[发明专利]一种镀锌过程气刀压力实时优化控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种镀锌过程气刀压力实时优化控制方法，以镀层厚度神经网络预测模型为基础，采用基于变时滞时间对应的偏差校正与基于增量PID算法的实时优化技术，提供优良的抗干扰与随动控制效果。当镀层厚度因外界干扰偏离设定值时，基于偏差校正后的镀层厚度预测值与设定值之间的差异，对气刀压力进行实时优化，使镀层厚度保持在设定值附近；当产品切换时，基于未经偏差校正的镀层厚度预测值对气刀压力进行迭代优化，使得镀层厚度紧密跟随设定值的变化曲线快速完成切换过程。本发明通过上述技术有效克服外界干扰给镀层厚度带来的不良影响，并实现不同镀层厚度产品之间的快速切换，可明显减小镀层质量波动，降低过量锌耗，提高镀锌产品的合格率。

技术领域

本发明涉及镀锌工艺技术领域及工业过程实时优化控制技术领域，尤其是涉及一种镀锌过程气刀压力实时优化控制方法及系统。

背景技术

进入二十一世纪，我国正在由钢铁大国迈向钢铁强国。调整产业结构，发展深加工和高附加值产品，提高产品的竞争力是我国钢铁工业的发展方向。

然而，据统计，我国每年因腐蚀报废的金属制品占世界总金属年产量的三分之一，说明解决钢材的腐蚀问题对我国具有非常重要的经济意义。镀锌工艺能够有效的防止钢材腐蚀，延长使用寿命，其锌层厚度控制精度是热镀锌产品质量控制精度的主要内容之一，不管是汽车板用户还是家电板使用厂家，包括钢铁制造商，为了控制生产成本，提高产品质量，都对热镀锌产品的锌层厚度控制水平提出了严格的要求。

镀锌：这里指热镀锌，也叫热浸锌和热浸镀锌，是一种有效的金属防腐方式，主要用于各行业的金属结构设施上。热镀锌是将除锈并经退火工艺后的钢件浸入融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，从而起到防腐蚀的目的。

连续热镀锌生产系统具有以下特点：

(1)镀层厚度值的在线测量需要采用测厚仪，而由于测量工艺原理的限制，需要在镀层锌液冷却后才能获得精确的镀层厚度测量值，为了等待镀层锌液冷却，测厚仪的安装位置常常距离气刀较远，导致气刀处控制作用对镀层厚度的影响需要较长的时间后才能检测到，即系统具有较大的测量滞后。

(2)镀锌过程受到空气动力、边界流层、传热等多个复杂的物理因素作用，最终的锌层厚度和镀层前后均匀性主要受气刀距离、气刀气压、带钢速度等三个变量共同作用的影响，而这些变量对镀层厚度和镀层横向均匀性的影响原理较为复杂，具有较强的非线性，使用传统的机理建模方法很难建立精确的系统模型；

(3)镀锌的生产过程干扰因素众多，比如镀层厚度切换、带钢速度升降、气刀高度，喷嘴缝隙，带钢的温度、板厚、板宽、表面粗糙度，生产线张力，锌锅的温度以及化学成分、带钢板形和带钢抖动等因素的变化都将对镀层厚度和纵向均匀性产生影响，其中镀层厚度切换和带钢速度升降对镀层厚度和纵向均匀性的影响最大。

综上所述，镀锌是一个典型的时变大滞后、非线性、强扰动的生产过程，控制难度大。目前国内大部分钢厂企业主要依赖于操作工的经验采用人工设定刀距与气刀压力设定值并结合底层回路PID的方式进行控制，其操作滞后、控制精度低、锌耗量大、质量波动大，甚至不能保证镀层厚度和镀层均匀度的质量要求。因此，镀层厚度自动控制系统也逐渐在一些企业中得到了运用，其对于提高镀锌厚度控制精度和自动化水平具有一定的作用。从原理上分析，目前镀锌厚度系统普遍采用以气刀压力为主，气刀距离为辅的控制方法，其中气刀距离指的是前后两侧气刀之间的距离。然而，由于镀锌生产过程存在的控制难点，目前的反馈控制方法普遍面临以下两个问题：

1)抗干扰问题