酸洗冷连轧联合机组酸洗过程控制系统的研究与应用

摘要

过程控制系统是酸洗冷连轧联合机组计算机控制系统的重要组成部分，是保证带钢产品质量和生产效率的主要控制手段。本文以某冷轧薄板厂1450mm酸洗冷连轧联合机组生产线建设项目为背景，对酸洗过程控制系统的结构框架及功能、酸液浓度和温度的设定模型、速度优化模型、破鳞拉矫机张力设定模型等内容进行了研究，以此为核心，开发了功能完备的酸洗过程控制系统程序，并将其应用于酸洗冷连轧联合机组实际生产，取得了良好的控制效果。主要研究内容如下: 1)开发了酸洗过程控制系统。针对酸洗具体控制和工艺要求，设计过程控制系统结构框架、数据流程和触发逻辑，开发了过程控制系统中的数据通讯与管理、钢卷跟踪、参数设定计算、速度优化等功能模块。 2)研究基于软测量技术的酸液浓度预测模型。针对酸液浓度在线检测设备昂贵、维护成本高的问题，研究了基于软测量技术的酸液浓度预测模型，选取易检测的酸液电导率、亚铁离子密度、酸液温度为辅助变量，以亚铁离子质量浓度和氢离子质量浓度为主变量，利用基于M估计的稳健回归进行回归分析建模，建立了具有在线校正功能的酸液浓度预测模型，对比传统的离线浓度检测，有效提高了酸液浓度的检测精度和实时性，对比昂贵的在线检测设备，显著降低了成本。 3)研究基于案例推理技术的酸液温度设定模型。针对酸液温度设定精度低，影响带钢酸洗质量的问题，研究了案例推理技术在酸液温度设定问题上的应用，利用大量温度控制效果良好的生产数据，结合案例推理技术，提高了温度设定精度，使温度设定模型具有随工况变化的自适应能力。 4)建立了基于多目标优化的速度优化模型。针对设备磨损大、机组生产效率低的问题，对酸洗冷连轧联合机组生产线的速度特性进行全面分析，研究了包括入口活套的入口、酸洗工艺段、圆盘剪和轧机入口四个工作段的速度与三个活套套量的关系。通过对优化原则的分析，设计了基于惩罚项的多目标优化函数，目标函数最优化求解过程中使用Nelder-Mead单纯形替换法，并给出了四个速度段速度的初始化计算公式。建立的优化算法成功应用于国内某1450mm酸洗冷连轧联合机组，当入口焊接、圆盘剪剪切和轧机换辊的时候，整个生产线加减速平滑稳定，三个活套的套量能够很好的控制在合理范围内，酸洗机组能够以最大能力向连轧机组供料，保证生产效率，由于正常生产时候停机次数减少，带钢成材率得到显著提高。 5)研究破鳞拉矫机张力设定模型。针对破鳞拉矫机换辊后首卷钢的模型计算张力和实测张力存在接近8％的误差，深入分析了原因，提出了静态误差的概念，建立了带有学习项的破鳞拉矫机张力设定模型，对传统张力设定模型进行了补充。该张力模型优化算法已成功应用在某1450mm酸洗冷连轧联合机组生产线，破鳞拉矫机换辊后，首条带钢的张力设定精度偏差平均值由原来的4.477％降低到1.798％，张力设定精度均方差由2.713％降低到1.287％。 6)现场应用自主开发的酸洗过程控制系统。介绍酸洗生产线的主要工艺及设备参数。给出自动控制系统硬件网络配置和软件结构，分析过程自动化系统、基础自动化系统和人机界面系统。目前，已将开发的酸洗过程控制系统成功应用于某1450mm酸洗冷连轧联合机组生产线，稳定可靠，这对于我国开发具有自主知识产权的酸洗过程控制系统具有重要意义。

目录

声明

摘要

1．1研究背景

1．1．1概况

1．1．2国内外自动控制系统的现状

1．2酸洗机组发展

1．2．1带钢酸洗机组的主要形式

1．2．2典型带钢酸洗机组的发展

1．2．3不同形式酸洗机组的工艺特点对比

1．3酸洗技术的发展

1．3．1带钢盐酸酸洗机理

1．3．2影响酸洗效果的因素

1．3．3酸洗工艺制度的制定

1．3．4紊流酸洗技术

1．4酸洗计算机控制系统组成

1．4．1基础自动化控制级

1．4．2过程自动化控制级

1．4．3生产管理控制级

1．5酸洗数学模型发展

1．5．1目标函数寻优算法

1．5．2指数平滑法

1．5．3记忆式递推最小二乘法

1．6本文主要研究内容

第2章酸洗冷连轧联合机组酸洗过程控制系统

2．1系统结构

2．2系统功能

2．2．1数据通讯

2．2．2数据管理

2．2．3物料跟踪

2．2．4设定值计算

2．2．5速度优化

2．2．6日志系统部分

2．2．7程序监视系统部分

2．2．8人机界面

2．3本章小结

第3章先进控制技术在酸液工艺控制中的应用研究

3．1基于软测量技术的酸液浓度预测方法研究

3．1．1软测量技术

3．1．2辅助变量的选择及其检测手段

3．1．3基于稳健回归M估计的酸液浓度预测模型

3．1．4应用效果

3．2基于案例推理的酸液温度设定方法研究

3．2．1酸液温度基础自动化控制策略

3．2．2基于案例推理的温度设定策略

3．2．3应用效果

3．3本章小结

第4章酸洗冷连轧联合机组速度优化模型的研究

4．1酸洗冷连轧联合机组生产线速度特性分析

4．1．1酸洗冷连轧联合机组设备工艺简述

4．1．2速度特性分析

4．2速度优化模型研究

4．2．1目标函数设计

4．2．2初始值的计算

4．3优化算法和求解过程

4．3．1 Nelder-Mead单纯形替换法简介

4．3．2速度优化求解流程

4．4应用实例

4．5本章小结

第5章破鳞拉矫机张力设定模型研究

5．1破鳞拉矫机概述

5．1．1工艺设备

5．1．2矫直原理

5．1．3破鳞拉矫机功能

5．2延伸率控制策略

5．2．1延伸率的设定

5．2．2延伸率控制方式

5．3破鳞拉矫机张力设定模型的研究

5．3．1张力模型

5．3．2数据采集

5．3．3静态误差概念

5．3．4静态误差算法

5．4现场应用

5．5本章小结

第6章酸洗过程控制系统现场应用

6．1项目背景

6．1．1酸洗区域设备布置

6．1．2设备及工艺参数

6．1．3工艺流程

6．2酸洗区域计算机控制系统

6．2．1基础自动化控制系统

6．2．2过程自动化控制系统

6．2．3人机界面系统

6．3本章小结

第7章结论

参考文献

攻读博士期间完成的工作

致谢

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