连退机组入口活套钢卷信息的关联和截取方法 【技术领域】
本发明涉及连退机组入口活套钢卷信息的关联和截取方法。
背景技术
生产过程质量控制是利用生产过程的动态信息进行质量预测和质量控制。在具备足够和健全的过程信息采集系统前提下，经过富有成效的数据挖掘工作和质量模型创建之后，具有实时、精确的各类原始信息，是预报产品质量的必要条件。生产过程质量控制的基础是对生产过程产品质量的预测，由于各类信息系统逐步的建立和健全，使得分析产品质量与设备状态、工艺过程的关系以及实时地预测产品质量成为可能。只有对未来产品质量参数进行估计，才能在产品质量发生问题前调整生产过程，真正达到提高产品质量、降低成本的目的。
对于常规的诊断和预测方法来说，成功的预测或判断需要多个相关变量的有机组合，这就需要对这些变量进行同步获取，以便进行诊断模型的计算。然而对于以产品质量为目标的预测和诊断方法而言，其信息获取的关键恰恰不是同步获取的问题，而是分布在生产线空间数据的异地异时获取，即将各个传感器采样得到的多个时间序列数据根据其时间、空间上的相关性以及对产品质量结果的影响，抽取相应的子序列，组成模型计算的样本集合。这是因为对于连续化生产来说，对某一质量指标有影响的因素，可能是不同工艺参数或设备参数在不同时间段上的变化情况。而在连退机组中一些系统原始数据的采集并未和钢卷信息相结合，两者是相对独立的，这就给相关数据集的关联带来困难。并且由于目前已有的生产控制系统、质量控制系统、设备监测系统、生产管理系统及检验和化验信息系统建立于不同的历史阶段，所有平台的异同、数据采集策略的异同和记录方式的异同，加剧了相关信息的截取难度。给产品质量的预警带来了困难。
连退机组入口活套用以保证连退机组中央工艺段带钢的连续稳定运行，使其不因入口段焊机焊接时钢卷停止输送而造成对工艺段带钢运行速度的影响。因此，入口活套的套量，即所容纳的钢卷长度需要及时快速地充入，并保持稳定的输出，这使得入口活套空间内带钢的运动、及其与辊系相对位置的定位比较复杂，需要研究其关联定位的方法。需要说明是的是，通常情况下钢卷在活套空间的充套加速度和放套加速度在大小上一致，而方向相反，如果加速度大小不一致，本发明原理仍适用。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种连退机组入口活套钢卷信息的关联和截取方法，利用本方法将钢卷信息与连退机组信息相关联，建立钢卷质量模型和过程诊断模型，用于指导生产、预警故障、追溯事故和质量缺陷分析等目的，进一步提高产品质量和生产效率。
连退机组入口活套用以保证中央工艺段得到连续匀速的钢卷，不因焊机作业而停止输送钢卷，这需要入口活套维持一定的套量，在释放套量后能尽快地充入。因此钢卷在活套中运行复杂，钢卷信息与活套中辊的状况难以关联和截取，本发明利用中央工艺段的一个焊缝所标志的卷头位置时刻信息，借助相关的速度、加速度、活套小车的高度以及卷头离开焊接位置的长度等信息，提出解决钢卷信息与连退机组入口活套中任意位置的关联和截取问题，为进一步研究卷质量信息与入口活套空间的动态预警奠定了基础
为解决上述技术问题，本发明连退机组入口活套钢卷信息的关联和截取方法，连退机组包括HF工艺段、钢卷焊接位置，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、设定钢卷质量信息与钢卷号相关联，钢卷出口卷号Coil_Ex_No与入口卷号Coil_En_No相对应，钢卷地检化验信息、缺陷信息以钢卷出口卷号为准，钢卷材质信息取自对应的入口卷号钢卷的材质信息，钢卷卷头以钢卷焊缝为标志，上述构成钢卷与质量相关的基本信息；
步骤二、定义相关参数，钢卷缺陷分析与设备状态信息、工艺过程信息密切相关，入口卷在连退生产线上各个位置所经历的数据取决于入口卷长度和钢卷的运行速度，入口卷在生产线上从入口到入口活套空间某位置的对应关系与钢卷的长度、各执行元件在连退机组的空间相对位置紧密相关，相关参数定义如下表：
步骤三、计算焊缝所标志的钢卷卷头距焊接位置的钢卷长度，根据钢卷充套的不同时间点，即卷头开始从t0时刻以加速度a加速离开焊缝位置，在t1时刻活套入口端钢卷速度达到钢卷在活套出口工艺段的运行速度V1，此后从t1时刻开始充套，此时活套入口端的钢卷继续加速，到t2时刻达到最大速度V2，保持V2速度到t3时刻后，以加速度a开始减速，在t4时刻减速到钢卷在工艺段运行速度，完成充套，此后，钢卷在活套入口端和出口端都保持稳定速度V1，因此卷头距离焊接位置的钢卷长度L为：
L＝at2/2 当0＜t＜t2
L＝V2t2/2+V2(t-t2) 当t2＜t＜t3
L＝V2t2/2+V2(t3-t2)+{V2+[V2-a(t-t3)]}(t-t3)/2 当t3＜t＜t4
L＝V2t2/2+V2(t3-t2)+(V2+V1)(t4-t3)/2+V1(t-t4) 当t4＜t (1)
套量LELP是入口活套最大充套钢卷长度，为已知值，其由式(2)表示：
LELP＝(V2-V1)(t2-t1)/2+(V2-V1)(t3-t2)+(V2-V1)(t4-t3)/2
＝(V2-V1)(t2-t1)+(V2-V1)(t3-t2)
＝(V2-V1)(t3-t1) (2)
而t1＝V1/a (3)
t2＝V2/a (4)
t4＝t3+(V2-V1)/a (5)
由式(2)和式(3)联合可求得t3，
t3＝LELP/(V2-V1)+V1/a (6)
计算在t1、t2、t3、t4时刻，卷头离开焊接位置的钢卷长度，根据公式(1)计算得到的钢卷长度分别为：
L1=V12/2a---(7)]]>
L2=V22/2a---(8)]]>
L3=V22/2a+V2LELP/(V2-V1)+V2V1/a---(9)]]>
L4=(2V2V1-V12)/2a+V2LELP/(V2-V1)---(10)]]>
步骤四、根据焊缝信息Leave_HF_Moment、vcen和LexHF，计算焊缝所标志的卷头到达入口活套出口的时刻tex为：
tex=(Leave_HF_Moment)-LexHF/vcen---(11)]]>
步骤五、计算卷头在焊接位置，且将要离开的时刻tw，根据tex时刻入口活套中活套小车的高度，依据公式(1)计算入口活套出口端距离焊接位置之间的钢卷长度L，将L与公式(7，8，9，10)中求得的L1、L2、L3、L4相比较，从而依据钢卷运行长度与时间增长的单调性关系确定卷头从离开焊接位置到达活套出口所经历的时间Δtex所在的时间区间，由此根据公式(1)确定Δtex的大小：
当L＜L2时，Δtex=2L/a---(12)]]>
当L2＜L＜L3时，Δtex＝L/V2+V2/2a (13)
当L3＜L＜L4时，Δtex满足下式：
a(Δtex-t3)2/2-V2(Δtex-t3)=V2LELP/(V2-V1)+(2V1V2-V22)/2a-L---(14)]]>
从公式(14)求得这个二项式的最小解，即得到Δtex；
当L＞L4时，Δtex＝t4+(L-L4)/V1 (15)
结合公式(5、10)求得公式(15)中的待求值Δtex
从而，借助公式(11)，卷头在焊接位置将要离开的时刻tw为：
tw=(Leave_HF_Moment)-LexHF/vcen-Δtex---(16)]]>
步骤六、根据某时刻入口活套空间内活套小车高度所决定的该时刻某辊n的位置距离焊接位置的钢卷长度，参照公式(1、3、4、5、6)，求取公式(1)的逆解，得到该时刻相对于tw的时间长度Δt，从而依据公式(16)确定焊缝所标志的卷头到达该辊的时刻t为：
t=Δt+[(Leave_HF_Moment)-LexHF/vcen-Δtex]---(17)]]>
依据t确定任意时刻在入口活套空间中，卷头到达任意辊的时刻；
步骤七、重复步骤三至步骤六，求得下一个钢卷的卷头到达入口活套空间任意辊的时刻t′，即步骤三至步骤六所关联钢卷的卷尾到达入口活套空间任意辊的时刻t′，从而确定钢卷到达和离开入口活套空间任意辊的时间区间(t，t′)，实现钢卷与入口活套空间任意辊的位置关联，实现钢卷信息与此时段区间的设备状态的紧密联系。
由于本发明连退机组入口活套钢卷信息的关联和截取方法采用了上述技术方案，即设定钢卷信息与设备、工艺等信息关联，并定义钢卷和设备的各项相关参数，通过计算焊缝所标志的钢卷卷头距焊接位置的钢卷长度、焊缝所标志的卷头到达入口活套出口的时刻、计算焊缝所标志的卷头在焊接位置，且将要离开的时刻、卷头从离开焊接位置到达活套出口所经历的时间所在的时间区间、焊缝所标志的卷头在焊接位置将要离开的时刻、在某时刻焊缝所标志的卷头到达活套小车高度所决定的某辊的时刻，该卷头到达某辊的时刻反映了任意时刻在入口活套空间中，焊缝所标志的卷头到达任意辊的时刻，同理，求得下一钢卷焊缝所标志的卷头到达入口活套空间任意辊的时刻，该时刻即为前一钢卷的卷尾到达入口活套空间任意辊的时刻，从而确定了钢卷到达和离开入口活套空间任意辊的时间区间，实现了钢卷与入口活套空间任意辊的位置关联，实现钢卷信息与此时段区间的设备状态的紧密联系。利用本方法将钢卷信息与连退机组信息相关联，建立钢卷质量模型和过程诊断模型，用于指导生产、预警故障、追溯事故和质量缺陷分析等目的，进一步提高产品质量和生产效率。
【附图说明】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本方法入口活套入口端钢卷运行情况示意图，
【具体实施方式】
本发明连退机组入口活套钢卷信息的关联和截取方法，连退机组包括HF工艺段、钢卷焊接位置，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、设定钢卷质量信息与钢卷号相关联，钢卷出口卷号Coil_Ex_No与入口卷号Coil_En_No相对应，钢卷的检化验信息、缺陷信息以钢卷出口卷号为准，钢卷材质信息取自对应的入口卷号钢卷的材质信息，钢卷卷头以钢卷焊缝为标志，上述构成钢卷与质量相关的基本信息；
步骤二、定义相关参数，钢卷缺陷分析与设备状态信息、工艺过程信息密切相关，入口卷在连退生产线上各个位置所经历的数据取决于入口卷长度和钢卷的运行速度，入口卷在生产线上从入口到入口活套空间某位置的对应关系与钢卷的长度、各执行元件在连退机组的空间相对位置紧密相关，相关参数定义如下表：
步骤三、钢卷在入口活套中运行的情况简要描述如下：
如图1所示，焊机焊接好钢卷后，焊缝所标志的卷头开始从t0时刻以加速度a加速离开焊机，卷头在到达入口活套入口端后，后续的钢卷在活套入口端继续以加速度a进入活套，在t1时刻活套入口端钢卷速度达到钢卷在活套出口工艺段的运行速度V1，此后从t1时刻开始充套，活套入口端的钢卷继续加速，到t2时刻，钢卷达到最大速度V2，保持V2速度到t3时刻后，钢卷以加速度a开始减速，在t4时刻减速到钢卷在工艺段的运行速度，完成充套，此后，钢卷在活套入口端和出口端都保持稳定速度V1，入口活套小车高度保持不变，直到下一个钢卷要焊接时，开始放套，即活套入口端钢卷减速，直到钢卷停止并开始焊接，在焊接好后，钢卷开始加速运行；图中CABF所包围的梯形面积就是放套量，而FGHI所包围的梯形面积是充套量，理论上两个梯形面积是相等的。
而活套速度由它所临近的入口端速度Ven和出口端速度Vex，即工艺段速度V1决定。向活套内送入带钢的速度Ven为活套入口速度，即活套1#张紧辊的速度；从活套内取走带钢的速度Vex为活套出口速度，即活套2#张紧辊的速度；活套速度Ve可定义为活套入口速度和出口速度之差，同时考虑到入口活套为m层活套，活套的速度设定应为[Ve＝(Ven-Vex)/m]，显然，当Ve＞0，活套呈充套状态，反之则呈放套状态。
焊缝所标志的卷头在活套里的运动复杂，而且没有焊缝在入口活套内某位置的相关信息，只能凭借临近入口活套的中央工艺段的“卷头离开HF段的时刻”这个唯一的焊缝信息推导入口活套与中央工艺段交接的边界信息。然后根据活套入口端进入的钢卷量和活套高度来计算卷头所在的位置。
因此焊缝所标志的钢卷卷头距焊接位置的钢卷长度，根据钢卷充套的不同时间点，即卷头开始从t0时刻以加速度a加速离开焊缝位置，在t1时刻活套入口端钢卷速度达到钢卷在活套出口工艺段的运行速度V1，此后从t1时刻开始充套，此时活套入口端的钢卷继续加速，到t2时刻达到最大速度V2，保持V2速度到t3时刻后，以加速度a开始减速，在t4时刻减速到钢卷在工艺段运行速度，完成充套，此后，钢卷在活套入口端和出口端都保持稳定速度V1，因此卷头距离焊接位置的钢卷长度L为：
L＝at2/2 当0＜t＜t2
L＝V2t2/2+V2(t-t2) 当t2＜t＜t3
L＝V2t2/2+V2(t3-t2)+{V2+[V2-a(t-t3)]}(t-t3)/2 当t3＜t＜t4
L＝V2t2/2+V2(t3-t2)+(V2+V1)(t4-t3)/2+V1(t-t4) 当t4＜t (1)
套量LELP是入口活套最大充套钢卷长度，为已知值，其由式(2)表示：
LELP＝(V2-V1)(t2-t1)/2+(V2-V1)(t3-t2)+(V2-V1)(t4-t3)/2
＝(V2-V1)(t2-t1)+(V2-V1)(t3-t2)
＝(V2-V1)(t3-t1) (2)
而t1＝V1/a (3)
t2＝V2/a (4)
t4＝t3+(V2-V1)/a (5)
由式(2)和式(3)联合可求得t3，
t3＝LELP/(V2-V1)+V1/a (6)
计算在t1、t2、t3、t4时刻，卷头离开焊接位置的钢卷长度，根据公式(1)计算得到的钢卷长度分别为：
L1=V12/2a---(7)]]>
L2=V22/2a---(8)]]>
L3=V22/2a+V2LELP/(V2-V1)+V2V1/a---(9)]]>
L4=(2V2V1-V12)/2a+V2LELP/(V2-V1)---(10)]]>
步骤四、根据焊缝信息Leave_HF_Moment、vcen和LexHF，计算焊缝所标志的卷头到达入口活套出口的时刻tex为：
tex=(Leave_HF_Moment)-LexHF/vcen---(11)]]>
步骤五、计算卷头在焊接位置，且将要离开的时刻tw，根据tex时刻入口活套中活套小车的高度，依据公式(1)计算入口活套出口端距离焊接位置之间的钢卷长度L，将L与公式(7、8、9、10)中求得的L1、L2、L3、L4相比较，从而依据钢卷运行长度与时间增长的单调性关系确定卷头从离开焊接位置到达活套出口所经历的时间Δtex所在的时间区间，由此根据公式(1)确定Δtex的大小：
当L＜L2时，Δtex=2L/a---(12)]]>
当L2＜L＜L3时，Δtex＝L/V2+V2/2a (13)
当L3＜L＜L4时，Δtex满足下式：
a(Δtex-t3)2/2-V2(Δtex-t3)=V2LELP/(V2-V1)+(2V1V2-V22)/2a-L---(14)]]>
从公式(14)求得这个二项式的最小解，即得到Δtex；
当L＞L4时，Δtex＝t4+(L-L4)/V1 (15)
结合公式(5、10)求得公式(15)中的待求值Δtex
从而，借助公式(11)，卷头在焊接位置将要离开的时刻tw为：
tw=(Leave_HF_Moment)-LexHF/vcen-Δtex---(16)]]>
步骤六、根据某时刻入口活套空间内活套小车高度所决定的该时刻某辊n的位置距离焊接位置的钢卷长度，参照公式(1、3、4、5、6)，求取公式(1)的逆解，得到该时刻相对于tw的时间长度Δt，从而依据公式(16)确定焊缝所标志的卷头到达该辊的时刻t为：
t=Δt+[(Leave_HF_Moment)-LexHF/vcen-Δtex]---(17)]]>
依据t确定任意时刻在入口活套空间中，卷头到达任意辊的时刻；
步骤七、重复步骤三至步骤六，求得下一个钢卷的卷头到达入口活套空间任意辊的时刻t′，即步骤三至步骤六所关联钢卷的卷尾到达入口活套空间任意辊的时刻t′，从而确定钢卷到达和离开入口活套空间任意辊的时间区间(t，t′)，实现钢卷与入口活套空间任意辊的位置关联，实现钢卷信息与此时段区间的设备状态的紧密联系。
本发明连退机组入口活套钢卷信息的关联和截取方法设定钢卷信息与设备、工艺等信息关联，并定义钢卷和设备的各项相关参数，通过计算焊缝所标志的钢卷卷头距焊接位置的钢卷长度、焊缝所标志的卷头到达入口活套出口的时刻、计算焊缝所标志的卷头在焊接位置，且将要离开的时刻、卷头从离开焊接位置到达活套出口所经历的时间所在的时间区间、焊缝所标志的卷头在焊接位置将要离开的时刻、在某时刻焊缝所标志的卷头到达活套小车高度所决定的某辊的时刻，该卷头到达某辊的时刻反映了任意时刻在入口活套空间中，焊缝所标志的卷头到达任意辊的时刻，同理，求得下一钢卷焊缝所标志的卷头到达入口活套空间任意辊的时刻，该时刻即为前一钢卷的卷尾到达入口活套空间任意辊的时刻，从而确定了钢卷到达和离开入口活套空间任意辊的时间区间，实现了钢卷与入口活套空间任意辊的位置关联，实现钢卷信息与此时段区间的设备状态的紧密联系。利用本方法将钢卷信息与连退机组信息相关联，建立钢卷质量模型和过程诊断模型，用于指导生产、预警故障、追溯事故和质量缺陷分析等目的，进一步提高产品质量和生产效率。