一種連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)過程工藝參數(shù)設(shè)定與在線優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋼鐵企業(yè)連續(xù)退火機(jī)組的自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種連續(xù)退火 機(jī)組生產(chǎn)過程工藝參數(shù)設(shè)定與在線優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在鋼鐵企業(yè)冷軋廠連續(xù)退火機(jī)組的實(shí)際生產(chǎn)過程中，帶鋼的硬度是評(píng)價(jià)帶鋼產(chǎn)品 質(zhì)量的重要指標(biāo)。而且，對(duì)連續(xù)退火機(jī)組的相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行控制，以保證帶鋼產(chǎn)品硬度在 合同規(guī)定的范圍內(nèi)，同時(shí)兼顧節(jié)能降耗和機(jī)組產(chǎn)能提高，一直是冷軋廠連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn) 過程控制的首要任務(wù)。然而，由于連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)線較長(zhǎng)，包含多個(gè)生產(chǎn)階段，而每個(gè)生 產(chǎn)階段又涉及多個(gè)與帶鋼產(chǎn)品硬度相關(guān)的工藝參數(shù)，使得整個(gè)連續(xù)退火機(jī)組需要進(jìn)行相關(guān) 控制的工藝參數(shù)元素多達(dá)30余項(xiàng)；另外，在各個(gè)生產(chǎn)階段的處理過程中都會(huì)發(fā)生復(fù)雜的熱 交換和帶鋼內(nèi)部的金屬相變過程，同時(shí)，各生產(chǎn)階段之間又存在耦合關(guān)系。當(dāng)前的連續(xù)退 火機(jī)組實(shí)際生產(chǎn)過程中主要依靠現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)對(duì)連續(xù)退火機(jī)組的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè) 定和優(yōu)化，但是，由于連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)過程的復(fù)雜性，人工方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)退火機(jī)組 生產(chǎn)工藝的優(yōu)化控制，經(jīng)常出現(xiàn)帶鋼質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、能源消耗大、機(jī)組產(chǎn)能無法充分發(fā)揮等問 題。然而，當(dāng)前多集中于對(duì)連續(xù)退火機(jī)組某一生產(chǎn)階段控制方法的研宄，而沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)整條 連續(xù)退火機(jī)組工藝參數(shù)的優(yōu)化與控制，更沒有在對(duì)整條連續(xù)退火機(jī)組工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化與 控制的同時(shí)兼顧機(jī)組能源消耗的優(yōu)化和機(jī)組產(chǎn)能的優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)過程工藝參數(shù)設(shè)定 與在線優(yōu)化方法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0005] 一種連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)過程工藝參數(shù)設(shè)定與在線優(yōu)化方法，包括連續(xù)退火機(jī)組生 產(chǎn)工藝參數(shù)靜態(tài)優(yōu)化階段和連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)在線動(dòng)態(tài)優(yōu)化階段；
[0006] 所述連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)靜態(tài)優(yōu)化階段，為對(duì)連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù) 進(jìn)行靜態(tài)優(yōu)化進(jìn)而確定其最優(yōu)設(shè)定值的過程；其中每一個(gè)所述的連續(xù)退火機(jī)組工藝參數(shù)均 由以下27項(xiàng)工藝參數(shù)元素組成：中央段速度、加熱爐（HF)1區(qū)爐溫、加熱爐（HF) 2區(qū)爐溫、 加熱爐（HF) 3區(qū)爐溫、加熱爐（HF) 4區(qū)爐溫、加熱爐（HF) 5區(qū)爐溫、均熱爐（SF) 1區(qū)爐溫、均 熱爐（SF)2區(qū)爐溫、均熱爐（SF)1區(qū)爐溫、緩冷爐（SCF)2區(qū)爐溫、1#冷爐（1C)1區(qū)爐溫、1# 冷爐（1C) 2區(qū)爐溫、1#冷爐（1C) 3區(qū)爐溫、1#過時(shí)效爐（10A) 1區(qū)爐溫、1#過時(shí)效爐（10A) 2 區(qū)爐溫、2#過時(shí)效爐（20A) 1-1區(qū)爐溫、2#過時(shí)效爐（20A) 1-2區(qū)爐溫、2#過時(shí)效爐（20A) 2-1 區(qū)爐溫、2#過時(shí)效爐（20A) 2-2區(qū)爐溫、2#冷卻爐（2C)爐爐溫、水淬爐（WQ)1區(qū)水溫、平整 機(jī)（TM)延伸率、平整機(jī)（TM)入□帶鋼張力、平整機(jī)（TM)中間帶鋼張力、平整機(jī)（TM)出口 帶鋼張力、平整機(jī)（TM)中1#機(jī)架軋制力和平整機(jī)（TM)中2#機(jī)架軋制力；
[0007] 所述靜態(tài)是指理想情況下不發(fā)生任何擾動(dòng)的連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)過程；
[0008] 所述連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)在線動(dòng)態(tài)優(yōu)化階段，為在連續(xù)退火機(jī)組實(shí)際生產(chǎn) 過程中在線對(duì)連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化的過程；
[0009] 所述連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)靜態(tài)優(yōu)化階段，包括如下步驟：
[0010] 步驟100:針對(duì)每一種調(diào)質(zhì)度帶鋼，從企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)中采集最近m時(shí)間段內(nèi)的連續(xù)退 火機(jī)組生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，所述連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)包括每卷帶鋼的連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn) 狀態(tài)數(shù)據(jù)和相應(yīng)的帶鋼信息數(shù)據(jù)；所述每卷帶鋼的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)包括中央段速度、加熱爐 (HF)內(nèi)各分區(qū)溫度平均值、均熱爐（SF)內(nèi)各分區(qū)溫度平均值、緩冷爐（SCF)內(nèi)各分區(qū)溫度 平均值、1#冷爐（1C)內(nèi)各分區(qū)溫度平均值、1#過時(shí)效爐（10A)內(nèi)各分區(qū)溫度平均值、2#過 時(shí)效爐（20A)內(nèi)各分區(qū)溫度平均值、2#冷卻爐（2C)內(nèi)溫度平均值、1#冷爐（1C)內(nèi)冷卻氣 體平均值、2#冷卻爐（2C)內(nèi)冷卻氣體平均值，以及分別在加熱爐（HF)、均熱爐（SF)、緩冷 爐（SCF)、1#冷爐（1C)、1#過時(shí)效爐（10A)、2#過時(shí)效爐（20A)和2#冷卻爐（2C)出口處的 平均溫度；所述帶鋼信息數(shù)據(jù)包括入口厚度、入口寬度、碳含量、硫含量、磷含量、錳含量、氮 含量、硅含量、總鋁含量、出爐溫度、平均卷曲溫度、平均精軋溫度、平均終軋溫度和連續(xù)酸 洗 -乳制延伸率；
[0011] 步驟200:針對(duì)每一種調(diào)質(zhì)度帶鋼，根據(jù)步驟100采集的連續(xù)退火機(jī)組歷史生產(chǎn) 過程數(shù)據(jù)，使用最小二乘方法建立連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)過程模型并將所建立的連續(xù)退火機(jī)組 生產(chǎn)過程模型存儲(chǔ)于連續(xù)退火生產(chǎn)過程模型庫(kù)中；所述連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)過程模型包括帶 鋼出口溫度線性模型和帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)報(bào)模型；所述帶鋼出口溫度線性模型包括帶鋼分別 在加熱爐（HF)、均熱爐（SF)、緩冷爐（SCF)、1#冷爐（1C)、1#過時(shí)效爐（10A)、2#過時(shí)效爐 (20A)和2#冷卻爐（2C)出口處平均溫度的線性模型；
[0012] 步驟300 :根據(jù)待生產(chǎn)帶鋼的調(diào)質(zhì)度，從連續(xù)退火生產(chǎn)過程模型庫(kù)中選取該種調(diào) 制度帶鋼的帶鋼出口溫度線性模型和帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)報(bào)模型，以及從企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取相 應(yīng)的連續(xù)退火機(jī)組的工藝約束條件；
[0013] 步驟400 :使用連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)靜態(tài)優(yōu)化方法確定靜態(tài)情況下的連續(xù) 退火機(jī)組工藝參數(shù)最優(yōu)值并下發(fā)到連續(xù)退火機(jī)組的過程控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定。所述連續(xù)退火 機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)靜態(tài)優(yōu)化方法，包括以下步驟：
[0014] 步驟401 :在組成連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)的各項(xiàng)工藝參數(shù)元素取值范圍內(nèi)， 隨機(jī)產(chǎn)生n個(gè)初始連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)，形成初始的連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)候 選集合C= {Pj，i= 1，2,…，n，Pi表示第i個(gè)連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)；
[0015] 步驟402 :根據(jù)連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，從初始的連續(xù)退火機(jī)組生 產(chǎn)工藝參數(shù)候選集合C中找出最優(yōu)連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)，并將該最優(yōu)連續(xù)退火機(jī)組 生產(chǎn)工藝參數(shù)存儲(chǔ)到最優(yōu)連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)集合E中；所述連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工 藝參數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)包括以下4個(gè)：帶鋼質(zhì)量、能源消耗、機(jī)組生產(chǎn)效率、退火工藝規(guī)程執(zhí)行度； 包括如下步驟
[0016] 步驟402. 1 :針對(duì)集合C中的每個(gè)連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)計(jì)算其各自的連續(xù) 退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)值；包括：
[0017] 1.帶鋼質(zhì)量的計(jì)算：使用相應(yīng)的連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)過程模型計(jì)算出相應(yīng)的帶鋼 硬度預(yù)報(bào)值，并利用該帶鋼硬度預(yù)報(bào)值與當(dāng)前的帶鋼硬度目標(biāo)值之間的偏差的絕對(duì)值作為 帶鋼質(zhì)量的量度，偏差的絕對(duì)值越小，則帶鋼質(zhì)量越好；
[0018] 2.能源消耗的計(jì)算：計(jì)算加熱爐（HF)各區(qū)的溫度設(shè)定值的平均值，作為能源消耗 量的量度，加熱爐（HF)各區(qū)的溫度設(shè)定值的平均值越大，則能源消耗量越大；
[0019] 3.機(jī)組生產(chǎn)效率的計(jì)算：根據(jù)中央段速度計(jì)算機(jī)組生產(chǎn)效率；
[0020] 4.退火工藝規(guī)程執(zhí)行度的計(jì)算：計(jì)算帶鋼分別在加熱爐（HF)、均熱爐（SF)、緩冷 爐（SCF)、1#冷爐（1C)、1#過時(shí)效爐（10A)、2#過時(shí)效爐（20A)和2#冷卻爐（2C)出口處的 帶鋼平均溫度與帶鋼目標(biāo)溫度之間的偏差，并對(duì)所有偏差求和得到總偏差作為退火工藝曲 線總偏差的量度；退火曲線總偏差為退火工藝規(guī)程執(zhí)行度的量度，退火工藝曲線總偏差越 小，則退火工藝規(guī)程執(zhí)行度越高；
[0021] 步驟402.2:根據(jù)步驟402.1計(jì)算出的各連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo) 值以及連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)劣判斷規(guī)則，從初始的連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù) 候選集合C中找出最優(yōu)連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)，并將該最優(yōu)連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參 數(shù)存儲(chǔ)到最優(yōu)連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)集合E中；所述連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu) 劣判斷規(guī)則為：
[0022] 針對(duì)第i個(gè)連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)Pi和第j個(gè)連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù) Pj兩個(gè)不同的連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)，按以下連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)劣判斷 規(guī)則評(píng)價(jià)其各自的優(yōu)劣：
[0023] 1)如果針對(duì)Pi計(jì)算出的4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值均優(yōu)于針對(duì)Pj計(jì)算出的4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值， 或者，分別針對(duì)Pi和針對(duì)h計(jì)算出的評(píng)價(jià)指標(biāo)中，其中至少有一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)Pi是優(yōu)于h的， 同時(shí)對(duì)于其它評(píng)價(jià)指標(biāo)兩者是相等的，則認(rèn)為Pi優(yōu)于也即匕劣于Pi;
[0024] 2)如果針對(duì)算出的4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中既有優(yōu)于匕的，也有劣于匕的，即無法評(píng) 價(jià)PJP