钢管在线冷却的过程控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术涉及钢管生产在线热处理技术，尤其涉及一种钢管在线冷却的过程控制系统和控制方法。一种钢管在线冷却的过程控制方法，钢管在线冷却的过程控制系统接收上位机系统下发的钢管原始数据和冷却目标工艺数据，根据前工序的钢管实测数据，经过模型运算，该模型包括预设定计算模块、前馈控制计算模块、反馈控制计算模块，向钢管在线冷却的基础自动化系统设定在线冷却区钢管运行速度曲线、喷环组态、冷却水压力和流量，实现钢管在线冷却过程的自动控制。从而实现钢管产品终冷温度精确控温。本发明专利技术是对于钢管在线冷却生产装置的冷却过程的自动控制，该钢管在线冷却生产装置并行设置于定径机后主输送辊道线旁。

Process control system and control method for on-line cooling of steel pipe

The invention relates to an on-line heat treatment technology for steel pipe production, in particular to a process control system and a control method for on-line cooling of steel pipes. A process control method for the on-line cooling of steel tubes. The process control system of the steel tube on-line cooling process receives the original data of the steel tube and the process data of the cooling target. According to the measured data of the steel tube in the previous process, the model is operated by the model, and the model includes the pre setting calculation module, the feedforward control calculation module and the feedback. To control the calculation module, the basic automation system for the on-line cooling of the steel tube sets the running speed curve of the steel tube, the configuration of the spray ring, the cooling water pressure and the flow, so as to realize the automatic control of the on-line cooling process of the steel tube. So as to realize accurate temperature control of final cooling temperature of steel tube products. The invention is for the automatic control of the cooling process of the steel tube on-line cooling production device. The on-line cooling production device of the steel pipe is set at the side of the main conveying roller line after the sizing machine.

【技术实现步骤摘要】
钢管在线冷却的过程控制系统和控制方法
本专利技术涉及钢管生产在线热处理技术，尤其涉及一种钢管在线冷却的过程控制系统和控制方法。
技术介绍
对热轧无缝钢管实施一定冷速范围的在线冷却，目的是提高钢管的强韧性，代替离线热处理，简化工序，降低能耗，降低成本。对于热轧无缝钢管生产工艺，考虑到轧线稳定性及生产顺畅性，为降低金属材料在穿管及轧管变形过程中的变形抗力，目前管坯的加热和成形过程通常要求在较高的温度范围内进行。高温加热及高温变形将导致在钢管生产中难以利用控制轧制手段，即通过奥氏体再结晶与未再结晶区两阶段轧制变形实现细化晶粒的目的，导致奥氏体组织呈显著的粗化趋势。但由于缺乏轧后冷却手段，以往无缝钢管热轧工艺通常是在钢管定径后，采取在冷床上空冷的方式冷却至室温，基本达不到调控显微组织、改善综合力学性能等目的。目前国内外有部分研究机构及厂家开展了热轧无缝钢管轧后控冷的试验性研究，但目前主要集中在在线常化（加热）工艺和直接在线淬火工艺等方面，工艺较为单一，同时未在产品上大批量应用，仅仅用于少量产品的性能改善等方面。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钢管在线冷却的过程控制系统和控制方法，该过程控制系统和控制方法能实现钢管轧后在线冷却的全自动控制，实现钢管产品终冷温度精确控温。为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种钢管在线冷却的过程控制系统，包括：预设定计算模块：当钢管出定径机后，由定径机出口热金属检测器HMD触发预设定计算模块；根据钢管原始数据、冷却目标工艺数据以及实测数据，对钢管头部的运行速度曲线、冷却喷环组态、冷却水压力和流量进行设定，根据钢管出定径机全长温度分布，及生产节奏设定钢管冷却速度曲线，设定结果传送在线冷却的基础自动化系统；前馈控制计算模块：当冷却区入口高温计SCT测得钢管实测温度后，启动前馈控制计算模块，根据实测温度动态修正冷却区前部喷环组态、冷却水流量、钢管冷却速度和摆动时间，计算结果定周期传送在线冷却的基础自动化系统；反馈控制计算模块：当冷却区出口高温计FCT测得钢管实测温度后，启动反馈控制计算模块，反馈控制计算模块包括反馈控制模块，根据实测温度动态修正冷却区后部喷环组态、冷却水流量，计算结果定周期传送在线冷却的基础自动化系统。所述反馈控制计算模块还包括自适应学习计算模块，钢管冷却完成后，基于终冷温度实测值与目标值的偏差，通过自适应学习算法，对在线冷却水冷换热系数进行修正，通过对数据库中换热修正系数的更新，将自学习结果应用于后续同层别产品的设定计算和控制。一种钢管在线冷却的过程控制方法，钢管在线冷却的过程控制系统接收上位机系统下发的钢管原始数据和冷却目标工艺数据，根据前工序的钢管实测数据，经过模型运算，该模型包括预设定计算模块、前馈控制计算模块、反馈控制计算模块，向钢管在线冷却的基础自动化系统设定在线冷却区钢管运行速度曲线、喷环组态、冷却水压力和流量，实现钢管在线冷却过程的自动控制。所述过程控制系统的模型运算为：当钢管出定径机后，位于定径机出口的热金属检测器HMD检测得到钢管，触发预设定计算模块；当钢管头部进入冷却区入口高温计SCT位置时，冷却区入口高温计SCT测得钢管实测温度后，启动前馈控制计算模块，当钢管尾部离开冷却区入口高温计SCT位置时，前馈控制计算结束；当钢管头部进入冷却区出口高温计FCT位置时，冷却区出口高温计FCT测得钢管实测温度后，启动反馈控制计算模块，当钢管尾部离开冷却区出口高温计FCT位置时，反馈控制计算结束；所述反馈控制计算模块包括反馈控制模块和自适应学习计算模块。所述钢管按一定长度被分成若干样本段，面向钢管每个样本段进行冷却控制；控制冷却水喷射的每一个集管阀门的开/关是由“钢管样本段”上热量的输入/输出所决定的，每个样本段的热量输入/输出包括：热辐射、空气对流换热、冷却水对流换热和辊道导热。本专利技术钢管在线冷却的过程控制系统和控制方法是对于钢管在线冷却生产装置的冷却过程的自动控制，该钢管在线冷却生产装置并行设置于定径机后主输送辊道线旁。钢管在线冷却生产装置和主输送辊道线不仅可满足钢管在线冷却的各种工艺需求，而且不影响非冷却钢管的生产顺行。本专利技术钢管在线冷却的过程控制系统和控制方法通过合理设计钢管在线冷却的过程控制，实现钢管轧后在线冷却的全自动控制，满足钢管产品在终冷温度、冷却速率、管面温度均匀性以及冷却后管形等方面的工艺要求，实现终冷温度精确控温，冷却后钢管性能及形状良好。附图说明图1为本专利技术钢管在线冷却的过程控制方法示意图；图2为预计算设定模块示意图；图3为前馈计算模块示意图；图4为反馈计算模块示意图；图5为本专利技术钢管在线冷却的过程控制系统启动时序示意图。图中：HMD热金属检测器，CMD冷金属检测器，SCT冷却区入口高温计，FCT冷却区出口高温计。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。参见图1和图5，一种钢管在线冷却的过程控制系统（简称L2），包括：预设定计算模块：当钢管出定径机后，由定径机出口热金属检测器HMD触发预设定计算模块；根据钢管原始数据、冷却目标工艺数据以及实测数据，对钢管头部的运行速度曲线、冷却喷环组态、冷却水压力和流量进行设定，根据钢管出定径机全长温度分布，及生产节奏设定钢管冷却速度曲线，设定结果传送在线冷却的基础自动化系统（简称L1），参见图2。前馈控制计算模块：当冷却区入口高温计SCT测得钢管实测温度后，启动前馈控制计算模块，根据实测温度动态修正冷却区前部喷环组态、冷却水流量、钢管冷却速度和摆动时间等，所述摆时间是指钢管从进入冷却区域时刻，到钢管在冷却区域内做一定幅度来回多次摆动后离开时刻所需要的时间总和，计算结果定周期传送在线冷却的基础自动化系统L1，确保钢管长度方向温度的准确性，参见图3。反馈控制计算模块：包括反馈控制模块和自适应学习计算模块。当冷却区出口高温计FCT测得钢管实测温度后，启动反馈控制计算模块。反馈控制计算模块的反馈控制模块，根据实测温度动态修正冷却区后部喷环组态、冷却水流量等，计算结果定周期传送在线冷却的基础自动化系统L1，确保钢管长度方向温度的准确性。反馈控制计算模块的自适应学习计算模块，钢管冷却完成后，基于终冷温度实测值与目标值的偏差，通过自适应学习算法，对在线冷却水冷换热系数进行修正，通过对数据库中换热修正系数的更新，将自学习结果应用于后续同层别产品的设定计算和控制。参见图4。控制时序，钢管在线冷却的过程控制系统L2由现场跟踪数据触发不同线程，进而完成对在线冷却钢管运行速度、喷环组态、冷却水压力和流量的计算和控制。图5为本专利技术钢管在线冷却的过程控制系统L2触发或启动时序示意图。一种钢管在线冷却的过程控制方法，参见图1和图5，钢管在线冷却的过程控制系统L2接收上位机系统下发的钢管原始数据和冷却目标工艺数据，根据前工序的钢管实测数据，经过模型运算，该模型包括预设定计算模块、前馈控制计算模块、反馈控制计算模块，向钢管在线冷却的基础自动化系统L1设定在线冷却区钢管运行速度曲线、喷环组态、冷却水压力和流量，实现钢管在线冷却过程的自动控制。同时，钢管在线冷却的过程控制系统L2从基础自动化系统L1收集钢管冷却实绩数据，分析整理后形成报表发送给上位机系统。所述钢管在线冷却的过程控制系统L2（或L2的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢管在线冷却的过程控制系统，其特征是：包括：预设定计算模块：当钢管出定径机后，由定径机出口热金属检测器HMD触发预设定计算模块；根据钢管原始数据、冷却目标工艺数据以及实测数据，对钢管头部的运行速度曲线、冷却喷环组态、冷却水压力和流量进行设定，根据钢管出定径机全长温度分布，及生产节奏设定钢管冷却速度曲线，设定结果传送在线冷却的基础自动化系统；前馈控制计算模块：当冷却区入口高温计SCT测得钢管实测温度后，启动前馈控制计算模块，根据实测温度动态修正冷却区前部喷环组态、冷却水流量、钢管冷却速度和摆动时间，计算结果定周期传送在线冷却的基础自动化系统；反馈控制计算模块：当冷却区出口高温计FCT测得钢管实测温度后，启动反馈控制计算模块，反馈控制计算模块包括反馈控制模块，根据实测温度动态修正冷却区后部喷环组态、冷却水流量，计算结果定周期传送在线冷却的基础自动化系统。

【技术特征摘要】
1.一种钢管在线冷却的过程控制系统，其特征是：包括：预设定计算模块：当钢管出定径机后，由定径机出口热金属检测器HMD触发预设定计算模块；根据钢管原始数据、冷却目标工艺数据以及实测数据，对钢管头部的运行速度曲线、冷却喷环组态、冷却水压力和流量进行设定，根据钢管出定径机全长温度分布，及生产节奏设定钢管冷却速度曲线，设定结果传送在线冷却的基础自动化系统；前馈控制计算模块：当冷却区入口高温计SCT测得钢管实测温度后，启动前馈控制计算模块，根据实测温度动态修正冷却区前部喷环组态、冷却水流量、钢管冷却速度和摆动时间，计算结果定周期传送在线冷却的基础自动化系统；反馈控制计算模块：当冷却区出口高温计FCT测得钢管实测温度后，启动反馈控制计算模块，反馈控制计算模块包括反馈控制模块，根据实测温度动态修正冷却区后部喷环组态、冷却水流量，计算结果定周期传送在线冷却的基础自动化系统。2.根据权利要求1所述的钢管在线冷却的过程控制系统，其特征是：所述反馈控制计算模块还包括自适应学习计算模块，钢管冷却完成后，基于终冷温度实测值与目标值的偏差，通过自适应学习算法，对在线冷却水冷换热系数进行修正，通过对数据库中换热修正系数的更新，将自学习结果应用于后续同层别产品的设定计算和控制。3.一种钢管在线冷却的过程控制方法，其特征是：钢管在线冷却的过程控制系统接收上位...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晔，袁国，王笑波，张忠铧，康健，李振垒，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，东北大学，
类型：发明
国别省市：上海,31