一種鍍鋅生產(chǎn)線鍍層厚度前饋優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)過程優(yōu)化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及冷社連續(xù)鍛鋒過程氣刀距離及 氣刀壓力的前饋優(yōu)化自動控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 鍛鋒:運(yùn)里指熱鍛鋒，也叫熱浸鋒和熱浸鍛鋒，是一種有效的金屬防腐方式，主要 用于各行業(yè)的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)施上。熱鍛鋒是將除誘并經(jīng)退火工藝后的鋼件浸入融化的鋒液 中，使鋼構(gòu)件表面附著鋒層，從而起到防腐的目的。
[0003] "小氣刀、小氣壓"原則：熱浸鍛鋒生產(chǎn)過程中，氣刀距離過大，容易造成氣刀噴出 的氣體嚴(yán)重散射，從而影響鍛層表面橫向上的均勻性，而氣刀距離不變時，氣刀壓力越大， 散射程度也相應(yīng)加劇，相反，當(dāng)氣刀距離和氣刀壓力的值都較小時，噴射氣體散射程度小， 對鍛層表面橫向均勻性的影響也小，運(yùn)就是控制鍛層表面橫向均勻性的"小氣刀、小氣壓" 原則。
[0004] 鍛鋒產(chǎn)品因其良好的耐腐蝕性能被廣泛應(yīng)用于建筑、家電、汽車等行業(yè)，衡量鍛鋒 產(chǎn)品質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)包括鍛層厚度和鍛層均勻性，即鍛鋒產(chǎn)品的鍛層厚度不但要滿足 技術(shù)規(guī)格要求，且要保證鍛層表面平整。鍛鋒過程主要的工藝參數(shù)包括帶鋼速度、氣刀高 度、氣刀距離和氣刀壓力，其中氣刀高度由帶鋼速度決定，通常情況下，帶鋼表面所鍛鋒為 液態(tài)，氣刀高度不會對鋒厚產(chǎn)生影響，對刀高的調(diào)整是為了防止帶速過高、刀壓過大的情況 下鋒液飛瓣導(dǎo)致噴嘴堵塞。影響鍛層厚度與表面均勻性的主要因素是帶鋼速度、氣刀距離 和氣刀壓力。帶鋼速度受退火爐生產(chǎn)能力、帶鋼厚度及加熱制度的影響，無法獨(dú)立調(diào)節(jié)，作 為可測而不可控的變量。因此，通常生產(chǎn)中采用對鍛層厚度及均勻度影響最為直接的氣刀 距離和氣刀壓力對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。
[000引鍛鋒是一個典型的時變大滯后、非線性、強(qiáng)擾動的生產(chǎn)過程。由于缺乏有效克服上 述難點(diǎn)的控制技術(shù)手段，鍛層變規(guī)格或帶鋼速度發(fā)生較大變化時，鍛層厚度和鍛層均勻性 控制一直是困擾鍛鋒生產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)提高的難題，目前國內(nèi)大部分鋼鐵企業(yè)主要依賴于操作 工的經(jīng)驗(yàn)采用人工手動操作結(jié)合底層回路PID的方式進(jìn)行控制，其控制精度低、產(chǎn)品規(guī)格變 化過渡時間長、鋒耗量大，質(zhì)量波動大，甚至不能保證鍛層厚度和鍛層表面均勻性的滿足產(chǎn) 品質(zhì)量指標(biāo)要求，時常會出現(xiàn)等外品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提出了一種鍛鋒生產(chǎn)線鍛層前饋優(yōu)化控制方法，能夠快速應(yīng)對鍛層厚度切 換或帶鋼速度變化時，迅速做出氣刀高度、氣刀距離、氣刀壓力等控制變量的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)鍛 層厚度切換或速度大跳變的快速跟蹤，提高鍛層厚度的控制精度，提高鍛層表面質(zhì)量的均 勻性，降低鍛鋒產(chǎn)品的質(zhì)量波動，減少不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種鍛鋒生產(chǎn)線鍛層前饋優(yōu)化控制方法，在 其每個控制周期內(nèi)，系統(tǒng)運(yùn)行步驟包括：
[0008] SlOl.根據(jù)標(biāo)志位的值判斷上一個控制周期系統(tǒng)是否處于前饋控制狀態(tài)，如果標(biāo) 志位為false,則上一個控制周期為反饋控制狀態(tài)，進(jìn)入S102;否則上一個控制周期為前饋 控制狀態(tài)，進(jìn)入S113;
[0009] S102.查詢二級機(jī)，檢測下一卷鋼卷厚度信息，判斷當(dāng)前鋼卷與下一卷鋼卷鍛層厚 度信息是否一致，如果一致，則進(jìn)入S103，否則進(jìn)入S109;
[0010] S103.從一級機(jī)讀取當(dāng)前鋼卷的速度S(t)，若速度出現(xiàn)大跳變，則進(jìn)入S104;否則 結(jié)束本控制周期前饋控制計算；
[0011] S104.從一級機(jī)讀取當(dāng)前鋼卷鍛層厚度設(shè)定值Rcw(t)，結(jié)合當(dāng)前鋼卷的速度S(t)， 采用鍛層厚度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型和多目標(biāo)尋優(yōu)算法計算得到氣刀距離前饋控制量化fc(t)， 氣刀壓力前饋控制量Pff。(t);得到最優(yōu)的刀距前饋控制量和最優(yōu)的氣刀壓力前饋控制量， 然后進(jìn)入S105;
[001引S105.將標(biāo)志位置為true，t時刻前饋控制作用點(diǎn)經(jīng)過氣刀后的距離計算值L_calc 置零，進(jìn)入S107;
[0013] S106.W帶鋼速度S(t)為檢索項，從氣刀高度前饋設(shè)定表查詢氣刀高度前饋設(shè)定 值曲fc(t)，進(jìn)入S107;
[0014] S107.根據(jù)氣刀距離分配算法，計算前后氣刀距離設(shè)定值Dffc_back(t)和Dffc_ front(t)；
[0015] S108.下達(dá)氣刀高度前饋控制量出fc(t)，氣刀距離前饋控制量化fc(t)，氣刀壓力前 饋控制量PffEW?PLC控制系統(tǒng)，本次控制周期計算結(jié)束；
[0016] S109.從一級機(jī)讀取下一卷鋼卷鍛層厚度設(shè)定值Rcw_next，結(jié)合當(dāng)前鋼卷的速度S (t)，采用多目標(biāo)尋優(yōu)算法計算得到氣刀距離前饋控制量Dffe(t)，氣刀壓力前饋控制量Pffc (t)，然后進(jìn)入S110;
[0017] S110.從一級機(jī)讀取當(dāng)前卷鋼的速度，從二級機(jī)讀取下卷鋼的鍛層厚度設(shè)定值，若 鍛層厚度控制目標(biāo)增加，則進(jìn)入S111;若鍛層厚度目標(biāo)減少，則進(jìn)入S112;
[0018] S111.從一級機(jī)實(shí)時讀取焊縫與氣刀位置的距離信息L(t)，計算AP = Pffe(t)-P (t)，根據(jù)ΔΡ的值查表確定鍛層設(shè)定值預(yù)設(shè)定的距離裕量1^_36*，若滿足L(t)<L_set，則進(jìn) 入S105，否則，結(jié)束本次控制周期前饋控制計算；
[0019] S112.從一級機(jī)實(shí)時讀取焊縫與氣刀位置的距離信息L(t)，當(dāng)L(t) = 0時，進(jìn)入 S105，否則，結(jié)束本次控制周期前饋控制計算；
[0020] S113.根據(jù)帶鋼速度及氣刀、測厚儀的距離L及采用周期T，判斷前饋?zhàn)饔命c(diǎn)是否已 經(jīng)達(dá)到測厚儀，若到達(dá)測厚儀，則進(jìn)入S114;若沒有到達(dá)測厚儀，則進(jìn)入S115;
[0021 ] S114.將標(biāo)志位標(biāo)志位置為化Ise，進(jìn)入反饋控制計算；
[0022] S115.若速度有大跳變，則進(jìn)入S116;否則，結(jié)束本控制周期前饋控制計算；
[0023] S116.從一級機(jī)讀取當(dāng)前鋼卷鍛層厚度設(shè)定值Rcw(t)，結(jié)合當(dāng)前鋼卷的速度S(t)， 采用多目標(biāo)尋優(yōu)算法計算得到氣刀距離前饋控制量Dffe(t)，氣刀壓力前饋控制量Pffe(t)， 然后進(jìn)入S106。
[0024] 進(jìn)一步地，在步驟S104中，進(jìn)行鍛層厚度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測時，W帶鋼速度、氣刀距離、 氣刀壓力為輸入，鍛層厚度為輸出建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，該模型基于鍛鋒過程的歷史 數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，在線根據(jù)當(dāng)前帶鋼速度、氣刀距離、氣刀壓力的采樣值對鍛層厚度做出預(yù) 測。
[0025] 進(jìn)一步地，在步驟S104中，進(jìn)行多目標(biāo)尋優(yōu)算法時，W鍛層厚度與設(shè)定值之間的偏 差為輸入，氣刀距離和氣刀壓力為輸出，采用鍛層厚度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模塊確保鍛層厚度的 控制精度，同時根據(jù)"小刀距、小氣壓"原則確保鍛層表面橫向均勻性，不斷迭代捜索當(dāng)前帶 鋼速度下最優(yōu)氣刀距離和氣刀壓力設(shè)定。
[0026] 進(jìn)一步地，在步驟S106中，所述氣刀高度前饋設(shè)定表根據(jù)鋒液不發(fā)生飛瓣及最小 化鋒液空中散熱時間的原則制定。
[0027] 進(jìn)一步地，在步驟S107中，所述氣刀距離分配算法根據(jù)氣刀距離變化、帶鋼厚度變 化計算前后氣刀距離，所述氣刀距離分配模塊只在換卷時才工作，首先需要實(shí)時檢測焊縫 點(diǎn)信息，當(dāng)氣刀過焊縫點(diǎn)時，判斷是否進(jìn)行前后氣刀距離分配:未換規(guī)格時，只需在現(xiàn)有氣 刀距離基礎(chǔ)上，平均分配氣刀距離變化量;換規(guī)格時，首先考慮帶鋼厚度變化補(bǔ)償，帶鋼厚 度發(fā)生變化時，后氣刀相應(yīng)補(bǔ)償厚度變化，然后，總的氣刀距離變化量減去補(bǔ)償量之后，平 均分配氣刀距離變化量。
[0028] 進(jìn)一步地，在步驟S110中，當(dāng)鍛層厚度從小變大，當(dāng)焊縫點(diǎn)經(jīng)過設(shè)定位置時，對氣 刀高度、氣刀距離、氣刀壓力需相應(yīng)地做出調(diào)整，即開始提前將下一卷鋼卷的鍛層厚度設(shè)定 值作為當(dāng)前卷尾的鍛層厚度控制目標(biāo)；當(dāng)鍛層厚度從大變小時，則過焊縫點(diǎn)再進(jìn)行對氣刀 高度、氣刀距離和氣刀壓力作出相應(yīng)調(diào)整。
[0029] 進(jìn)一步地，在步驟S103中，若滿足|S(t)-S(t-l) I >Se則進(jìn)入S104;若不滿足，則結(jié) 束本控制周期前饋控制計算；
[0030] 在步驟S115中，若滿足|S(t)-S(t-l) I >Se則進(jìn)入S116;若不滿足，則結(jié)束本控制 周期前饋控制計算。
[0031 ]進(jìn)一步地，在步驟S104中，所述多目標(biāo)尋優(yōu)算法的計算過程如下：
[0032] 目標(biāo)函數(shù):鍛層重量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測值與t時刻前饋控制器的鍛層厚度設(shè)定值的差 的絕對值minlCWp-Rcw(t) I，t時刻氣刀壓力前饋設(shè)定值的最小值min PffG(t)，t時刻氣刀距 離前饋設(shè)定值的最小值min Dffc(t)
[0033] 決策變量：Pffc(t)，Dffc(t)
[0034] 約束條件：
[003引 Dffc(t) E [D min,D max] (2)
[0036] Pffc(t) E [P min'P max] (3)
[0037] NNp(Dffc(t),S(t),Pff