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CN113102517B - 一种热镀锌四辊平整机延伸率控制方法 - Google Patents

一种热镀锌四辊平整机延伸率控制方法 Download PDF

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CN113102517B CN202110527689.3A CN202110527689A CN113102517B CN 113102517 B CN113102517 B CN 113102517B CN 202110527689 A CN202110527689 A CN 202110527689A CN 113102517 B CN113102517 B CN 113102517B
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陈翔
卢海峰
洪俊
吴长生
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Baosteel Zhanjiang Iron and Steel Co Ltd
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Baosteel Zhanjiang Iron and Steel Co Ltd
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/56—Elongation control

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)

Abstract

本发明公开了一种热镀锌四辊平整机延伸率控制方法，属于冷轧带钢领域的生产控制方法。本发明首先建立PID模型参数数据存储变量，在新一卷带钢头部接近平整机时，调用PID参数数据并在5％范围内随机波动。在带钢头部经过平整机且其延伸率与目标值偏差大于0.2时则执行偏差统计程序，记录30秒时间内的延伸率偏差最大值及PID调整量指标，接下来判断延伸率偏差最大值是否大于原始存储数据以及调整量指标是否小于原始存储数据，若同时满足两个条件，则将随机波动后的工艺参数覆盖存储至数据存储变量。实现PID参数的自动更新过程，实现更好的延伸率控制效果。

Description

一种热镀锌四辊平整机延伸率控制方法
技术领域
本发明涉及冷轧带钢生产过程自动化领域，尤其涉及一种冷轧平整机带钢延伸率的控制方法。
背景技术
冷轧热镀锌机组中平整机的延伸率是热镀锌带钢的关键工艺参数，其决定了带钢产品的最终性能。图1所示为现有技术中热镀锌平整机布置的简易示图，平整机1前后布置有张紧辊2，防皱辊3、防颤辊4，带钢5在平整机1位置处进行平整。平整过程的主要控制参数是平整轧制力与平整前后张力，平整过程的主要控制目标是钢卷延伸率及钢卷表面质量，而延伸率控制性能的优劣直接关系到产品的质量高低。由于在生产过程中，延伸率具有滞后、时变，非线性，数学模型难以准确建立等特点，尤其在平整机的过焊缝、升降速过程中，延伸率的波动问题较为突出。
目前在实际应用中使用最广泛的是常规PID(比例、积分、微分)控制策略，其原理简单，稳定性好，但常规PID控制中通常会提前整定设置固定的基本参数，很多专利针对PID参数的离线整定进行了研究，如中国专利CN104107837提供的一种焊缝过平整机时准确控制带钢延伸率的方法，该方法通过对焊缝过平整机前带钢行进速度以及焊缝过平整机后的轧制力的调整，快速精准地控制带钢的延伸率值，提高了带钢的成材率。该专利是较为基础的控制方法。中国专利CN105251780B对不同带钢速度对应的PID控制参数进行了细分，提高了控制精度。中国专利CN102968055A利用模糊控制算法对被控对象进行控制，根据模糊原则生成PID控制器的三个参数；
以上控制方法可较好的满足初始设备状态的工况条件，但由于整定方法的限制，其控制方法不确定能适应现场的频繁波动状态。此外，当现场设备状态发生变化时，如平整辊磨损、辊形曲线发生变化等情况，之前的离线整定的PID参数更难以实现理想的控制效果，因此具备在线自整定PID控制参数的控制方法可更加有效的实现平整过程的延伸率控制。以上内容说明目前亟需一种可在线自动优化的带钢延伸率的控制方法，提高带钢成材率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种提高延伸率的控制速度与精度，减少带钢延伸不符的长度的热镀锌四辊平整机延伸率控制方法。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种热镀锌四辊平整机延伸率控制方法，包括下列步骤：
S1，在PLC数据结构块中存储信息为PID模型参数因子Kp、Ki、Kd以及延伸率偏差最大值e(t)max、调整量指标J；
调整量指标J的计算公式为：
Figure BDA0003066482520000021
p(t)的计算公式为：
Figure BDA0003066482520000022
其中，积分时间t为延伸率开始波动至波动30s之后；p(t)为轧制力调整量输出值，e(t)为延伸率偏差信号，
Figure BDA0003066482520000023
为延伸率偏差信号关于时间的一阶微分式；Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；Ti为积分时间常数，TD为微分时间常数；
S2，在带钢头部未到所述平整机时从PLC数据结构块中读取获得Kp、Ki、Kd信息；
S3，对模型参数因子Kp、Ki、Kd进行随机变动，变动幅度为原参数±5％范围内；并将随机变动后的模型参数因子K'p、K'i、K'd作为最终的控制变量；由于波动范围较小所以其延伸率波动范围在可控范围内，因此可直接在线投用优化。K'p＝0.95Kp～1.05Kp；K'i＝0.95Ki～1.05Ki；K′d＝0.95Kd～1.05Kd。
S4，在接下来的生产过程当e(t)大于0.2时，开始记录在带钢平整过程中延伸率偏差最大值e(t)'max，开始记录调整量指标J'；其中，J'为30秒内当前调整参数的具体调整量指标，由步骤S1的公式(1)计算；
S5，如果e(t)'max大于等于数据结构块中存储的对应数据e(t)max，并且J'小于数据结构块中存储的数据J，则将目前的K'p、K'i、K'd、e(t)'max和J'覆盖PLC数据结构块中的相应数据；若不满足上述条件，则不进行任何操作。这样可以实现对PID控制参数的在线自动整定，逐渐接近各钢种最优的PID参数条件，进而实现更符合现场设备条件的控制模型，提高延伸率控制速度与精度。
进一步地，所述步骤S2，在带钢头部距离所述平整机50米时从PLC数据结构块中读取获得Kp、Ki、Kd信息。
本发明的有益效果是：本发明的该方法通过在PLC系统中增加存储变量记录PID当前最优参数及其对应的偏差量，在生产过程中通过参数的小范围随机波动，并对不同输入波动情况下的偏差量进行评估，根据评估结果更新存储PID最优参数，实现在线优化PID参数，提高延伸率的控制速度与精度，减少带钢延伸不符的长度。
附图说明
图1是为热镀锌四辊平整机的结构示意图；
图2是本发明的执行逻辑图；
图中标号名称：1-平整机主体,2-张紧辊,3-防皱辊,4-防颤辊,5-带钢。
具体实施方式
下面根据具体实施方式和说明书附图对本发明的热镀锌四辊平整机延伸率控制方法作进一步说明，但是具体实施方式和相关说明并不构成对于本发明的技术方案的不当限定。本发明涉及的热镀锌四辊平整机如图1所示；所述热镀锌四辊平整机延伸率控制方法的执行逻辑图如图2所示，所述方法包括以下步骤。
(1)开始；
(2)控制系统硬件选用AB公司的Logix5000系列PLC,在全局变量中增加pid.kp,pid.ki,pid.kd,pid.emax,pid.j五个变量，这五个变量的存储信息分别为PID模型参数因子Kp、Ki、Kd、延伸率偏差最大值e(t)max、调整量指标J，其初始值分别为0.5,0.2,0.0009,0.1,10000。
其中调整量指标J具体为：
Figure BDA0003066482520000031
轧制力调整量输出值p(t)的计算公式为：
Figure BDA0003066482520000032
其中：p(t)为轧制力调整量输出值，e(t)为延伸率偏差信号，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数。Ti为积分时间常数，TD为微分时间常数。
(3)由PLC的跟踪系统对带钢头部位置进行精确跟踪，在带钢头部距离平整机50米时从PLC数据结构块中则读取pid.kp,pid.ki,pid.kd信息，并赋值给临时变量PID模型参数因子Kp、Ki、Kd。
(4)对带钢模型参数因子Kp、Ki、Kd进行随机变动，变动后的控制变量为K'p、K'i、K'd；K'p＝0.95Kp；K'i＝1.05Ki；K'd＝0.99Kd。
(5)在接下来的生产过程当延伸率偏差信号e(y)大于0.2时，开始记录在带钢平整过程中延伸率偏差最大值e(t)'max，开始记录PID模型调整量指标J'，如式1所示，具体记录时间t为30秒，在本例中延伸率偏差信号e(t)为0.4时，J'为500。
(6)在计算出J'值后执行判断逻辑，如图2所示，如果延伸率偏差信号e(t)'max大于等于数据结构块中存储的对应数据e(t)max并且J'小于数据结构块中存储的数据J，在本例中e(t)′max>pid.emax，J'<pid.j，满足上述条件，因此执行K'p、K'i、K'd、e(t)'max、J'覆盖PLC数据结构块中的相应数据(pid.kp,pid.ki,pid.kd,pid.emax,pid.j)的操作。若不满足上述条件，则不进行任何操作。
(7)结束
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化或变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (2)

1.一种热镀锌四辊平整机延伸率控制方法，其特征在于：包括下列步骤：
S1，在PLC数据结构块中存储信息为PID模型参数因子Kp、Ki、Kd以及延伸率偏差最大值e(t)max、调整量指标J；
调整量指标J的计算公式为：
Figure FDA0003499356390000011
p(t)的计算公式为：
Figure FDA0003499356390000012
其中，积分时间t为延伸率开始波动至波动30s之后；p(t)为轧制力调整量输出值，e(t)为延伸率偏差信号，
Figure FDA0003499356390000013
为延伸率偏差信号关于时间的一阶微分式；Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数；
S2，在带钢头部未到所述平整机时从PLC数据结构块中读取获得Kp、Ki、Kd信息；
S3，对模型参数因子Kp、Ki、Kd进行随机变动，变动幅度为原参数±5％范围内；并将随机变动后的模型参数因子K′p、K′i、K′d作为最终的控制变量；
S4，在接下来的生产过程当e(t)大于0.2时，开始记录在带钢平整过程中延伸率偏差最大值e(t)′max，开始记录调整量指标J′；其中，J′为30秒内当前调整参数的具体调整量指标，由步骤S1的公式(1)计算；
S5，如果e(t)′max大于等于数据结构块中存储的对应数据e(t)max，并且J′小于数据结构块中存储的数据J，则将目前的K′p、K′i、K′d、e(t)′max和J′覆盖PLC数据结构块中的相应数据；若不满足上述条件，则不进行任何操作。
2.根据权利要求1所述的热镀锌四辊平整机延伸率控制方法，其特征在于：所述步骤S2，在带钢头部距离所述平整机50米时从PLC数据结构块中读取获得Kp、Ki、Kd信息。
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