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钢铁过程自动化技术的应用及发展动向(2)

钢铁过程自动化技术的应用及发展动向(2)

2010/4/7 13:23:00

(2)轧钢工序过程

线性近似的轧制压力与轧机刚度静态模型与近似电气、液压系统及张力发生机构动特性的动态模型的组合来描述。板厚及张力控制可通过应用最优控制、鲁棒控制等技术来实现。多变量控制技术应用于热轧活套器存在的板张力与活套量(活套高度)的变量耦合情况以及应用于冷轧板形的轧制力变化补偿、轧辊温度凸度补偿及辊磨损补偿的情况。另外,模型预测控制也应用于热轧薄板的蛇行控制而基于混合系统(HBS)模型技术用来改善热轧板的宽度控制等。

(3)连续处理线工序

除连续涂镀线实现了全线的速度与张力控制外,还进行把控制技术与操作诀窍结合的涂层智能(AI)的应用等。即由于实际生产中,存在炉内辐射热使带钢温度测量困难且又无法测定合金状态的情况下,建立并应用融合以操作人员的诀窍(Know–how)为准则的智能控制提高了成品收得率。

2.2.2发展动向

(1)以实现高质量、多品种、短交货期、稳定化生产为目标需求的控制技术开发仍是主线。

主要特点为:

①通过控制与操作经验(KNOWHOW)结合来克服过程非线性问题。

为克服非线性,考虑与操作经验诀窍的结合问题。即以控制理论为核心的控制技术不仅通过调整系统的动态特性取得提高质量和收得率的实效,而且还把操作技能(诀窍)纳入技术体系,这给新产品的量产化带来了希望。与相关领域的合作,不仅要有系统控制技术与检测领域的合作,而且要在计算机能力不断提高的背景下,通过与智能技术、过程解析技术、材料科学等多领域的合作控制工程网版权所有,来开创自动化的新局面。

(2)以“在线最优化”为核心的过程控制

鉴于大量数据的在线实时处理已成为现实,钢铁业正着力研究基于大规模数据的高水准建模技术及控制技术来实现在线最优化。由于IT技术的高速发展,不仅使原来高速响应困难的模型预测控制等最新控制理论在钢铁业的应用出现了转机。经由网络大规模采集的现场数据挖掘的知识发现,为结构优化创造了条件。

以过程稳定、技术经济指标为目标,对关键工艺参数在线连续检测基础上,综合利用预测技术及在线仿真来进行多变量最优化及实现工序间最优化,而基于可视化技术与基于大量数据的信息趋势引导技术支持稳定化生产。

(2)期盼突破高炉过程自动化的难点

高炉是钢铁过程自动化的最难点,国内外正着力沿着从操作指导→半自动化→全自动的途径缓缓前进。虽然炉顶装入物控制及热风炉燃烧控制等也能部分自动化,但把握高炉整体的生产控制关键是高炉整体过程模型及基于检测高炉底部反应状况及现象解析的传感器与模型的开发。而通过智能控制与实用控制结合等手段,来实现广义的钢铁生产过程的高性能闭环控制则也是可实施途径。即基于用户知识库的闭环控制系统,以实现配料、焦比、碱度、喷吹等目标的在线控制。它将进一步降低人为因素对高炉操作的负面影响,使高炉运行更加科学合理。

(3)节能降排对控制技术的需求

高炉进行高效率生产(包含环境对策)、余压发电控制技术的开发;转炉进行面向节能、再循环的控制技术开发。通过吹炼模型的高级化削减合金铁、副原料成本,减少渣量;通过转炉炉压的适正化,提高工厂内再循环转炉CO煤气的回收量。诸如:根据外扰推定观察器的应用来降低炉压变动量,或从生产数据分析建立最佳炉压设定值模式方法等。

(4)轧钢控制重心转移向材质性能控制

轧钢控制重心,从以往的外部尺寸规格控制逐渐转移到关心生产好材质的控制系统来。当然,关于尺寸规格控制也会要求愈来愈严,仍需要持续性不断改善。另一方面,更要关注材质的生产问题。试用基于模型的最优化和数据库等直接控制材料的耐力与强度等机械特性。例如:包括在线冶金模型、与基于材质性能预测的钢板材质控制系统等,而以热轧带钢力学性能预报模型及其在线应用技术广受关注。它不仅对有效余材充当满足客户需求,缩短交货期,降低库存、加快资金周转有积极意义,而且为更灵活地组织生产提供了崭新的手段,被认为是实现动态生产控制的关键技术之一。

2.3传动技术

作为执行机构的传动系统在钢铁过程自动化中具有重要的意义。其功能直接作用于被控对象。它是控制行为的最终执行者。同时,也是系统效用性的关键归结者之一。钢铁自动化系统的执行情况机构有许多种,诸如:调节阀及其驱动、液压伺服系统、电气传动系统。其中电气传动系统占有最突出的地位。

2.3.1应用现状

由于以电力电子器件为基础的电气传动技术的进步,使AC传动系统控制的精度、响应性、可维护性等方面的处于轧机主传动的绝对优势。传动技术的进步,包括电力电子技术、交流变频技术、矢量控制技术等涉及执行机构的系列化进步和发展,以及作为执行机构的电气传动系统与控制器、传感器的有效紧密配合,极大地提高了轧制过程的快速响应性和控制精度。严格地说,作为一个执行机构整体来考虑的传动系统,实际上包括有:轧机的轧辊传动机构和轧机电机以及供给电能并实现转换的控制装置。如:轧机主传动的机械结构采用双电机传动形式,还是单电机传动形式等会对某些性能有影响。又如:尽管轧机电机单体能具备高速响应的性能,但在与轧辊及传动轴组成系统后,由于传动轴的扭拧,会产生由装置动力学结构与轧钢过程本身的相互作用而出现的自激振动,从而使其响应速度只能达到电机单体性能的几分之一。然而,若进行了轴振减弱控制,则能达到与电机单体性能相近的效果。可见作为执行机构的传动系统在作为系统行为的最终行为的执行者,要考虑的技术细节是很多的。例如轧钢设备对传动设备有明确的性能要求,如表2所示。

  

 

 

而AC传动技术的应用,涉及功率开管器件的选择与主回路组成及其控制方式的确定,除了在速度响应、速度控制精度、转矩平滑程度等性能指标方面,都要满足要求外控制工程网版权所有,还有作为用户方面的约束即要考虑:高次谐波的约束、功率的约束、运行效率约束、维护的约束。

在钢铁生产中占重要地位的热轧机、冷轧机的主传动均采用AC传动技术大大提高了执行机构的响应性和控制精度。

而电力电子器件的发展,对AC传动有重要影响。厂家在应用产品的同时,不断推行控制的新技术。

2.3.2发展动向

集中体现在电力电子器件及其控制应用方式上。它们的发展概况如图2所示。

(1)高性能、多功能化

如提高速度和转矩的控制响应,速度传感的省略,控制参数的自动调整等。

(2)高可靠性化

变换器的高可靠性。要求即使发生部件故障,仍然继续运行的可能的冗余系统。

图2电力电子器件及驱动系统发展概况示意图

(3)小型化、高效率化、整合化

电力电子器件的小型化、低损耗化。以及进一步将功率控制等电力电子装置与电机整合一起。

(4)低噪声化

  

 

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