一种超快速冷却和加速冷却联动控制系统技术方案

一种超快速冷却和加速冷却联动控制系统，属于热轧控制冷却自动控制技术领域。该系统包括UFC二级控制系统、ACC控制系统、UFC-ACC联动切换模块；其特征在于，首先构建UFC二级控制系统，然后构建UFC-ACC联动切换模块，将UFC-ACC联动切换模块分别安装在原ACC控制系统和UFC控制系统中，两套系统的切换功能在UFC二级控制系统中实现，并且具备对已安装ACC控制系统的兼容性；联动控制系统根据外部系统给定的工艺要求实现钢板的超快速冷却单独控制、加速冷却单独控制或两种联合控制。优点在于，系统可以利用现场实测数据进行多次计算、模型自动在线修正和模型参数的自学习，保证了联动控制系统的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于中厚板控制冷却自动控制
，特别是涉及一种超快速冷却和加速冷却联动控制系统。
技术介绍
由控制轧制和控制冷却所组合的TMCP工艺是当前生产高质量中厚板产品的核心技术，其目标是实现晶粒细化和细晶强化。传统的TMCP工艺首先采用“低温大压下”和添加微合金元素等控制轧制手段得到硬化状态的奥氏体晶粒，然后采用加速冷却方法对处于硬化状态的奥氏体晶粒的相变过程进行控制，进一步细化铁素体晶粒，甚至通过相变强化得到贝氏体等强化相，进一步改善材料性能。这种控制轧制和加速冷却的组合正广泛应用于热轧领域，通过给定不同的控轧控冷参数，可以生产出不同性能的高质量钢板。但是这种工艺的应用也受到了一些限制，特别是添加微合金元素后材料的碳当量升高，导致其焊接性能恶化；同时“低温大压下”控制思想导致轧制力急剧上升，受到设备能力及操作方面的限制；加速冷却不均勻导致材料的残余应力增大，甚至会发生钢板翘曲等现象。为了解决传统TMCP工艺带来的不利影响，发展出了新一代TMCP工艺，即超快速冷却为核心的新工艺。这种新工艺的中心思想是(1)在奥氏体区间，趁热打铁，在适于变形的温度区间完成连续大变形和应变积累，得到硬化的奥氏体；( 轧后立即进行超快冷，使轧件迅速通过奥氏体相区，保持轧件奥氏体硬化状态；C3)在奥氏体向铁素体相变的动态相变点终止冷却；(4)后续依照材料组织和性能的需要进行冷却路径的控制。新的TMCP工艺减少了合金元素加入量，不再要求低温大压下，而是常温连续大压下和其后立即超快速冷却得到硬化奥氏体，然后再按照冷却路径控制。因而在保证产品质量的同时提高了生产效率，提高了钢板的焊接性能，节约能源和合金资源。新一代TMCP工艺技术是当前发展的新技术，该技术还处于推广阶段，同时某些特定钢种的生产还脱离不开传统的TMCP工艺。不论是传统以加速冷却方式实现的TMCP工艺还是新一代以超快速冷却为核心的TMCP工艺，都需要采用计算机控制系统实现对钢板冷却过程的精确控制。目前，在大多数现代化中厚板厂都配备了两级自动化(一级基础自动化和二级过程自动化)的控制冷却计算机控制系统，具备对传统TMCP工艺的自动化控制手段，但是缺乏超快速冷却控制机械设备和自动化控制系统。因此钢厂在新增超快速冷却设备后，需要增加超快速冷却控制系统，同时需要对原加速冷却控制系统进行改造，使得新系统既能够实现超快速冷却新工艺，同时又保留原来的加速冷却控制。由于轧钢生产是一个高度自动化的过程，要将超快速冷却控制系统融入整个工厂的自动化控制体系中，同时实现加速冷却和超快速冷却两种工艺的联动控制和平稳切换存在较大困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超快速冷却和加速冷却联动控制系统，使得新增的超快速冷却控制系统与原加速冷却控制系统可以协同使用，实现单独加速冷却功能(适用于传统TMCP工艺)，单独超快速冷却功能(适用于新一代TMCP工艺)，以及超快速冷却和加速冷却的组合功能。传统钢厂稍加改造即可拥有传统TMCP工艺的加速冷却控制(以下简称ACC)系统和新一代TMCP工艺的超快速冷却控制(以下简称UFC)系统，两个系统之间可以实现平稳切换和任意组合，提高了中厚板控制冷却过程的灵活性，系统的高精度模型还保证了钢板冷却过程的控制精度，提高了产品性能。本专利技术包括UFC 二级控制系统、ACC控制系统、UFC-ACC联动切换模块；首先构建 UFC 二级控制系统，然后构建UFC-ACC联动切换模块，将UFC-ACC联动切换模块分别安装在原ACC控制系统和新增的UFC控制系统中，两套系统的切换功能在UFC 二级控制系统中实现，并且具备对已安装ACC控制系统的兼容性。本专利技术所述的UFC 二级控制系统由外部通讯适配模块、UFC逻辑控制模块、UFC模型模块和UFC —级通讯模块构成；然后构建UFC-ACC联动切换模块。各模块的功能为外部通讯适配模块采用TCP/IP协议与外部系统进行通讯，包括接收外部系统的信息和发送计算结果给外部系统。外部通讯适配模块接收的信息主要包括轧件的原始数据和工艺指令信息，上游工序轧制道次信息；模块发送的信息主要包括UFC系统计算结果信息和UFC处理时间信息。在外部通讯适配模块接收的工艺指令信息中给出钢板需要何种冷却方式(UFC冷却，ACC冷却，或联合冷却)，及冷却过程相关工艺要求。模块接收到外部信息后将数据写入UFC系统的共享内存中，并更新相关信息对应的状态标志位，UFC逻辑控制模块根据该状态标志位信息作出相应响应。如果有信息要发往外部系统，系统共享内存的相关状态标志会发送变化，外部通讯适配模块检测到变化后会将相关信息发送到指定的外部系统。UFC逻辑控制模块是UFC 二级系统的控制枢纽，通过系统共享内存中钢板的工艺指令、钢板位置和实测数据等信息综合判断需要激活哪种模型计算，并准备好模型计算的相关参数写入共享内存，然后激活UFC模型模块进行计算处理；计算完成后UFC逻辑控制模块确定模型计算的有效性，生成电气设备能够执行的指令，通过UFC —级通讯模块和 UFC-ACC联动切换模块发送给ACC控制系统执行，如果有必要也将结果通过外部通讯适配模块发送给相应的外部系统。UFC模型模块是UFC 二级系统核心计算模块，所有设备指令的计算都通过该模块完成，这里的设备指令包括新增的UFC本体设备控制指令和原有的ACC设备控制指令。控制指令主要包括UFC和ACC设备各集管的开闭状态、各集管的水流量，边部遮蔽设备的控制量，钢板的运行速度等。UFC模型模块的主要数学模型包括钢板的空冷模型温度模型、钢板的水冷温度模型、钢板冷却过程相变模型以及模型参数的自学习。UFC模型模块计算的预处理参数来自系统共享内存(由逻辑控制模块写入)，UFC模型模块计算的结果同样也写入共享内存中，并通知逻辑控制模块发送到基础自动化系统执行。 UFC 一级通讯模块采用TCP/IP协议与UFC —级基础自动化系统进行通讯，通讯内容包括接收基础自动化系统的实测数据和发送控制指令到基础自动化系统。发送和接收的所有信息都保存在共享内存中，发送的信息主要包括模型计算的设备控制指令和钢板的冷却模式指令，接收的信息主要包括钢板的实测温度、钢板实测速度和冷却设备实测集管流里等{曰息。 UFC-ACC联动切换模块实现对UFC和ACC设备的联动切换，分别安装在UFC 二级控制系统和ACC 二级控制系统中。该模块首先根据外部系统对该块钢板的工艺要求确定钢板采用何种冷却方式(UFC冷却，ACC冷却，或联合冷却)，然后通知其它模块进行相应的冷却控制。具体来说，在UFC 二级控制系统中，UFC-ACC联动切换模块首先构建一个钢板冷却计划列表，该列表的信息中包含了钢板的基本信息以及钢板采用何种冷却方式；如果钢板只进行UFC冷却，则UFC-ACC联动切换模块通知UFC逻辑控制模块只进行UFC模型计算，同时将该块钢板的冷却模式等信息通过TCP/IP协议发送到ACC控制系统的UFC-ACC联动切换模块，该模块会切断ACC控制系统中关于该模块的计算过程；如果钢板只进行ACC冷却， 则UFC-ACC联动切换模块通知UFC逻辑控制模块不需要进行模型计算，同时将该块钢板的冷却模式等信息通过TCP/IP协议发送到ACC控制系统的UFC-ACC联动切换本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种超快速冷却和加速冷却联动控制系统，包括ＵＦＣ二级控制系统、ＡＣＣ控制系统、ＵＦＣ－ＡＣＣ联动切换模块；其特征在于，首先构建ＵＦＣ二级控制系统，然后构建ＵＦＣ－ＡＣＣ联动切换模块，将ＵＦＣ－ＡＣＣ联动切换模块分别安装在原ＡＣＣ控制系统和ＵＦＣ控制系统中，两套系统的切换功能在ＵＦＣ二级控制系统中实现，并且具备对已安装ＡＣＣ控制系统的兼容性；联动控制系统根据外部系统给定的工艺要求实现钢板的超快速冷却单独控制、加速冷却单独控制或两种联合控制；所述的ＵＦＣ二级控制系统由外部通讯适配模块、ＵＦＣ逻辑控制模块、ＵＦＣ模型模块和ＵＦＣ一级通讯模块构成；外部通讯适配模块采用ＴＣＰ／ＩＰ协议与外部系统进行通讯，包括接收外部系统的信息和发送计算结果给外部系统；ＵＦＣ逻辑控制模块是ＵＦＣ二级系统的控制枢纽，通过系统共享内存中钢板的工艺指令、钢板位置和实测数据等信息综合判断需要激活哪种模型计算，并准备好模型计算的相关参数写入共享内存，然后激活ＵＦＣ模型模块进行计算处理；计算完成后ＵＦＣ逻辑控制模块确定模型计算的有效性，生成电气设备能够执行的指令，通过ＵＦＣ一级通讯模块和ＵＦＣ－ＡＣＣ联动切换模块发送给ＡＣＣ控制系统执行；ＵＦＣ模型模块是ＵＦＣ二级系统核心计算模块，所有设备指令的计算都通过该模块完成；ＵＦＣ一级通讯模块采用ＴＣＰ／ＩＰ协议与ＵＦＣ一级基础自动化系统进行通讯，通讯内容包括接收基础自动化系统的实测数据和发送控制指令到基础自动化系统；发送和接收的所有信息都保存在共享内存中，发送的信息主要包括模型计算的设备控制指令和钢板的冷却模式指令，接收的信息主要包括钢板的实测温度、钢板实测速度和冷却设备实测集管流量；所述的ＵＦＣ－ＡＣＣ联动切换模块实现对ＵＦＣ和ＡＣＣ设备的联动切换，分别安装在ＵＦＣ二级控制系统和ＡＣＣ二级控制系统中，该模块首先根据外部系统对该块钢板的工艺要求确定钢板采用何种冷却方式，然后通知其它模块进行相应的冷却控制；冷却方式包括ＵＦＣ冷却，ＡＣＣ冷却，或联合冷却。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龚彩军，田士平，丁志勇，王国栋，王昭东，李健健，胡丕俊，赵强，邱志宏，侯立文，田鹏，荀立涛，田勇，王丙兴，陈小林，
申请(专利权)人：北京首钢自动化信息技术有限公司，秦皇岛首秦金属材料有限公司，东北大学，首钢总公司，
类型：发明
国别省市：11