中厚板层流冷却系统水流量的动态调节

　　l控制问题描述

　　控制轧制和控制冷却工艺的成功应用是现代钢铁王业最大的技术成就之一，ASTM和JIS已经把这一工艺收入标穗之中，命名为TMCP(Thermo-Mechanical Control Process)[1-2]。层流冷却装置是热轧板带生产过程中普遍采用的控冷设备，其手动调节阀和电动调节阀的结构特性、水箱水位、管路设计等因素都将影响冷却水的流量和冷却质量，电动调节阀更是关键。

　　调节阀是一个局部阻力可变的节流元件[3]。对于不可压缩流体，由能量守恒原理可得调节阀流量方程：

　　式中，Q为流体体积流量;众失与单位裁有关的常数;F为调节阀流通截面积;P1、P2为调节阋前后压力;ρ为流体密度;εv为调节阀阻力系数。

　　式(1)表明，当(P1一P2)/ρ保持不变时，εv减小，流量Q增大;反之，εv增大，流量Q减小。调节阀就是按照输入信号通过改变阀芯行程来改变阻力系数，从而达到调节流量的目的[3].

　　通过调节阀的流量不仅取决予阀的开口度，而且也决定予阀前后的压差和所在管路系统的工作情况。调节阀与工艺设备串联工作时，调节阀上的压降只是管道系统总压降的一部分,为分析方便，只考虑阀的开口度对流量的影响。冷却设备结构及阀组分布如图l所示。手动和电动调节阀与管路布置为串联管系形式.

　　由于中厚板控制冷却区域短，且流量调节阀具有镶大的磁滞特性，故很难应用反馈控制方式。另外，流量调节阀的非线性特性，在调节阀精度偏差大时很容易导致超调。本文以某中厚板厂密集管层流冷却系统为背景，针对多集管多流量计冷.却系统，结合现场实际，分析得出调节阀开口度一流量曲线单调递增的特性，编制PLC程序实现了流量数据的自动采集，流量一开口度关系的自动建.立，及权重系数的动态调整，从而显著提高了控制流量精度。这套冷却系统共设置24组集管、48个流量计，流量标定工作可在40min内全部完成。

　　2流量数据的自动采集

　　PLC编程环境为Step7一SCL。

　　手动蝶阀打开到100%，零阻尼。高位水箱水位稳定在1600mm左右。电动调节阀初始状态为关闭，每隔10s打开1%直到50%，同时记录上下集管流量实时数据到DB模块，相当于建立了一个开口度一实际流量表格，可以用于查找某流量设定值相对应的开口度，为进一步的数据处理做准备。根据实际数据绘制的调节阀工作流量特性曲线见图2。

　　从图2可知，调节阀流量与开口度的关系为单调递增。据此关系可以直接采用线性插值或拟合流量曲线的方法来计算出开口度设定值。但是，由于调节阀工作状态的改变，其工作流量特性曲线会随时改变，因此根据原始数据得出的计算结果难以保证流量的控制精度。放提出采用动态调节控制方式来改进该传统控制模式。