硅鋼軋制過程中乳化液流量控制解耦研究及應(yīng)用

李志宏， 杜 娟

（1.山西云時(shí)代太鋼信息自動(dòng)化技術(shù)有限公司， 山西 太原 030003；2.太原科技大學(xué)， 山西 太原 030024）

在高性能硅鋼的軋制過程中，乳化液起著潤滑降溫的重要作用，直接決定著鋼板軋制性能。硅鋼軋制生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備及管道縱橫排列，空間狹小，往往造成乳化液管道配置不合理，管路里的乳化液流量相互耦合，難于調(diào)節(jié)控制，嚴(yán)重影響了高性能硅鋼的軋制性能。為提高硅鋼軋制性能，解決多條管路乳化液流量控制中的相互耦合問題，勢在必行。傳統(tǒng)解決過程控制中相互耦合的方法，一般采用狀態(tài)空間模型法、動(dòng)態(tài)矩陣控制等，但這些方法基于被控制對象嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型，然而在生產(chǎn)中，被控對象的數(shù)學(xué)模型難以測定，而且這些方法對于現(xiàn)場習(xí)慣于使用PID控制的工程技術(shù)人員而言，具有一定的難度。為此，本文研究設(shè)計(jì)了一種硅鋼軋制過程中乳化液流量控制解耦方法，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

1 現(xiàn)狀分析

在某鋼鐵公司硅鋼軋制生產(chǎn)現(xiàn)場，軋機(jī)、卷取機(jī)、加壓泵等設(shè)備及各種管道縱橫排列，空間狹小，這樣，造成乳化液管路配置不合理，如圖1所示。

圖1 乳化液管路配置圖

圖1中，乳化液進(jìn)口總管直徑為250 mm，進(jìn)口總管經(jīng)縮徑分為兩路直徑200 mm的管路3S1和3S2。沿乳化液流進(jìn)方向，在管路3S1和3S2上首先分別支出一路直徑100 mm的管路2S1和2S2；然后再分別支出一路直徑65 mm的管路1S1和1S2。1S1、1S2、2S1、2S2、3S1、3S2 等六路乳化液管道沿乳化液流進(jìn)方向分別配置手動(dòng)閥門和流量調(diào)節(jié)閥門，六路乳化液經(jīng)噴嘴分別噴至正在軋制的硅鋼鋼板的相應(yīng)位置，進(jìn)行冷卻潤滑。理論設(shè)計(jì)，這六路乳化液管道應(yīng)該在直徑250 mm的總管上依次相隔一定的距離并排支出，以便最大程度上減小相互之間的耦合。然而現(xiàn)場復(fù)雜而有限的空間，造成圖1所示的不合理的乳化液管路配置。

乳化液管路配置不合理的結(jié)果是，導(dǎo)致管路里的乳化液流量相互耦合，每一路都難以調(diào)節(jié)控制，流量波動(dòng)大，達(dá)到±50 L/m，從而嚴(yán)重影響了高性能硅鋼的軋制性能。

2 乳化液流量控制解耦研究

針對某鋼鐵公司高性能硅鋼的軋制過程中，六條管路的乳化液流量相互耦合，造成流量難以控制的問題，進(jìn)行了深入研究。

如圖 1 所示，1S1、1S2、2S1、2S2、3S1、3S2 等六路乳化液管道分別命名為第一條管路、第二條管路、第三條管路、第四條管路、第五條管路、第六條管路。設(shè)第一條管路運(yùn)行狀態(tài)M1，第一條管路工作時(shí)，對其他五條管路的流量有影響，M1=1；第一條管路不工作時(shí)，對其他五條管路的流量沒有影響，設(shè)M1=0。設(shè)第二條管路運(yùn)行狀態(tài)M2，第二條管路工作時(shí)，對其他五條管路的流量有影響，M2=1；第二條管路不工作時(shí)，對其他五條管路的流量沒有影響，設(shè)M2=0。設(shè)第三條管路運(yùn)行狀態(tài)M3，第三條管路工作時(shí)，對其他五條管路的流量有影響，M3=1；第三條管路不工作時(shí)，對其他五條管路的流量沒有影響，設(shè)M3=0。設(shè)第四條管路運(yùn)行狀態(tài)M4，第四條管路工作時(shí)，對其他五條管路的流量有影響，M4=1；第四條管路不工作時(shí)，對其他五條管路的流量沒有影響，設(shè)M4=0。設(shè)第五條管路運(yùn)行狀態(tài)M5，第五條管路工作時(shí)，對其他五條管路的流量有影響，M5=1；第五條管路不工作時(shí)，對其他五條管路的流量沒有影響，設(shè)M5=0。設(shè)第六條管路運(yùn)行狀態(tài)M6，第六條管路工作時(shí)，對其他五條管路的流量有影響，M6=1；第六條管路不工作時(shí)，對其他五條管路的流量沒有影響，設(shè)M6=0。

通過輸入階躍信號，分別測試出第二條管路對第一條管路的流量的耦合作用系數(shù)為K21、第三條管路對第一條管路的流量的耦合作用系數(shù)為K31、第四條管路對第一條管路的流量的耦合作用系數(shù)為K41、第五條管路對第一條管路的流量的耦合作用系數(shù)為K51、第六條管路對第一條管路的流量的耦合作用系數(shù)為K61。則第二條、第三條、第四條、第五條、第六條管路對第一條管路的流量的共同耦合作用系數(shù)為：K1=（K21M2+K31M3+K41M4+K51M5+K61M6）/（M2+M3+M4+M5+M6）。

同理，則第一條、第三條、第四條、第五條、第六條管路對第二條管路的流量的共同耦合作用系數(shù)為：K2=（K12M1+K32M3+K42M4+K52M5+K62M6）/（M1+M3+M4+M5+M6）。

第一條、第二條、第四條、第五條、第六條管路對第三條管路的流量的共同耦合作用系數(shù)為：K3=（K13M1+K23M2+K43M4+K53M5+K63M6）/（M1+M2+M4+M5+M6）。

第一條、第二條、第三條、第五條、第六條管路對第四條管路的流量的共同耦合作用系數(shù)為：K4=（K14M1+K24M2+K34M3+K54M5+K64M6）/（M1+M2+M3+M5+M6）。

第一條、第二條、第三條、第四條、第六條管路對第五條管路的流量的共同耦合作用系數(shù)為：K5=（K15M1+K25M2+K35M3+K45M4+K65M6）/（M1+M2+M3+M4+M6）。

第一條、第二條、第三條、第四條、第五條管路對第六條管路的流量的共同耦合作用系數(shù)為：K6=（K16M1+K26M2+K36M3+K46M4+K56M5）/（M1+M2+M3+M4+M5）。其中：

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在六條乳化液管路流量控制中，管路之間的耦合影響主要體現(xiàn)在產(chǎn)生擾動(dòng)，破壞管路中流量穩(wěn)定性，而該擾動(dòng)主要表現(xiàn)為比例增益所起的作用上。所以在耦合影響發(fā)生時(shí)，某一管路流量控制的比例增益用其他管路對該管路的共同耦合作用系數(shù)進(jìn)行修正。即某一管路流量控制修正后比例增益=該管路流量控制修正前比例增益×（1-其他管路對該管路的共同耦合作用系數(shù)）。

具體而言，用K1對第一條管路乳化液流量控制增益進(jìn)行修正；用K2對第一條管路乳化液流量控制增益進(jìn)行修正；用K3對第一條管路乳化液流量控制增益進(jìn)行修正；用K4對第一條管路乳化液流量控制增益進(jìn)行修正；用K5對第一條管路乳化液流量控制增益進(jìn)行修正；用K6對第一條管路乳化液流量控制增益進(jìn)行修正。從而，消除管路之間的耦合影響。乳化液流量控制解耦方框圖如圖2所示。

圖2 乳化液流量控制解耦方框圖

3 應(yīng)用效果

本文所研究的乳化液流量控制解耦方法，應(yīng)用于某鋼鐵公司高性能硅鋼的軋制過程中，很大程度上解決了由于管路中乳化液流量相互耦合而造成難以控制的問題。應(yīng)用本文所述乳化液流量控制解耦方法前后，管路中乳化液流量波動(dòng)分別如圖3和圖4所示。

圖3 應(yīng)用前乳化液流量波動(dòng)照片

從圖3和圖4中，分析得出，應(yīng)用本文所述乳化液流量控制解耦方法前，管路中乳化液流量波動(dòng)幅度是±50 L/m；應(yīng)用本文所述乳化液流量控制解耦方法后，管路中乳化液流量波動(dòng)幅度減小到±20 L/m，較原來減小了60%，乳化液流量波動(dòng)幅度的大幅減小，極大地提高了硅鋼的軋制性能。

圖4 應(yīng)用后乳化液流量波動(dòng)照片

4 結(jié)語

實(shí)踐表明，在硅鋼軋制過程中，管路里的乳化液流量相互耦合的場合，通過輸入階躍信號，分別測試出其他管路對某一條管路流量的耦合作用系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出其他管路對該條管路流量的共同耦合作用系數(shù)，然后用其他管路對該條管路流量的共同耦合作用系數(shù)對該管路流量控制的比例增益進(jìn)行修正，從而消除管路之間的耦合影響，取得了優(yōu)良的控制效果。本文所述方法思路清晰、實(shí)用性強(qiáng)，可推廣應(yīng)用于同類或相近的工業(yè)場合。