CN104073620A - 一种立式连续退火炉快冷风门控制装置与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立式连续退火炉快冷风门控制装置及方法，该装置主要包括有快冷炉膛、换热器、快冷风箱、立式连续退火炉PLC控制***以及由PLC控制***所控制的快冷风机、带钢外侧百叶风门、带钢内侧百叶风门、多通道板温计等。多通道板温计用于检测沿带钢宽度方向上测点的带钢温度，PLC控制***依据带钢中部温度和带钢边部温度计算温度偏差检测值，温度偏差设定值和温度偏差检测值之差在温差控制器中做PID运算后，依据温差控制器的输出和快冷段运行炉段的数量，查开度设定表设定各快冷百叶风门的开度。本发明利用多通道板温计检测沿带钢宽度方向上多个测点的带钢温度，实现快冷百叶风门的实时闭环控制，可有效消除沿带钢宽度方向上的冷却速度不一致。

Description

一种立式连续退火炉快冷风门控制装置与控制方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种立式连续退火炉快冷风门控制装置与控制方法。

背景技术

带钢在立式连续退火炉的快冷段通过保护气氛带走热量被快速冷却，以固定带钢内部的晶体结构。附图1为一个典型的立式连续退火炉快冷段工艺***构成断面图，工作情况如下：氮氢保护气氛由快冷风机41、42从快冷炉膛2抽出后，经由水冷换热器31、32冷却后，经由快冷风箱51、52重新吹入快冷炉膛2内，冷却带钢1。由于保护气氛在带钢边部的流速快，在带钢中部的流速慢，如果对保护气氛的流量不做任何限制或调整，将导致带钢边部冷却速度快、而带钢中部冷却速度慢，即沿带钢宽度方向上冷却速度不一致，这是带钢退火工艺所不允许的。为了使带钢在整个宽度方向上冷却速度基本一致，快冷风箱51、52沿纵向被分为了五段：中间一段、左右两个边部各两段，其中位于边部的四段风道上设置有百叶窗式风门，可以通过执行机构控制边部风门开度，从而调整喷吹到带钢边部的保护气氛流量。执行机构可操作边部风门动作至四个位置：全开、2/3开启、1/3开启、全关，依次对应100％、66％、33％、0％的开度设定值。

现有的立式连退炉快冷风门控制一般通过操作工人工设定方式或二级计算机设定方式控制其开度。前一种方式主要依靠操作工的个人经验，谈不上精确控制；后一种方式主要通过在二级计算机中依据传热学数学模型进行复杂的带钢温度模拟计算，控制的实时性较差，且价格昂贵。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种立式连续退火炉快冷风门控制装置和控制方法，能实现对快冷段百叶风门开度的实时闭环控制，使沿带钢宽度方向上的冷却速度，即带钢温度基本一致。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种立式连续退火炉快冷风门控制装置，其包括有：快冷炉膛、与快冷炉膛连接的传动侧换热器和操作侧换热器、用于将快冷风机冷却风导入快冷炉膛的传动侧快冷风箱和操作侧快冷风箱、立式连续退火炉PLC控制***，所述PLC控制***分别与传动侧快冷风机、操作侧快冷风机、带钢外侧百叶风门、带钢内侧百叶风门和多通道板温计连接。

所述多通道板温计用于检测沿带钢宽度方向上的左边部、左中部、中部、右中部、右边部5个测点的带钢温度。

一种立式连续退火炉快冷风门控制方法，包括以下步骤：

1)由立式连续退火炉PLC控制***根据多通道板温计的工作状态、带钢中部温度的检测值、带钢边部温度的检测值，计算带钢中部温度和带钢边部平均温度偏差的检测值；

2)由温度偏差设定值与由步骤1)中计算出的温度偏差检测值计算温度偏差的偏差；

3)将温度偏差的偏差在温差控制器中做PID比例积分微分运算后，并限幅在0％～100％后得到温差控制器的输出值LMN；

4)根据温差控制器的输出值LMN，以及退火炉中运行的快冷炉段的数量，查找开度设定表，确定各快冷炉段的百叶风门的开度设定值，PLC控制***通过执行机构电磁阀的动作控制各百叶风门的开度。

5)按设定采样周期重复步骤1)～步骤4)，进行带钢百叶风门的连续闭环控制。

按上述方案，所述步骤1)中计算带钢中部温度和带钢边部平均温度偏差的检测值可按如下方法计算：

对于控制外侧百叶风门，温度偏差的检测值可按下式计算：

式中ΔT_PV_Out为带钢中部温度和带钢外边部温度的偏差检测值，RT_C为板温计检测的带钢中部温度，RT_A为板温计检测的带钢左边部温度，RT_E为板温计检测的带钢右边部温度。

对于控制内侧百叶风门，温度偏差的检测值可按下式计算：

式中ΔT_PV_In为带钢中部温度和带钢内边部温度的偏差检测值，RT_C为板温计检测的带钢中部温度，RT_B为板温计检测的带钢左中部温度，RT_D为板温计检测的带钢右中部温度。

按上述方案，所述步骤2)中由温度偏差设定值和由步骤1)中计算出的温度偏差检测值计算温度偏差的偏差，

对于控制外侧百叶风门，温度偏差的偏差可按下式计算：

ΔT_E_Out＝ΔT_SP_Out-ΔT_PV_Out

式中ΔT_E_Out为带钢中部温度与带钢外边部温度偏差的偏差；ΔT_SP_Out为外部温度偏差设定值，为一可调参数；ΔT_PV_Out为步骤1)中计算出的带钢中部温度与带钢外边部温度偏差的检测值。

对于控制内侧百叶风门，温度偏差的偏差可按下式计算：

ΔT_E_In＝ΔT_SP_In-ΔT_PV_In

式中ΔT_E_In为带钢中部温度与带钢内边部温度偏差的偏差；ΔT_SP_In为内部温度偏差设定值，为一可调参数；ΔT_PV_In为步骤1)中计算出的带钢中部温度与带钢内边部温度偏差的检测值。

本发明产生的有益效果是：利用多通道板温计检测沿带钢宽度方向上多个测点的带钢温度，实现快冷风箱中快冷百叶风门的实时快速闭环控制，可有效消除沿带钢宽度方向上的冷却速度不一致。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有的立式连续退火炉快冷段带钢冷却***构成图。

图2为本发明一种立式连续退火炉快冷风门控制装置的***构成图；

图3为本发明一种立式连续退火炉快冷风门控制装置和控制方法的外侧百叶风门控制流程图；

图4为本发明一种立式连续退火炉快冷风门控制装置和控制方法的内侧百叶风门控制流程图；

图5为本发明实施例中采用的立式连续退火炉快冷风门控制装置和控制方法的百叶风门开度设定表。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，一种立式连续退火炉快冷风门控制装置包括有：快冷炉膛2、传动侧换热器31、操作侧换热器32、传动侧快冷风箱33、操作侧快冷风箱34、立式连续退火炉PLC控制***以及由PLC控制***所控制的传动侧快冷风机41、操作侧快冷风机42、带钢外侧百叶风门6(包括61、62、63、64四个风门)、带钢内侧百叶风门7(包括71、72、73、74四个风门)和多通道板温计8等。

多通道板温计8检测的各测点带钢温度检测信号通过模拟量输入模块(AI模块)接入立式连续退火炉PLC控制***，带钢外侧百叶风门6和带钢内侧百叶风门7的开度给定信号通过由PLC控制***的开关量输出模块(DO模块)连接至百叶风门执行机构的电磁阀上。

多通道板温计8用于检测沿带钢宽度方向上的左边部、左中部、中部、右中部、右边部5个测点的带钢温度，即多通道板温计8包括有左边部带钢温度检测点81、左中部带钢温度检测点82、中部带钢温度检测点83、右中部带钢温度检测点84、右边部带钢温度检测点85。多通道板温计可选用英国Land System公司生产的LS4系列短波红外测温仪实现对带钢温度的非接触式检测。

该装置的工作原理为：立式连续退火炉PLC控制***依据多通道板温计8检测的带钢中部温度和带钢边部温度计算温度偏差的检测值，由温度偏差设定值和温度偏差检测值之差在温差控制器中做PID运算后，依据经过限幅处理的温差控制器输出和快冷段运行炉段的数量，查开度设定表控制各快冷百叶风门的开度。对于附图2所示的特定立式连退炉快冷***，需要两个结构完全相同，但参数与工作相互独立的温差控制器，一个温差控制器控制带钢外侧百叶风门61、62、63、64的开度，另一个温差控制器控制带钢内侧百叶风门71、72、73、74的开度，其控制流程图分别如图3和图4所示。

一种立式连续退火炉快冷风门控制方法，结合图3和图5，以控制带钢外侧百叶风门61、62、63、64为例，包括以下步骤：

第1步、由立式连续退火炉PLC控制***依据多通道板温计的工作状态和带钢中部温度和带钢边部温度的检测值计算带钢中部温度和带钢外边部平均温度偏差的检测值，即可按下式计算：

式中ΔT_PV_Out为带钢中部温度和带钢外边部温度的偏差检测值，RT_C为板温计测点83所检测的带钢中部温度，RT_A为板温计测点81所检测的带钢左边部温度，RT_E为板温计测点85所检测的带钢右边部温度。计算带钢外边部平均温度需考虑两个边部温度测点81和85的工作状态：若温度测点81和温度测点85均正常工作，则取测点81和测点85的温度平均值作为带钢外边部温度，若仅有一个测点正常工作，则仅取正常工作测点的温度检测值作为带钢外边部温度。

第2步、由温度偏差设定值和由步骤1计算出的温度偏差检测值计算温度偏差的偏差，即按下式计算：

ΔT_E_Out＝ΔT_SP_Out-ΔT_PV_Out   (2)

式中ΔT_E_Out为带钢中部温度与带钢外边部温度偏差的偏差；ΔT_SP_Out为温度偏差设定值，为一可调参数，取值范围为-10℃～+10℃，在本实施例中取0℃，即带钢中部和带钢边部无温度差；ΔT_PV_Out为在第1步中计算出的温度偏差的检测值。

第3步、将步骤2所计算出的温度偏差的偏差ΔT_E_Out在温差控制器中做PID(Proportional-Integral-Differential)比例积分微分运算后，并限幅在0％～100％后得到温差控制器的输出值LMN。特别的，当快冷段运行的炉段数为0时，温差控制器的输出LMN被强制为100％；当炉膛内带钢停止走行时，温差控制器的输出LMN保持原有值不变。

第4步、依据步骤3所计算出的温差控制器的输出值LMN，以及运行的快冷炉段的数量，按图5所示的开度设定表，确定各快冷炉段的百叶风门的开度设定值，并通过执行机构电磁阀的动作控制各百叶风门的开度。特别的未运行的快冷炉段的百叶风门开度被强制为0％。当快冷段运行的炉段数为3时，使用图5中的表格1；当快冷段运行的炉段数为2时，使用图5中的表格2；当快冷段运行的炉段数为3时，使用附图5中的表格3。表格1～表格3中的各个开度设定值均为可调参数。开度设定表可为经验表格，也可根据立式连续退火炉的各装置构件属性获得。

下面举例具体说明表格1～表格3的使用方法。

1)若快冷段的运行炉段数为3，且温差控制器的输出值LMN为45％，则需要使用表格1，查表1可得快冷段1的百叶风门开度设定值为33％，快冷段2的百叶风门开度设定值为66％，快冷段3的百叶风门开度设定值为66％。

2)若快冷段的运行炉段数为2，快冷段1和快冷段3运行，快冷段2停止，且温差控制器的输出LMN为45％，则需要使用表格2，查表2可得快冷段1的百叶风门开度设定值为33％，快冷段2的百叶风门开度设定值为0％，快冷段3的百叶风门开度设定值为66％。

3)若快冷段的运行炉段数为1，快冷段1和快冷段2停止，快冷段3运行，且温差控制器的输出LMN为45％，则需要使用表格3，查表3可得快冷段1和快冷段2的百叶风门开度设定值均为0％，快冷段3的百叶风门开度设定值为33％。

按特定采样周期重复步骤1～步骤4，即可实现对带钢外侧百叶风门的连续闭环控制，有效消除沿带钢宽度方向上的冷却速度不一致。

带钢内侧百叶风门71、72、73、74的控制流程图如图4所示，其控制过程与控制带钢外侧百叶风门61、62、63、64的过程和步骤基本类似，只需将式(1)和图3中的RT_A替换为RT_B，RT_E替换为RT_D，式(1)(2)及附图3中的符号下标Out替换为In即可。其中RT_B为板温计测点82检测的带钢左中部温度，RT_D为板温计测点84检测的带钢右中部温度。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种立式连续退火炉快冷风门控制装置，其特征在于，包括快冷炉膛、与快冷炉膛连接的传动侧换热器和操作侧换热器、用于将快冷风机冷却风导入快冷炉膛的传动侧快冷风箱、操作侧快冷风箱和立式连续退火炉PLC控制***，所述PLC控制***分别与传动侧快冷风机、操作侧快冷风机、带钢外侧百叶风门、带钢内侧百叶风门和多通道板温计连接；

所述多通道板温计用于检测沿带钢宽度方向上的左边部、左中部、中部、右中部、右边部5个测点的带钢温度。

2.一种立式连续退火炉快冷风门控制方法，包括以下步骤：

1)由立式连续退火炉PLC控制***根据多通道板温计的工作状态和带钢中部温度的检测值、带钢边部温度的检测值，计算带钢中部温度和带钢边部平均温度偏差的检测值；

2)由温度偏差设定值分别与由步骤1)中计算出的温度偏差检测值计算温度偏差的偏差；

3)将温度偏差的偏差在温差控制器中做PID比例积分微分运算后，并限幅在0％～100％后得到温差控制器的输出值LMN；

4)根据温差控制器的输出值LMN，以及退火炉中运行的快冷炉段的数量，查找开度设定表，确定各快冷炉段的百叶风门的开度设定值，PLC控制***通过执行机构电磁阀的动作控制各百叶风门的开度；

5)按设定采样周期重复步骤1)～步骤4)，进行带钢内外侧百叶风门的连续闭环控制。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤1)中计算带钢中部温度和带钢边部平均温度偏差的检测值可按如下方法计算：

对于控制外侧百叶风门，温度偏差的检测值可按下式计算：

式中ΔT_PV_Out为带钢中部温度和带钢外边部温度的偏差检测值，RT_C为板温计检测的带钢中部温度，RT_A为板温计检测的带钢左边部温度，RT_E为板温计检测的带钢右边部温度。

对于控制内侧百叶风门，温度偏差的检测值可按下式计算：

式中ΔT_PV_In为带钢中部温度和带钢内边部温度的偏差检测值，RT_C为板温计检测的带钢中部温度，RT_B为板温计检测的带钢左中部温度，RT_D为板温计检测的带钢右中部温度。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤3)中由温度偏差设定值分别和由步骤1)中计算出的温度偏差检测值计算温度偏差的偏差

对于控制外侧百叶风门，温度偏差的偏差可按下式计算：

ΔT_E_Out＝ΔT_SP_Out-ΔT_PV_Out

式中ΔT_E_Out为带钢中部温度与带钢外边部温度偏差的偏差；ΔT_SP_Out为外部温度偏差设定值，为一可调参数；ΔT_PV_Out为步骤1)中计算出的带钢中部温度与带钢外边部温度偏差的检测值。

对于控制内侧百叶风门，温度偏差的偏差可按下式计算：

ΔT_E_In＝ΔT_SP_In-ΔT_PV_In

式中ΔT_E_In为带钢中部温度与带钢内边部温度偏差的偏差；ΔT_SP_In为内部温度偏差设定值，为可调参数；ΔT_PV_In为步骤1)中计算出的带钢中部温度与带钢内边部温度偏差的检测值。