專利名稱：薄板坯連鑄連軋計(jì)算機(jī)智能控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱軋帶鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種薄板坯連鑄連軋計(jì)算機(jī) 智能控制方法。
技術(shù)背景薄板坯連鑄連軋工藝已在我國各鋼廠廣泛應(yīng)用，該技術(shù)的出現(xiàn)及其成功投 入生產(chǎn)領(lǐng)域的實(shí)踐表明該工藝具有大幅度縮短生產(chǎn)周期、節(jié)約能源、提高鋼水 收得率、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量等一系列的優(yōu)點(diǎn)，得到了國內(nèi)冶金界的 廣泛重視。但由于該生產(chǎn)流程的各工序連接"剛性"強(qiáng)，工藝復(fù)雜以及生產(chǎn)實(shí) 踐經(jīng)驗(yàn)缺乏，研究人員一般主要關(guān)注設(shè)備和工藝，而生產(chǎn)的組織管理和過程控 制方面研究比較少。連鑄連軋生產(chǎn)線由于系統(tǒng)部件多流程復(fù)雜、系統(tǒng)參數(shù)多而且各參數(shù)之間互 相影響、系統(tǒng)外部干擾因素也很多?，F(xiàn)存的系統(tǒng)模型都是在大量的假定和參數(shù) 省略的基礎(chǔ)上建立起來的，模型精度不高，也使得建立在這些模型基礎(chǔ)上的板 形板厚控制算法精度不高。例如某鋼鐵廠利用舊的控制系統(tǒng)生產(chǎn)的薄規(guī)格帶鋼 厚度誤差為土50;/m，薄規(guī)格帶鋼產(chǎn)品比例僅為30%。帶鋼熱連軋中，由于張力等因素引起板厚和板形的控制之間存在耦合，傳 統(tǒng)的單一變量的閉環(huán)板厚控制和板形控制不能同時(shí)取得比較高的控制精度。因 此需要一種多變量解耦控制算法，消除各變量之間的耦合，提高板形板厚控制 精度?，F(xiàn)階段，連鑄連軋中的生產(chǎn)過程管理和調(diào)度多依靠經(jīng)驗(yàn)，整個(gè)生產(chǎn)過程沒有得到優(yōu)化，從而影響了整個(gè)生產(chǎn)流程的調(diào)度的合理性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在模型不精確，受外部干擾較大、抗干擾能力弱， 不能板厚板形控制精度要求等問題，提供一種薄板坯連鑄連軋計(jì)算機(jī)智能控制 方法。本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種薄板坯連鑄連軋計(jì)算機(jī)智能 控制方法，包括以下步驟(1)建立具有任務(wù)管理、過程控制及單元控制的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對訂 單需求、生產(chǎn)情況、產(chǎn)量、交貨期的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，建立知識(shí)庫，并通 過自學(xué)習(xí)方式對知識(shí)庫進(jìn)行更新，指導(dǎo)以后的優(yōu)化調(diào)度策略；(2) 開發(fā)WinCC人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)控制功能，保證軋制控制系統(tǒng) 運(yùn)行監(jiān)控的靈活可靠性；(3) 利用軋制生產(chǎn)線歷史生產(chǎn)參數(shù)得到系統(tǒng)的黑箱模型，并結(jié)合傳統(tǒng)軋 制力模型和彈跳力方程，建立起生產(chǎn)系統(tǒng)混合模型，描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)連續(xù)特性和 離散特性，作為連軋過程板形板厚控制算法的基礎(chǔ)；(4) 針對熱連軋過程中的多變量耦合，在混合模型的基礎(chǔ)上，開發(fā)了多 變量解耦算法，設(shè)計(jì)出解耦補(bǔ)償控制器，實(shí)現(xiàn)板形控制和板厚控制之間的解耦;(5) 采用人工免疫優(yōu)化算法，對連鑄軋制生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)度。 在上述方法中，步驟(1)所述的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括一、二、三級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， 一級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和二級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過以太網(wǎng)連接，二級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和三級(jí)網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)連接； 一級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由精軋工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、軋后冷卻 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、帶鋼巻取工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、精整工業(yè)控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成，用于完成帶鋼精軋過程、冷卻過程、巻取和精整過程的預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的計(jì)算、控制指令的輸出；二級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由CSP過程控制計(jì)算機(jī)、多變量解耦軋機(jī)過 程控制計(jì)算機(jī)、冷卻過程控制計(jì)算機(jī)、WinCC監(jiān)控計(jì)算機(jī)構(gòu)成，用于完成CSP 流程控制、多變量解耦模型的設(shè)定計(jì)算、CSP生產(chǎn)線狀態(tài)的檢測控制；三級(jí)網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)由專家系統(tǒng)免疫優(yōu)化生產(chǎn)管理調(diào)度計(jì)算機(jī)、生產(chǎn)計(jì)劃制定計(jì)算機(jī)、產(chǎn)品 質(zhì)量管理計(jì)算機(jī)構(gòu)成，用于根據(jù)訂單制定生產(chǎn)計(jì)劃、進(jìn)行生產(chǎn)管理的調(diào)度優(yōu)化 和對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行管理。步驟(3)所述的生產(chǎn)系統(tǒng)混合模型由軋制負(fù)荷分配模型、軋制力模型、 張力模型、彈跳模型、溫降模型、驅(qū)動(dòng)電機(jī)模型、壓下裝置模型構(gòu)成，用于完 成薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)過程中模型參數(shù)和預(yù)設(shè)控制數(shù)據(jù)的計(jì)算和設(shè)定。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明先進(jìn)的WinCC人機(jī)交互 軟件代替了老舊的COROS人機(jī)界面，人機(jī)交互過程更加直觀簡單，操作更加方 便，也更易于升級(jí)。提高了連軋生產(chǎn)過程的模型設(shè)定的精度，對生產(chǎn)過程中板厚控制和板形控制之間的耦合進(jìn)行了有效解耦，提高軋制過程板厚控制精度， 軋制板坯厚度誤差從土5(^m降到了土20/^以下，薄規(guī)格板材比例從30%提高到了 61%。


圖1是本發(fā)明的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)模型示意圖； 圖3是本發(fā)明的多變量解耦算法框圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的薄板坯連鑄連軋計(jì)算機(jī)智能控制方法，包括以下步驟-(1)建立具有任務(wù)管理、過程控制及單元控制的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對訂 單需求、生產(chǎn)情況、產(chǎn)量、交貨期的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，建立知識(shí)庫，并通過自學(xué)習(xí)方式對知識(shí)庫進(jìn)行更新，指導(dǎo)以后的優(yōu)化調(diào)度策略；(2) 開發(fā)WinCC人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)控制功能，保證軋制控制系統(tǒng) 運(yùn)行監(jiān)控的靈活可靠性；(3) 利用軋制生產(chǎn)線歷史生產(chǎn)參數(shù)得到系統(tǒng)的黑箱模型，并結(jié)合傳統(tǒng)軋 制力模型和彈跳力方程等，建立起生產(chǎn)系統(tǒng)混合模型，描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)連續(xù)特性 和離散特性，作為連軋過程板形板厚控制算法的基礎(chǔ)；(4) 針對熱連軋過程中的多變量耦合，在混合模型的基礎(chǔ)上，開發(fā)了多 變量解耦算法，設(shè)計(jì)出解耦補(bǔ)償控制器，實(shí)現(xiàn)板形控制和板厚控制之間的解耦;(5) 采用人工免疫優(yōu)化算法，對連鑄軋制生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)度。如圖l所示，本發(fā)明的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括一、二、三級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， 一級(jí) 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和二級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過以太網(wǎng)連接，二級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和三級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過 工業(yè)以太網(wǎng)連接； 一級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由精軋工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、軋后冷卻工業(yè)控制計(jì) 算機(jī)、帶鋼巻取工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、精整工業(yè)控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成，用于完成帶鋼精 軋過程、冷卻過程、巻取和精整過程的預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的計(jì)算、控制指令 的輸出；二級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由CSP過程控制計(jì)算機(jī)、多變量解耦軋機(jī)過程控制計(jì) 算機(jī)、冷卻過程控制計(jì)算機(jī)、WinCC監(jiān)控計(jì)算機(jī)構(gòu)成，用于完成CSP流程控 制、多變量解耦模型的設(shè)定計(jì)算、CSP生產(chǎn)線狀態(tài)的檢測控制；三級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 由專家系統(tǒng)免疫優(yōu)化生產(chǎn)管理調(diào)度計(jì)算機(jī)、生產(chǎn)計(jì)劃制定計(jì)算機(jī)、產(chǎn)品質(zhì)量管 理計(jì)算機(jī)構(gòu)成，用于根據(jù)訂單制定生產(chǎn)計(jì)劃、進(jìn)行生產(chǎn)管理的調(diào)度優(yōu)化和對產(chǎn) 品質(zhì)量進(jìn)行管理。本發(fā)明的WinCC監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)主要包括(1) 板坯實(shí)時(shí)軋制數(shù)據(jù)的顯示顯示板坯來料厚度、寬度、溫度，出口 厚度、寬度、溫度，軋制速度、軋制力等;(2) 活套控制器的監(jiān)控監(jiān)視控制活套支撐器高度、角度，張力等；(3) 潤滑系統(tǒng)的監(jiān)控潤滑劑油層厚度、摩根油和稀油系統(tǒng)參數(shù)等的監(jiān)控；(4) 各電機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控對主驅(qū)動(dòng)電機(jī)、支撐輥驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輥道電機(jī)組 等電流、電壓、溫度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視控制。如圖2所示，本發(fā)明的生產(chǎn)系統(tǒng)混合模型由軋制負(fù)荷分配模型、軋制力模 型、張力模型、彈跳模型、溫降模型、驅(qū)動(dòng)電機(jī)模型、壓下裝置模型構(gòu)成。軋 制負(fù)荷分配模型根據(jù)軋制板厚板形目標(biāo)和各軋機(jī)的工作參數(shù)對各軋機(jī)中的帶 鋼壓下率等進(jìn)行分配，該模型的輸出是其余模型計(jì)算的基礎(chǔ)。張力模型和溫降 模型的計(jì)算結(jié)果作為軋制力計(jì)算的參數(shù)輸入，軋制力模型的輸入作為系統(tǒng)設(shè)定 軋制力值，同時(shí)也是彈跳模型計(jì)算的輸出參數(shù)，彈跳模型的輸出輥縫值作為系 統(tǒng)設(shè)定值輸出。如圖3所示，本發(fā)明的多變量解耦算法框圖如下系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)是設(shè)定 的板形板厚參數(shù)，通過板形閉環(huán)控制器和板厚閉環(huán)控制器，產(chǎn)生控制信號(hào)，因 為板形板厚控制間的互相耦合而影響控制精度，所以需要通過全解耦控制器即 解耦補(bǔ)償控制器1和解耦補(bǔ)償控制器2得到解耦控制信號(hào)，得到的解耦控制信 號(hào)作為板形模型和板厚模型的輸入信號(hào)。板坯來料厚度、溫度波動(dòng)為不可控?cái)_ 動(dòng)參數(shù)，而軋制過程需要一段時(shí)間，如果一塊板坯軋制完成由末機(jī)架處的測厚 儀測得板坯厚度再進(jìn)行反饋控制，則失去了實(shí)際控制意義，所以本實(shí)用新型中加入了前饋補(bǔ)償控制器，實(shí)施對來料厚度溫度波動(dòng)的補(bǔ)償。采用本發(fā)明的方法在某鋼鐵公司連鑄連軋生產(chǎn)線上應(yīng)用，先進(jìn)的WinCC 人機(jī)交互軟件代替了老舊的C0R0S人機(jī)界面，軋制板坯厚度誤差從±50;^降 到了±20/^以下，薄規(guī)格板材比例從30。^提高到了 61%。
權(quán)利要求
1、一種薄板坯連鑄連軋計(jì)算機(jī)智能控制方法，其特征在于包括以下步驟(1)建立具有任務(wù)管理、過程控制及單元控制的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對訂單需求、生產(chǎn)情況、產(chǎn)量、交貨期的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，建立知識(shí)庫，并通過自學(xué)習(xí)方式對知識(shí)庫進(jìn)行更新，指導(dǎo)以后的優(yōu)化調(diào)度策略；(2)開發(fā)WinCC人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)控制功能；(3)利用軋制生產(chǎn)線歷史生產(chǎn)參數(shù)得到系統(tǒng)的黑箱模型，并結(jié)合傳統(tǒng)軋制力模型和彈跳力方程，建立起生產(chǎn)系統(tǒng)混合模型，描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)連續(xù)特性和離散特性，作為連軋過程板形板厚控制算法的基礎(chǔ)；(4)針對熱連軋過程中的多變量耦合，在混合模型的基礎(chǔ)上，開發(fā)了多變量解耦算法，設(shè)計(jì)出解耦補(bǔ)償控制器，實(shí)現(xiàn)板形控制和板厚控制之間的解耦(5)采用人工免疫優(yōu)化算法，對連鑄軋制生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)智能控制方法，其特征在于步驟(1)所 述的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括一、二、三級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， 一級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和二級(jí)網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)通過以太網(wǎng)連接，二級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和三級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)連接； 一級(jí) 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由精軋工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、軋后冷卻工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、帶鋼巻取工業(yè)控 制計(jì)算機(jī)、精整工業(yè)控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成，用于完成帶鋼精軋過程、冷卻過程、巻 取和精整過程的預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的設(shè)定計(jì)算、控制指令的輸出；二級(jí)網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)由CSP過程控制計(jì)算機(jī)、多變量解耦軋機(jī)過程控制計(jì)算機(jī)、冷卻過程控 制計(jì)算機(jī)、WinCC監(jiān)控計(jì)算機(jī)構(gòu)成，用于完成CSP流程控制、多變量解耦模 型的設(shè)定計(jì)算、CSP生產(chǎn)線狀態(tài)的檢測控制；三級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由專家系統(tǒng)免疫優(yōu) 化生產(chǎn)管理調(diào)度計(jì)算機(jī)、生產(chǎn)計(jì)劃制定計(jì)算機(jī)、產(chǎn)品質(zhì)量管理計(jì)算機(jī)構(gòu)成，用 于根據(jù)訂單制定生產(chǎn)計(jì)劃、進(jìn)行生產(chǎn)管理的調(diào)度優(yōu)化和對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行管理。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)智能控制方法，其特征在于步驟(3)所 述的生產(chǎn)系統(tǒng)混合模型由軋制負(fù)荷分配模型、軋制力模型、張力模型、彈跳模 型、溫降模型、驅(qū)動(dòng)電機(jī)模型、壓下裝置模型構(gòu)成，用于完成薄板坯連鑄連軋 生產(chǎn)過程中模型參數(shù)和預(yù)設(shè)控制數(shù)據(jù)的計(jì)算和設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄板坯連鑄連軋計(jì)算機(jī)智能控制方法，包括以下步驟(1)建立具有任務(wù)管理、過程控制及單元控制的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對訂單需求、生產(chǎn)情況、產(chǎn)量、交貨期的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，建立知識(shí)庫，并通過自學(xué)習(xí)方式對知識(shí)庫進(jìn)行更新，指導(dǎo)以后的優(yōu)化調(diào)度策略；(2)開發(fā)WinCC人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)控制功能，保證軋制控制系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控的靈活可靠性；(3)利用軋制生產(chǎn)線歷史生產(chǎn)參數(shù)得到系統(tǒng)的黑箱模型，并結(jié)合傳統(tǒng)軋制力模型和彈跳力方程，建立起生產(chǎn)系統(tǒng)混合模型，描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)連續(xù)特性和離散特性。本發(fā)明先進(jìn)的WinCC人機(jī)交互軟件界面，軋制板坯厚度誤差從±50μm降到了±20μm以下，薄規(guī)格板材比例從30％提高到了61％。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101329575SQ200810028448
公開日2008年12月24日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者馮炳樞, 平 孫, 飛 羅, 許玉格, 趙少華, 陳治明, 東 黃 申請人:華南理工大學(xué)