一种提高热轧新品种新规格带钢卷取温度控制精度的方法
【专利摘要】一种提高热轧新品种新规格带钢卷取温度控制精度的方法，属控制领域。包括现场控制计算机根据下达的生产任务和工艺参数指标，对热轧层流冷却工序的生产设备按照卷取温度控制模型来进行生产运行参数的动态控制，其在热轧层流冷却控制工序中结合带钢钢种、目标厚度、目标卷取温度、轧制速度、带钢冷却模式等关键生产工艺信息，自动判定上道工序的来料在本工序是否属于新品种或者新规格，并通过一序列推定逻辑来自动确定新品种或者新规格在本工序首次生产时的模型参数，以提高本工序首次生产该钢种或该规格带钢的卷取温度控制命中精度和控制合格率，降低首次生产过程中的“废、次、降”率，进而降低产品制造成本。可广泛用于热轧层流冷却工序的控制领域。
【专利说明】一种提高热轧新品种新规格带钢卷取温度控制精度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于控制领域，尤其涉及一种用于热轧带钢生产过程的自动控制方法。
【背景技术】
[0002] 层流冷却是热轧生产过程的一道重要工序，其主要作用是在带钢轧制后通过控制 层流冷却区域喷水阀门动态开启和关闭，将带钢从某一终轧温度冷却到要求的目标卷取温 度。
[0003] 因为卷取温度对带钢的物理性能有很大的影响，因此成品带钢的实际卷取温度必 须控制在一定的目标公差范围内，否则成品带钢可能因此被"判废"或者"降级"使用，导致 产品合格率降低、生产成本增加。
[0004] 为提高带钢卷取温度的控制精度，一般都通过卷取温度控制数学模型来进行生产 过程的动态控制。
[0005] 但是由于层流冷却控制区域往往长达一百余米，且带钢冷却过程的边界条件极为 复杂，整个控制过程大滞后、非线性特征明显，因此实现层冷温度精确控制具有相当大的挑 战性。
[0006] 特别是对于新品种或者新规格的带钢产品，由于是首次生产，带钢的卷取温度控 制模型尚未经历所谓的"自学习自适应"过程，一般都是直接采用缺省参数1. 0来进行模型 计算。
[0007] 所谓"缺省参数"是指控制模型无法按照既定的流程确定合适的控制参数时，为了 保证模型的计算流程能够持续，不造成生产的异常终止而不得已采用的默认值(例如通常 取1.0为默认值)。
[0008] 采用缺省参数计算时，模型计算结果往往存在较大偏差，导致首次生产时带钢的 卷取温度控制偏差较大，废次降率较高，由此增加了生产成本。
[0009] 上述问题在新产线投产初期进行产品品种或规格的拓展，或者是老产线进行新品 种或新规格产品的试制时，体现得尤为突出。
[0010] 由于对于首次生产的新品种或新规格产品，其卷取温度控制数学模型一般只能采 用缺省参数来进行计算，导致首次生产精度命中率普遍较低，一般±30°C精度(实际卷取温 度与目标卷取温度偏差在30°C以内，下同)低于80%，带钢局部甚至整体的卷取温度"超差"， 引起卷取温度类"废、次、降"。因此如何在第一次生产时就能比较准确地确定模型初始控制 参数，而不是直接使用缺省参数，就成为解决问题的关键。
[0011] 故在实际生产过程中，如何设法提高某一新品种或某一新规格的产品在首次生产 时带钢卷取温度的控制精度，始终是一个现场关注的难题。
【发明内容】
[0012] 本发明所要解决的技术问题是提供一种提高热轧新品种新规格带钢卷取温度控 制精度的方法，其在热轧层流冷却控制工序(简称本工序，下同）中结合带钢钢种、目标厚 度、目标卷取温度、乳制速度、带钢冷却模式等关键生产工艺信息，自动判定上道工序的来 料在本工序是否属于新品种或者新规格，即是否属于首次生产，并通过一序列推定逻辑来 自动确定新品种或者新规格在本工序首次生产时的模型参数，以提高本工序首次生产该钢 种或该规格带钢的卷取温度控制合格率、降低废次品率，进而降低产品制造成本。
[0013] 本发明的技术方案是：提供一种提高热轧新品种新规格带钢卷取温度控制精度的 方法，包括现场控制计算机根据上级计算机所下达的生产任务和工艺参数指标，对热轧层 流冷却工序的生产设备按照卷取温度控制模型来进行生产过程的运行参数动态控制，其特 征在于所述的现场控制计算机按照下列步骤来确定最优的近似控制参数：
[0014] A、首先，根据现场控制计算机所接收到的带钢目标厚度、目标卷取温度、乳制速度 的取值范围，在热轧层流冷却工序设立厚度层别、温度层别表和速度层别表，用以计算来料 的层别信息；
[0015] B、根据来料带钢钢种、冷却模式，以及厚度层别、温度层别、速度层别和热轧层流 冷却工序既有的历史生产信息，判定来料带钢在本工序是否属于新品种或者新规格；
[0016] C、对于非新品种、非新规格的情况，现场控制计算机使用模型自学习后的控制参 数进行常规的正常生产运行控制；
[0017] D、对新品种或新规格，现场控制计算机采用以下方式确定其控制参数：
[0018] D1、如果是新钢种，则按钢种匹配规则在历史数据中搜索与本新钢种最接近的钢 种，将搜索出来的最接近的钢种作为后续确定控制参数时需要使用的钢种；如果没有近似 钢种，则本带钢生产时只能使用缺省控制参数，后续步骤全部忽略；如果不是新钢种，则忽 略本步骤，直接将本钢种作为后续确定控制参数时需要使用的钢种；
[0019] D2、根据本带钢的厚度、温度、速度的层别数据，采用离散化邻域作为最佳近似控 制参数的搜索层别范围；
[0020] D3、设立冷却模式离散化邻域矩阵来描述冷却模式的近似性；
[0021] D4、对厚度、温度、速度、冷却模式这四个应变量设立a i、α 2、α 3、α 4四个不同的 权重系数来描述厚度、温度、速度、冷却模式各自对控制参数的影响程度；
[0022] D5、让厚度、温度、速度的层别以及冷却模式在给定的搜索范围内依次按给定顺序 小幅变动，并在历史数据中搜索能精确匹配小幅变动后的层别的历史生产信息；
[0023] D6、对于在邻域范围内搜索到的每一个已生产层别，按设定的权重{ Ql、α2、α3、 α 4}计算与精确匹配点{x :厚度等级，y :温度等级，ζ :速度等级，w :冷却模式}在多维空间 上的加权物理距离；
[0024] D7、重复上述D5、D6步骤，最后得到一个物理距离的集合；
[0025] D8、在上述计算出来的加权物理距离集合中，寻找最小的距离值，如果最小值出现 两次或两次以上，则取第一个最小值，其对应的层别在最后一次生产时所使用的控制参数， 即为针对该新品种或新规格带钢的最优的近似控制参数；
[0026] D9、如果上述集合为空，则针对该新品种或新规格带钢进行生产时，只能使用缺省 控制参数进行生产过程的工艺控制。
[0027] 具体的，所述步骤A中厚度层别、温度层别、速度层别都是根据对应的层别表来确 定具体的层别值，而层别表则由一序列边界值组成，描述了各类层别具体的划分规则。
[0028] 所述步骤B中对是否属于新品种或新规格的判断方法是：如果在已生产带钢的历 史数据中该钢种没有，则判定本带钢是新品种首次轧制；如果历史数据中有该钢种，但是在 该钢种已生产带钢历史数据中，即将生产的带钢对应的厚度层别、温度层别、速度层别、冷 却模式这四项中任意一项没有，则判定为已有钢种的新规格。
[0029] 所述步骤D中确定与本新钢种最接近的钢种的方法为：将钢种标志视为字符串， 在系统历史数据中搜索与新钢种从左至右在相同位置上字符相同的匹配数最多的钢种。
[0030] 所述步骤D中确定新品种或新规格控制参数的方法如下：
[0031] 5-1、建立卷取温度模型控制参数h与决定因子钢种s、厚度层别X、温度层别y、速 度层别z和冷却模式w之间的对应关系：
[0032] 通过一个5维坐标（s，X，y，Z，w)来唯一确定一个参数序列h ;借鉴多元函数的近 似求解方法，在确定s后，在（X，y，Z，w)的一个4维离散化邻域内来求取h的近似值@ :
[0033]
【权利要求】
1. 一种提高热轧新品种新规格带钢卷取温度控制精度的方法，包括现场控制计算机根 据上级计算机所下达的生产任务和工艺参数指标，对热轧层流冷却工序的生产设备按照卷 取温度控制模型来进行生产过程的运行参数动态控制，其特征在于所述的现场控制计算机 按照下列步骤来确定最优的近似控制参数： A、 首先，根据现场控制计算机所接收到的带钢目标厚度、目标卷取温度、乳制速度的取 值范围，在热轧层流冷却工序设立厚度层别、温度层别表和速度层别表，用以计算来料的层 别息； B、 根据来料带钢钢种、冷却模式，以及厚度层别、温度层别、速度层别和热轧层流冷却 工序既有的历史生产信息，判定来料带钢在本工序是否属于新品种或者新规格； C、 对于非新品种、非新规格的情况，现场控制计算机使用模型自学习后的控制参数进 行常规的正常生产运行控制； D、 对新品种或新规格，现场控制计算机采用以下方式确定其控制参数： D1、如果是新钢种，则按钢种匹配规则在历史数据中搜索与本新钢种最接近的钢种，将 搜索出来的最接近的钢种作为后续确定控制参数时需要使用的钢种；如果没有近似钢种， 则本带钢生产时只能使用缺省控制参数，后续步骤全部忽略；如果不是新钢种，则忽略本步 骤，直接将本钢种作为后续确定控制参数时需要使用的钢种； D2、根据本带钢的厚度、温度、速度的层别数据，采用离散化邻域作为最佳近似控制参 数的搜索层别范围； D3、设立冷却模式离散化邻域矩阵来描述冷却模式的近似性； D4、对厚度、温度、速度、冷却模式这四个应变量设立a r a 2、a 3、Ci4四个不同的权重 系数来描述厚度、温度、速度、冷却模式各自对控制参数的影响程度； D5、让厚度、温度、速度的层别以及冷却模式在给定的搜索范围内依次按给定顺序小幅 变动，并在历史数据中搜索能精确匹配小幅变动后的层别的历史生产信息； D6、对于在邻域范围内搜索到的每一个已生产层别，按设定的权重{〇1、a2、a3、a 4} 计算与精确匹配点{x :厚度等级，y :温度等级，z :速度等级，w :冷却模式}在多维空间上的 加权物理距离； D7、重复上述D5、D6步骤，最后得到一个物理距离的集合； D8、在上述计算出来的加权物理距离集合中，寻找最小的距离值，如果最小值出现两次 或两次以上，则取第一个最小值，其对应的层别在最后一次生产时所使用的控制参数，即为 针对该新品种或新规格带钢的最优的近似控制参数； D9、如果上述集合为空，则针对该新品种或新规格带钢进行生产时，只能使用缺省控制 参数进行生产过程的工艺控制。
2. 按照权利要求1所述的提高热轧新品种新规格带钢卷取温度控制精度的方法，其特 征在于所述步骤A中厚度层别、温度层别、速度层别都是根据对应的层别表来确定具体的 层别值，而层别表则由一序列边界值组成，描述了各类层别具体的划分规则。
3. 按照权利要求1所述的提高热轧新品种新规格带钢卷取温度控制精度的方法，其特 征在于所述步骤B中对是否属于新品种或新规格的判断方法是：如果在已生产带钢的历史 数据中该钢种没有，则判定本带钢是新品种首次轧制；如果历史数据中有该钢种，但是在该 钢种已生产带钢历史数据中，即将生产的带钢对应的厚度层别、温度层别、速度层别、冷却 模式这四项中任意一项没有，则判定为已有钢种的新规格。
4. 按照权利要求1所述的提高热轧新品种新规格带钢卷取温度控制精度的方法，其特 征在于所述步骤D中确定与本新钢种最接近的钢种的方法为：将钢种标志视为字符串，在 系统历史数据中搜索与新钢种从左至右在相同位置上字符相同的匹配数最多的钢种。
5. 按照权利要求1所述的提高热轧新品种新规格带钢卷取温度控制精度的方法，其特 征在于所述步骤D中确定新品种或新规格控制参数的方法如下： 5-1、建立卷取温度模型控制参数h与决定因子钢种s、厚度层别X、温度层别y、速度层 别z和冷却模式w之间的对应关系： 通过一个5维坐标（s，X，y，z，w)来唯一确定一个参数序列h ;借鉴多元函数的近似求 解方法，在确定s后，在（X，y，z，w)的一个4维离散化邻域内来求取h的近似值* : /? = 丨/"_r ± ± ± Ar, m，± Am，）丨，其中S代表在邻域内最优值的筛选 规则； 5-2、按照下列方式确定离散化邻域的定义： 5-2-1、厚度层别X离散化邻域定义： {x± Ax} = {x~2, x-1, x, x+1, x+2}, 即厚度层别在包括自身在内的前后共5个层别内移动变化； 5-2-2、温度层别y离散化邻域定义： {y± Ay} = {y-3, y-2, y-1, y, y+1, y+2, y+3}, 即温度层别在包括自身在内的前后共7个层别内移动变化； 5-2-3、速度层别z离散化邻域定义： {z + A z} = {z-3, z-2, z-1, z, z+1, z+2, z+3}, 即速度层别在包括自身在内的前后共7个层别内移动变化； 5-2-4、冷却模式w离散化定义： 通过定义一个映射矩阵，来表示邻近的冷却模式及其优先顺序； 5-3、邻域内最优值的选取规则：
其中：S为最小加权距离值； a p a 2、a 3、a 4为各项权重或"权重系数，且满足： a j+ a 2+ a 3+ a 4 = I.....................................................(2) 其中，设立权重CM、a2、a 3、a4的目的在于可以表示出厚度、温度、速度、冷却模式 的变化对控制参数的影响程度，其根据预先制定的权重表可以查得；Ax为厚度层别偏差， Ay为温度层别偏差，Az为速度层别偏差,而Aw为冷却模式偏差；S为最小的加权偏差 值；即选取与精确匹配点{x，y，z，w}在物理位置上按权重{ a a 2、a 3、a 4}计算出距离 最小的点作为{x，y，z，w}的最佳近似匹配点，其对应的控制参数序列即为本钢种的最优近 似参数。
6. 按照权利要求1所述的提高热轧新品种新规格带钢卷取温度控制精度的方法，其特 征在于所述提高热轧新品种新规格带钢卷取温度控制精度的方法，对热轧层流冷却工序新 品种、新规格带钢进行自动识别，并结合产线既有的生产实绩，对新品种或新规格带钢首次 生产时的模型参数进行自动推定，提高首次生产时带钢卷取温度控制的命中精度，降低首 次生产的"废、次、降"率。
7.按照权利要求2所述的提高热轧新品种新规格带钢卷取温度控制精度的方法，其特 征在于所述的现场控制计算机首先在系统中设立具体的厚度层别表、温度差别表、速度层 别表、冷却模式邻域矩阵表以及各因子权重表，在设置好这些表格数据后，再进行新品种、 新规格带钢生产过程的卷取温度运行参数动态控制过程。
【文档编号】B21B37/74GK104338758SQ201310330381
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】张智勇 申请人:宝山钢铁股份有限公司