tài)冷卻數(shù)據(jù)。HMD檢測(cè)到鋼板位置，高溫計(jì)和軋輥輥道速度的信息由1級(jí)MULPICBA系統(tǒng)獲得并傳給MULPIC過(guò)程計(jì)算器。然后將建立一個(gè)跟蹤圖來(lái)表現(xiàn)在跟蹤區(qū)域鋼板的位置。

二級(jí)跟蹤軟件系統(tǒng)跟蹤從精軋機(jī)架出口處出來(lái)的鋼板，直到鋼板通過(guò)熱矯直機(jī)出口處的高溫計(jì)下，高溫計(jì)計(jì)量矯直最終溫度。產(chǎn)跟蹤包括由以下設(shè)備或測(cè)量?jī)x器限定的區(qū)域：精軋機(jī)、精軋機(jī)輸出、MULPIC、MULPIC出口、熱矯直機(jī)、矯直機(jī)出口；

3.1.1冷卻中的跟蹤計(jì)算

MULPIC過(guò)程計(jì)算器將計(jì)算每個(gè)跟蹤信號(hào)，完成跟蹤設(shè)備提取誤差和跟蹤設(shè)備釋放誤差的計(jì)算。

跟蹤設(shè)備提取誤差公式為：

（其中dHEAD=設(shè)備提取時(shí)計(jì)算的板頭位置dDEV=跟蹤設(shè)備位置）

跟蹤設(shè)備釋放誤差公式為：

（其中dHEAD=設(shè)備提取時(shí)計(jì)算的板頭位置dDEV=跟蹤設(shè)備位置l=板長(zhǎng)）

3.1.2冷卻后的跟蹤計(jì)算

MULPIC過(guò)程計(jì)算器將每個(gè)計(jì)算出的長(zhǎng)度與從鋼板PDI所預(yù)計(jì)的板長(zhǎng)及所有出發(fā)信號(hào)的平均計(jì)算長(zhǎng)度相比較。由于這些信號(hào)，板長(zhǎng)誤差比規(guī)定值增大，因此警報(bào)增加。在軋機(jī)出口處、冷卻機(jī)器入口和熱矯直機(jī)出口處，對(duì)于控制高溫計(jì)顯示出的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算出的鋼板長(zhǎng)度，如果板長(zhǎng)誤差在允許值以?xún)?nèi)，對(duì)當(dāng)前鋼板不進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果誤差超出允許誤差，則系統(tǒng)進(jìn)行修正。

3.2初始設(shè)定值計(jì)算

對(duì)于每個(gè)鋼板，當(dāng)鋼板PDI首先接收時(shí)，初始設(shè)定值計(jì)算由MUPLIC過(guò)程計(jì)算器執(zhí)行，以便建立冷卻設(shè)定值。如果操作員在軋制前改變鋼板目標(biāo)值，初始的設(shè)定值將重新計(jì)算。作為初始設(shè)定值計(jì)算的一部分，框架高度值必須確定并且將數(shù)據(jù)傳送到MULPIC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，所以在冷卻區(qū)域的下一塊鋼板來(lái)臨前，有充足的時(shí)間來(lái)調(diào)整框架高度。初始設(shè)定值還包括冷卻水流動(dòng)比例和冷卻機(jī)器的速度參考。

3.3設(shè)定值計(jì)算

在軋制時(shí)和軋制后，因?yàn)樵谡麄€(gè)冷卻區(qū)域內(nèi)跟蹤鋼板的位置，所以基于軋機(jī)的速度，MULPIC程序計(jì)算器根據(jù)軋機(jī)出口鋼板溫度和厚度的實(shí)際測(cè)量值來(lái)重新計(jì)算水量流動(dòng)比例。這些更新的設(shè)定值將傳送到1級(jí)MULPIC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器系統(tǒng)中。如果鋼板冷卻沒(méi)有達(dá)到實(shí)際鋼板溫度，系統(tǒng)會(huì)通知操作員。

設(shè)定值產(chǎn)生算法對(duì)計(jì)算冷卻流動(dòng)水量，降低鋼板溫度和所需冷卻比例的目標(biāo)值負(fù)責(zé)。產(chǎn)生的設(shè)定值還包括速度參數(shù)，冷卻集管框架高度設(shè)定，邊部遮擋設(shè)定，水凸度閥設(shè)定值，頭/尾遮擋設(shè)定值和從頭至尾流量比例等數(shù)據(jù)的計(jì)算。

3.4前饋控制

前饋控制是假設(shè)鋼板縱向溫度恒定和目標(biāo)鋼板厚度來(lái)控制鋼板的初始設(shè)定值計(jì)算?，F(xiàn)實(shí)中，鋼板縱向溫度不是恒定的，并且根據(jù)軋機(jī)再加熱和軋制過(guò)程進(jìn)行變化，所以鋼板厚度會(huì)偏離目標(biāo)值。

為了補(bǔ)償這些變化，需要一個(gè)前饋控制。MULPIC程序計(jì)算器進(jìn)行前饋計(jì)算。鋼板厚度和溫度的實(shí)際測(cè)量用來(lái)重新計(jì)算冷卻區(qū)域設(shè)定值。將計(jì)算各鋼板的厚度、軋機(jī)出口處平均表面溫度、當(dāng)鋼板中心在MULPIC入口的高溫計(jì)下的頭部位置、板速等。當(dāng)獲得了各鋼板的參數(shù)時(shí)，模型服務(wù)器來(lái)執(zhí)行前饋模板計(jì)算并為各MULPIC冷卻區(qū)域反饋計(jì)算出的水量流速，前饋計(jì)算結(jié)束時(shí)，更新的流速數(shù)據(jù)傳送到MULPICPLC中。各冷卻部分所需流速的計(jì)算周期為00msec，集管流速計(jì)算如下所示：

（其中，F(xiàn)n=集管/部分n的流速FSN=在集管/部分n的鋼板流速J=在集管/部分n的總鋼板長(zhǎng)度）

與一個(gè)特殊集管/部分相關(guān)的鋼板流速計(jì)算公式為：

;

（其中，F(xiàn)SN=在集管/部分n的鋼板流速FSM=在集管/部分n由模板計(jì)算的鋼板流速LSI=內(nèi)集管//部分n的鋼板長(zhǎng)度LS=鋼板長(zhǎng)度）

當(dāng)計(jì)算前饋流速時(shí)，各鋼板在冷卻區(qū)域的位置按照要求的調(diào)整實(shí)際流速的預(yù)期時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。預(yù)期時(shí)間包括MULPICPLC的預(yù)期時(shí)間和流量控制閥的響應(yīng)時(shí)間。預(yù)期時(shí)間將按照以下公式調(diào)整鋼板位置：

:

（其中PSA=預(yù)期鋼板位置PS=實(shí)際鋼板位置TA=預(yù)期時(shí)間V=板速）

前饋控制可以由操作人員通過(guò)HMI啟動(dòng)或停止。

3.5水流量控制

當(dāng)鋼板進(jìn)入冷卻區(qū)域時(shí)，前饋控制器應(yīng)用入口高溫計(jì)的檢測(cè)溫度數(shù)據(jù)和鋼板測(cè)量厚度數(shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)量的鋼板參數(shù)來(lái)重新計(jì)算設(shè)定值。

在鋼板進(jìn)入冷卻區(qū)域之前，冷卻水系統(tǒng)打開(kāi)，在鋼板到來(lái)前，使流量有穩(wěn)定的時(shí)間。當(dāng)鋼板離開(kāi)冷卻區(qū)域時(shí)，冷卻水系統(tǒng)關(guān)閉。在鋼板經(jīng)過(guò)冷卻區(qū)域時(shí)，調(diào)節(jié)水流量控制設(shè)定值來(lái)表現(xiàn)頭尾遮蔽。

4、與熱矯直機(jī)區(qū)域的跟蹤交接

當(dāng)鋼板離開(kāi)冷卻區(qū)域后，進(jìn)入熱矯直機(jī)區(qū)域。如果MULPIC和熱矯直機(jī)之間的距離很短或者鋼板溫度均等在熱矯直機(jī)之前沒(méi)發(fā)生，MULPIC控制系統(tǒng)將跟蹤鋼板到均等點(diǎn)。在任何情況下，根據(jù)MULPIC速度參考，MULPIC出口溫度保證提供的鋼板運(yùn)輸?shù)骄赛c(diǎn)。

根據(jù)鋼板PDI參數(shù)，鋼板不一定被矯直并且矯直道次的數(shù)量由操作員確定。根據(jù)從熱矯直機(jī)1級(jí)系統(tǒng)接收的過(guò)程信息，如入口輥縫，出口輥縫和鋼板的位置等，在設(shè)定值計(jì)算中MULPIC模型將考慮到預(yù)期的熱矯直機(jī)的使用并考慮到適應(yīng)計(jì)算的實(shí)際熱矯直機(jī)的使用情況。

一旦鋼板離開(kāi)熱矯直機(jī)區(qū)域，它將移到冷床，熱矯直機(jī)1級(jí)系統(tǒng)接收到矯直信號(hào)，鋼板尾部離開(kāi)熱矯直機(jī)出口高溫計(jì)時(shí)，表示鋼板己經(jīng)移出矯直機(jī)區(qū)域，則MULPIC跟蹤鋼板結(jié)束，MULPIC控制系統(tǒng)結(jié)束本張鋼板的全部冷卻功能，并將數(shù)據(jù)上傳后實(shí)現(xiàn)自身程序的自學(xué)習(xí)功能，迎接下一張鋼板的冷卻任務(wù)計(jì)算。

5、結(jié)束語(yǔ)

MULPIC快速冷卻系統(tǒng)不僅滿(mǎn)足了濟(jì)鋼寬厚板廠(chǎng)軋后控冷工藝要求，而且具備了對(duì)高端品種進(jìn)行軋后直接淬火的能力，鋼板經(jīng)軋后控制冷卻后，強(qiáng)度指標(biāo)大幅提高，降低了生產(chǎn)成本，提高了鋼板質(zhì)量，為品種開(kāi)發(fā)提供了基本條件。

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