【正文】 現(xiàn)狀 2 章節(jié)安排 32 層流冷卻系統(tǒng)簡介 5 層流冷卻系統(tǒng)設備布置 5 層流冷卻系統(tǒng)的基本結構 6 本章小結 93 層流冷卻的控制模型 10 溫降模型 10 空冷區(qū)溫降模型 10 水冷區(qū)溫降模型 10 卷取溫度預報模型 11 傳統(tǒng)卷取溫度預報模型 11 基于遺傳神經網絡的卷取溫度預報模型 12 預設定模型 16 前饋控制模型 18 反饋控制模型 19 自學習模型 20 短期自學習 21 長期自學習 21 數(shù)據庫模型 22 本章小結 224 層流冷卻的控制策略 24 冷卻策略 24 上下開閥的起始位置 24 冷卻方向 24 集管稀疏模式 25 頭尾特殊處理 25 臨界溫度的確定 25 帶鋼分段控制 26 冷卻區(qū)分段控制 26 冷卻速度控制 26 側噴和吹掃控制 28 上下集管水比的配置 28 本章小結 295 實驗部分 30結論 38參考文獻 39致謝 40 39 1 緒論鋼鐵是現(xiàn)代社會最重要的原材料，其產量和質量是一個國家發(fā)達程度和經濟實力的重要標志。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热荨０不展I(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）報告紙安徽工業(yè)大學畢業(yè)設計(論文)任務書課題名稱層流冷卻的策略和控制模型學 院 專業(yè)班級姓 名學 號畢業(yè)設計（論文）的主要內容:（1）根據課題內容，查閱搜索相關文獻資料，并翻譯不少于5000字的相關英文文獻資料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。模擬測試結果表明，這些控制策略和控制模型功能完善、性能穩(wěn)定、控制精度高。調整產品結構、提高技術含量、增加產品附加值將是我國鋼鐵行業(yè)走向世界的必經之路[2]。一般而言，常用的控制方法有：高壓噴嘴冷卻、板湍流冷卻、噴淋冷卻、霧化冷卻、水幕冷卻、層流冷卻等。需要較高的壓力，調節(jié)冷卻能力范圍小，對水質要求較高。雖然水幕冷卻具有最強的冷卻能力，但據西德克虜伯公司對層流、水幕和噴射3種冷卻方式的對比實驗表明，層流冷卻方式的冷卻均勻性最高，而冷卻強度只比水幕冷卻稍低，因此層流冷卻是多數(shù)帶鋼熱連軋生產線的主要冷卻方式。以往的層流冷卻溫度場數(shù)學模型往往是實際冷卻過程的簡化形式，這樣可大大減少計算時間，容易實現(xiàn)，但同時可能對冷卻效果帶來不利的影響。例如：唐山鋼鐵公司從理論和工藝的角度分析了控冷過程中換層別后自適應能力差、尾部溫差大以及低目標卷取溫度精度低等問題產生的原因，提出了虛擬檢測水溫、反推速減點、細化層別等對應的優(yōu)化策略。第三章對層流冷卻系統(tǒng)的控制模型進行了研究，控制模型主要包括溫降模型、卷取溫度預報模型、預設定模型、前饋控制模型、反饋控制模型和自學習模型以及數(shù)據庫模型。也就是說，上部冷卻系統(tǒng)由120根集管構成，下部冷卻系統(tǒng)由240根集管構成。在控制過程中，過程自動化控制L2級對整個冷卻過程進行跟蹤、控制、參數(shù)計算和設定。層流冷卻的控制結構圖如圖23所示，基礎自動化L1級控制器圖如圖24，過程自動化L2級服務器圖如圖25所示：閥門開閉延時處理測量值處理帶鋼段跟蹤動態(tài)設定頭尾跟蹤預設定冷卻模型FThQw、Tw精軋設定數(shù)據PDI、工藝參數(shù)自適應測量值處理帶鋼段跟蹤Qw、TwCT閉環(huán)控制前饋控制圖23 層流冷卻的控制結構圖圖24 基礎自動化控制L1級控制器圖圖25 過程自動化控制L2級服務器圖 本章小結 本章首先介紹了層流冷卻系統(tǒng)的設備布置，并給出了設備布置的原理圖和實物圖；然后對層流冷卻系統(tǒng)的基本結構以及各個結構之間的相互協(xié)調關系進行了描述，并給出了層流冷卻控制結構圖、基礎自動化控制L1級控制器圖和過程自動化控制級L2服務器圖。水冷區(qū)的對流溫降 ΔTd 可以按下列公式計算： () 式中 ΔTd — 層流冷卻溫降，℃；To — 帶鋼進入水冷區(qū)的溫度，℃； TW — 層流冷卻水的溫度，℃； α — 對流換熱系數(shù)； L — 水冷段長度，m； C — 比熱容，J/( )；γ — 密度，kg/m3；上述計算中的關鍵參數(shù)是對流換熱系數(shù) α 值。用下式表示： ()式中 C — 導溫系數(shù)； K — 帶鋼導熱系數(shù)； B — 水溫、水壓和帶鋼的熱交換系數(shù)； A1 — 上噴水與帶鋼的熱交換系數(shù)； A2 — 上噴水與帶鋼的熱交換系數(shù)；h — 帶鋼厚度，m。當實際輸出與期望輸出不符時，進入誤差的反向傳播階段。利用大量的神經元相互連接就構成了神經網絡。變異算子是對群體中的個體的碼串隨機挑選一個或多個基因座上的基因值做變動的操作。由于隱節(jié)點個數(shù)不定，所以網絡優(yōu)化時碼串長度是可變的，這樣會給遺傳算子的操作帶來不便。最大冷卻能力校核是以PDI（原始數(shù)據輸入模型）的稀疏模式檢查冷卻能力，如果最大冷卻能力不足，則把稀疏模式進行提升，如果提升后冷卻能力還不夠，則把所有閥門都開啟，并且報警；最小冷卻能力校核是把所有閥門都關閉，如果此時卷取溫度偏低，說明來料的溫度偏低，需要報警。前饋控制冷卻水段數(shù)采用下列公式計算： ()式中 NFF — 前饋控制冷卻噴水段數(shù)； TFA — 終軋溫度目標值，℃； ΔT — 轉移控制所需要的溫度修正值，℃。分為兩部分調節(jié)，一是當帶鋼的頭部到達層流冷卻系統(tǒng)出口高溫計溫度檢測點時，如果檢測的溫度與通過模型計算的溫度值產生誤差時，則通過反饋控制對所產生的誤差值進行修正；二是當帶鋼頭部到達卷取溫度檢測點時，若所測卷取溫度與設定的卷取溫度產生誤差時，則通過反饋控制對所產生的誤差進行集管開啟修正控制。因此，為了提高計算精度，增強控制模型的適應性，模型的設計需要考慮自學習功能，通過學習可以獲得用于修正溫度預報模型的自學習系數(shù)，即模型具有根據自身經歷不斷修正以提高精度的學習能力。主要是利用控制點之間的自學習所得到的系數(shù) Ki ，在 Ki 中選取平均計算的結果作為自學習系數(shù) β ，讀取上一塊的結果 βold ，利用指數(shù)平滑法計算 βnew：第M段第I+1塊鋼第I塊鋼第L段第M段第N段FTCTh粗調動態(tài)設定修正后的集管組態(tài)修正后的集管組態(tài)精調動態(tài)設定實測卷取溫度計算模型卷取溫度對流換熱系數(shù)實際閥門組態(tài)實測帶鋼速度自學習修正帶鋼段之間的自學習預設定預設定的集管組態(tài)帶鋼之間的自學習短期自學習長期自學習圖32 自學習模型原理圖 () ()自學習模型原理圖如圖32所示： 數(shù)據庫模型當帶鋼冷卻結束后，過程自動化控制級L2級將該帶鋼的相關數(shù)據，包括日期時間、鋼卷號、目標數(shù)據、設定數(shù)據以及測量數(shù)據添加到本地工程記錄數(shù)據庫中。 冷卻方向在軋制不同的鋼種時，為了更好的控制冷卻速率，根據工藝制度，需要確定不同的冷卻方向，以獲取不同的組織成分。后向冷卻的示意圖如圖42所示：F7v最后噴嘴段圖42 后向冷卻示意圖它是在層流冷卻裝置的后段（即靠近卷取機的那一側），將前饋控制、補償控制和反饋控制作為一個整體，用上部噴水集管從卷取機側向帶鋼逆流的方向增減噴水集管的方法，即冷卻水從上部噴出，下部不噴水；噴水量為NFF、NFFT、NFB的總和。選擇何種特殊處理方式可以采用 PDI 下達或則 HMI 指定，頭尾特殊處理的長度可以采用查表法或則 HMI 指定，一般約為10m。 冷卻區(qū)分段控制同帶鋼分段控制的目的和方法類似，為了實現(xiàn)帶鋼溫度控制目標對，對冷卻區(qū)集管也進行分段控制。因為冷卻時生成的蒸汽層對傳熱系數(shù)影響比較大，所以層流冷卻的效果，很大程度上取決于蒸汽層的破環(huán)。上下集管水比的配置將視總水量而定，總水量越大，下集管水量與上集管水量比值越小。利用訓練樣本分別對 BP 神經網絡和遺傳神經網絡在相同精度要求 的情況下進行誤差反向傳播訓練，遺傳神經網路在訓練 2500 次時達到了精度要求，而 BP 神經網絡則需要 3500次，%。所以，建立精確的帶鋼冷卻模型對提高卷取溫度控制精度具有重要的影響。十分感謝北京科技大學高效軋制國家工程研究中心信息技術部的各位領導和同事的支持和幫助，感謝軋制中心給予我的寶貴的實習機會。因此，有些模型還存在這進一步優(yōu)化的問題。3） 當帶鋼在層冷入口獲得實測數(shù)據后，利用已經訓練好的遺傳神經網絡，對卷取溫度進行預報，并結合帶鋼微跟蹤進行實時前饋補償控制的方法是可行的，有在線應用的前景。另外，在設計時，層流冷卻系統(tǒng)還提供手動控制、半自動控制和全自動控制三種控制方式。上下水比的合理配置直接影響帶鋼板形質量。現(xiàn)就設定兩個中間溫度值TT2來進行理論分析。兩段式冷卻有兩種具體實現(xiàn)方法：（1）第一段快速冷卻到臨界溫度 + 第二段從指定位置開始冷卻（2）第一段快速冷卻到臨界溫度 + 第二段采用后向冷卻 帶鋼分段控制由于帶鋼縱向材質的不均勻、板坯在加熱爐中加熱不均勻以及軋制過程中形成的溫度波動等原因，產生了帶鋼縱向溫差。（2）2/4模式（X0X0）：表示一個傾翻架開兩個水閥，規(guī)定開第一個和第三個水閥。在這種冷卻方式下，帶鋼在剛進入冷卻區(qū)時將以最大的冷卻速率冷卻到目標卷取溫度。由前述內容，可得到層流冷卻控制的系統(tǒng)流程圖，如圖1所示。當帶鋼段出層冷區(qū)的高溫計時，滿足一定條件下，要進行帶鋼段之間的自學習，以提高控制精度。令 ()則 ()式中 KP — 反饋控制比例項增益因子； K