高速线材风冷温控系统技术方案.doc

精选资料
GS2100高线风冷温度检测控制系统
技术方案
2007.7

目 录

一、项目概述 2
1、概述 2
2、武钢现状及现场考察情况分析 3
二、技术指标及功能说明 4
1、技术指标 4
2、软件的主要功能要求 5
三、开发内容 5
1、研究范围 5
2、工作内容 11
四、系统实施方案 11
1 设备安装 11
2 软件安装 12
3 绩效评估 12
五、项目软件功能 12
六、主要设备简介 14
1红外测温仪 14
2数据采集器 15
3环境温湿度仪 15

一、项目概述
1、概述
随着我国高速公路、桥梁等基础建设项目的大力发展，高强度低松弛钢绞线的年需求量逐年增长，作为钢绞线原料的SWRH82B-1盘条的需求量也日渐增长。SWRH82B-1从炼钢开始到开坯直到轧制成盘卷，要求比较严格，生产工艺十分复杂。因此优化SWRH82B-1盘条控制冷却工艺，提高产品性能提高市场占有率的必要条件。
武汉永盛科技有限公司集十多年红外测温技术在冶金行业的应用经验,自2003年10月承接宝钢高速线材风冷温度检测控制系统以来,通过对线材风冷温度的检测、数据处理、传输、多点温度的趋势分析、时时采集生产环境的温湿度信号，采用神经网络优化控制技术，输出一组风量开度的控制信号，为生产过程优化控温提供了科学依据。该系统在宝钢2004年3月正式投用以来， 为宝钢生产优质SWRH82B-1盘条以及钢帘线专用盘条奠定了坚定的基础。强度随季节温湿度变化有较大波动，不利于后道工序使用的过程质量问题得到有效控制。大大提升了线材硬线产品的质量水平和稳定性。
2、武钢现状及现场考察情况分析
目前武钢高线在轧制区域采用闭环水冷系统，通过系统的自动调节或手动调节水量，使轧件温度稳定控制在目标范围内，效果良好。但STELMOR线采用风量调节来控制轧件温度，由于不能有效检测到轧件温度，因此也就无法及时衡量出冷却效果，继而无法做出及时的动态调整。由于目前STELMOR线未能实现根据轧制温度变化而相应调整风量的闭环控制，导致产品性能受到环境温度的影响而出现较大的波动.因此，高线迫切需要建立并完善STELMOR冷却控制方式，即通过增加STELMOR温度检测点和相应软件，建立STELMOR闭环冷却控制系统，这样可以从根本上解决硬线钢目前存在的较为突出的受环境温度影响而强度波动较大的不利局面。
由此，系统需要完成如下内容：
1． 在STELMOR线增设7台红外测温仪(分别安装在STELMOR线: 第1段、第2段、……、第6段和集卷)和1台环境温湿度仪,能实时测量，并将数据上传至数据采集器供系统使用。
2． 编制数据采集软件，在正常轧制时利用新增的红外测温仪及环境温湿度仪进行实时测量，从摩根水冷系统获得吐丝温度数据，采用RS232接口进行通讯，并从L2系统获得轧制时的轧批号、品种钢号、冷却规程等参数，这样就形成各品种钢的数据库。
3． 利用所得到的数据，经过神经元网络软件的处理，就可建立STELMOR线的冷却闭环系统的控制模型。根据控制模型产生一组风机的开度信号调整冷却风量，使实测的STELMOR线温度曲线尽可能接近冷却规程曲线。达到冷却闭环控制的要求。
4． 增加环境温湿度仪，主要是为了使系统以自适应现场环境，消除环境变化的影响，使产品在各个季节的生产过程中质量都是可控的，确保产品质量稳定。
二、技术指标及功能说明
1、技术指标
1) 测量范围：
第一段：300-1100℃ 实测范围:900－800℃
第二、三段：－40-800℃ 实测范围:600－500℃
第四、五段：－40-800℃ 实测范围:500－300℃
第六段、集卷：－40-800℃ 实测范围:300－100℃
2) 测量精度： 0.3%（测量值）
3) 重复精度： 0.1%(测量值)
4) 传输距离： 1km
5) 响应时间： 1ms-10s
6) 信号处理： 最大值、最小值、平均值保持
7) 具有冷却装置，可耐250℃的环境温度
8) 环境温湿度仪参数：
测量范围：温度：－70－180℃
　　　　　湿度：0－100%RH
测量精度：温度：±1℃
　　　　　湿度：±1%RH（0……90%RH）
±1%RH（90……100%RH）
2、软件的主要功能要求
1）各测点温度实时数据显示与记录、历史查询。生成实测STELMOR线的温度曲线。
2）产生各品种钢的控制模型,产生同一种钢在不同的环境温湿度下的控制模型.并具有校验功能，验证模型的准确性。
3）能与L2系统进行通讯，得到所需的钢种数据信息及其它相关信息。
4）控制模型产生的阀门开度信号能传送到ABB　PLC系统，实现风机的有效控制。
5）具有统计分析报表输出功能。
三、开发内容
1、研究范围
1) 整个STELMOR线冷却控制系统的结构设计。
（1）现有系统控制方案：目前斯太尔摩风冷线的风机流量控制是由L1键盘输入来执行，这些控制参数来源于各个品种线材的设定值，而这些设定值基本上与一定的品种保持恒定。它的主要缺点在于这些控制参数来源于经验值，无法实现闭环控制。
2）了解了现有的控制过程，为了实现风冷闭环控制的系统要求，我们增加了七个温度监控点及环境温度作为控制模型的主要元素进行系统控制，分别在风冷1段、风冷2段、风冷3段、风冷4段、风冷5段、风冷6段、集卷段加装红外测温仪测量数据，并在生产线上加装环境温湿度测量仪监测环境，这样就形成了新的控制系统的测量单元，这些测量参数经过数据采集器采集到计算机上进行软件处理，产生控制风机阀位开度的信号，通过Modbus协议传送到ABB　PLC系统控制风机。其整体结构示意图如下：

系统组成：红外测温仪、数据采集器、工控机及通讯接口、系统模型软件组成；
系统工作过程：系统模型软件接收L2系统的数据，并采集当前的实温度数据及环境参数，经过数学模型的运算产生阀位控制信号，并将其传输给ABB　PLC系统进行风机风量的控制，从而达到控制盘条冷却温度、改善其性能的目的。
本系统采用了七台红外测温仪进行现场目标温度测量，另外为了消除环境的影响，特别是冬季环境温度较低，对产品质量造成一定影响，现增加一台环境温湿度仪，将风机所在环境温湿度参数传到控制系统，进行调节，以提高控制模型的精确性及环境适应性。其现场设备定位图如下：

3）数学模型的产生：
在原有测量基础上，新增加七个温度传感器，这样就实现了线材温度的全检测，同时增加一台环境温湿度计和一台数据神经元分析计算机。将风机的阀位开度、线材的移动速度、环境的温度和湿度作为输入，而将T1~T7共七台测温传感器的实际测量值分别作为输出，不断的学习和优化，形成可用于控制的数学模型，用于指导各个风量的调节，这种模型方式也被称之为原模型。
作为补充，我们也会考虑实际生产过程中，会用到不可覆盖的测量区域，例如：我们在夏天收集到的数据，在冬天就不见得可以使用，因为他们是两个独立的温度分布区域。这时我们将采用变化率模型。也就是说，我们将阀位开度的变化率、线材移动速度的变化率、环境温湿度的变化率作为输入，将六台测温传感器的温度变化率作为输出，不断的学习和优化，从而形成变化率模型，用于修正补充原模型。
如果在一年的数据能够覆盖所有的测量区域，这时的原模型为最佳模型，并可用于指导生产。
神经元网络数据分析系统在分析各种非线性对象有其强大的优势，为常规控制方案所不能处理的问题，提供了好的解决方案。它的非线性逼近和预测能够达到较好的处理效果。对于某品种的线材冷却参数，它可以通过反复学习，形成最佳的风机控制参数，同时可以对线材通过后的产品质量进行预测，可以提前发现和通知操作人员，例如对某品种线材采用了另外的控制参数时，神经网络的监控系统会发现被控对象结果的偏离，提前给出报警信息。
4）STELMOR线八台测温仪的硬件配置与安装研究。
根据系统控制的要求，首先确定测温仪的具体测量位置，并且对测温仪的各种硬件配置提出具体要求，根据现场情况结合测温仪的自身要求，拿出详细的合理安装图纸，以保证测温仪能在现场环境下正常工作。（参见附件：测温仪电气图）
5）STELMOR线八台测温仪的数据采集及图形化显示的研究。
了解了红外测温仪的输出信号，这样就可合理地选择数据采集器，使之保证其测量的快速性，又能保证其测量的精度，同时又便于系统编程；可分别显示各测点的温度曲线，并可形成记录。在此公列出T1点实时温度曲结图如下：

测量点T1实时温度曲线图
在对每一测温点的数据进行记录后，可以形成整个STELMOR线冷却曲线，其温度点有：水冷温度T0、风冷1段温度T1、风冷2段温度T2、风冷3段温度T3、风冷4段温度T4、风冷5段温度T5、风冷6段温度T6、集卷温度T7，其温度曲线图如下：

各测温点温度曲线图
6）通讯接口的研究。
由于系统控制模型需经从L2系统中接收数据，还要从摩根水冷系统得到吐丝温度数据，并要将产生的控制数据传到ABB　PLC系统，因此必须了解摩根水冷系统、PLC、L2系统的数据接口，根据现有情况，本系统与L2系统采用RS232接口，与PLC系统采用Modbus协议进行数据通讯。其数据流程图如下图所示：

7）开发软件的化学成分、环境温度、冷却曲线、力学性能等多因素的统计分析功能设计。
系统软件的统计分析功能，可以记录产品的化学成份、环境温度、冷却曲线、力学性能等多参数的统计分析。并产生相应的报表。
8）开发软件的物料跟踪研究。
系统的物料跟踪：系统软件应该能从L2系统中取得相应的生产数据（轧批号、品种、化学组份及其它）
9）开发软件中冷却规程的编辑、传送和使用的研究。
由于轧制品种的增加，必须增加相应的冷却规程；为了产品质量的改进，可以对已有的冷却规程进行优化。
10）开发软件本身的其他功能项目、图形界面、运作方式、安装位置及软件编程研究。
软件必须具有合理性，使之具有好的图形界面、人机界面、维护管理。并能方便地实现升级。
2、工作内容
根据需求，将系统中所需的七台红外测温仪根据要求分别固定在各个测点，同时配上必要的水、电、气；
将环境温湿度仪安装在要求的地方（其选点必须要有代表性，能表征现场的情况），同时将信号上传至工控机；
根据需要，采集大量现场数据，作为系统模型的建立，需要安装工控机，并将数据采集软件运行起来，这样通过一定的时间，就可采集到所需的数据。
通过现场数据，建立相应的数学模型，并将该控制模型应用到实际生产中，经过一段时间的检验，可以检验控制模型的正确与否。进行质效评估。
系统软件的编程与设计。
四、系统实施方案
1 设备安装
1）根据红外测温仪安装资料，将各测温仪按要求安装在现场，并将信号引到控制柜。
2）系统控制柜安装，同时固定操作台，将控制电脑固定好。
3）配好各种电缆及电源。
2 软件安装
1）将系统数据采集软件装入控制电脑，并运行，经过一段时间的数据采集，积累大量的现场数据，为控制模型的建立打好基础。
2）根据前期采集到的数据，并应用神经网络分析系统进行数据分析，形成本系统的控制模型。此神经网络分析软件为美国NeuralWare公司的软件产品。
3）将我们得到的控制模型软件装入控制电脑，即可实行STELMOR线的风冷控制。并可根据现场各测点的温度信号与控制模型进行比对，以此验证控制模型的准确与否，并可根据产品的化学、物理、力学等性能进行检验。
3 绩效评估
对所有根据本控制模型轧制的产品进行检验，以验证系统控制模型的正确与否，并作出相应的调整，以达到最佳的产品合格率及最大化的生产量。
五、项目软件功能
A、项目软件系统主要功能有：
根据所轧钢的品种，采用对应的控制模型进行控制，控制模型产生相应的风机开度信号传送至L1系统控制线材的冷却。
同时采集T1，T2，……，T6，T7，环境温湿度等数据，并进行数据记录，图形显示，而且对控制模型进行验证。
数据库功能，针对宝钢集团公司现轧钢种，形成相应的数据库，对产品质量及生产工艺参数形成数据库管理。
与L2系统的通讯联络，需从L2系统得到各种数据：所轧钢品种、生产批号、水冷温度T0、原来两个测温点数据等其它参数。
与ABB　PLC系统的通讯联络，需要向ABB　PLC系统传送风机冷风量开度信号，由于ABB　PLC系统的特性，采用Modbus协议进行通讯。
预设并存储了一定数量的STELMOR冷却规程。可以新增和修改规程。
可从规程列表中下载到当前状态，形成当前规程，以实现当前的实时控制。
形象的图形和标准曲线的显示。
可对各温度点进行报警设定以实时提醒操作人员温度是否超标。也可查询以往的报警记录。
B、系统主要画面如下：

六、主要设备简介
　1红外测温仪
l 温度测量范围宽：0℃－1100℃（分段）；
l 高光学分辨力，可到160∶1
l 实时背景环境温度补偿
l 光学和激光或视频瞄准方式
l 简单易用的操作界面
l 运行成本低
l 模拟4－20 mA输出；
l 数字通信模式可选：RS232或RS485最大57.6kBd（内置）或Profibus（外置）；
l 坚固（IP65）的铝铸件外壳有利于仪器工作在恶劣的工业环境中；
l 特别适合测量小目标、快速运动的物体；
l 指示精确，测量稳定，在同行业内居领先地位
2数据采集器
l PCI总线
l 2K字FIFO缓冲区,PCI-1602F可升至8K字
l 单通道/多通道采样速率可达200K/100KHz
l 3种灵活的外部触发模式:后触发(post-triger),前触发(pre-triger),中间触发(middle triger)
l 16数字输入通道/16数字输出通道
l 可编程增益:1,2,4,8
l 内部/外部触发
l 2路12位D/A,最大D/A通过速度2MHZ
l 2.7M字/秒高速数据传送速率
l 采集信号：模拟电流信号
3环境温湿度仪
l 采用HUMICAP技术，专为恶劣工业环境而设计
l 其测量探头头部均为水汽密封型，以免水汽通过探头前端进行入到电缆部分并进而侵蚀到电子元件部份，从而确保了可靠稳定的测量
l 模块化的设计，可将变送器主体、探头分开安装
l IP65防水、防灰设计
l 易于安装，使用方便，维护简单

测径仪及风冷线测温资料---张秀英13006388555

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