一种轴承钢丝盘卷热处理均匀控制方法及系统与流程

本发明涉及金属材料热处理温度控制，尤其涉及一种轴承钢丝盘卷热处理均匀控制方法及系统。

背景技术：

1、在金属材料热处理温度控制领域，轴承钢丝通常以盘卷形式装入热处理炉，现有方案一般根据钢种和目标热处理工艺预先设置升温曲线、加热功率、循环风量、保温温度和保温时长，并通过炉膛测温元件采集炉温；炉温控制器根据设定温度与实测炉温之间的偏差调节加热输出，部分热处理炉还按照炉内区域分别控制加热功率或循环风量。

2、同一炉次装入多个盘卷时，各盘卷的重量、内径、外径和钢丝直径可能不同，盘卷中心至边缘的传热路径及卷层换热条件也会随之变化；不同盘卷还可能处于不同炉位，并对应不同的加热分区和循环风路，若继续采用统一热处理参数或直接比较各炉位的实测温度，盘卷结构形成的正常温度响应差异容易与炉位条件形成的温度偏差相互混淆。

3、现有方案多根据炉温、单个测温点温度或预设保温时长进行控制，对同一盘卷的径向温差、不同盘卷之间的炉位间温差及其连续变化缺少联合判定；加热功率或循环风量调节后，执行结果与盘卷实际温差变化之间也缺少连续核对，容易出现分区控制状态与盘卷均热状态衔接不一致，以及炉温达到保温条件而部分盘卷尚未形成稳定均热状态的情况。

4、因此，需要解决在不同结构参数和炉内位置的盘卷同炉热处理条件下，盘卷温度比较、分区控制与实际均热状态之间难以形成连续对应关系的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轴承钢丝盘卷热处理均匀控制方法，包括：

2、s100、获取多个盘卷的结构参数、炉内位置、热处理阶段及炉位与加热分区、循环风路的对应关系；根据所述结构参数确定热响应状态，根据所述炉内位置和对应关系确定分区控制属性，生成盘卷控制关联记录；

3、s200、基于所述盘卷控制关联记录获取同一时刻的中心代表温度、边缘代表温度和盘卷代表温度；根据所述热响应状态确定盘卷温度比较关系，按照所述盘卷温度比较关系生成径向温差和炉位间温差，并根据两类温差的连续变化生成盘卷温差状态；

4、s300、基于所述盘卷温差状态和分区控制属性识别温度偏差类型；按照所述热处理阶段的允许调节范围，将所述温度偏差类型转换为分区控制指令并发送至加热执行机构或循环风量执行机构；

5、s400、根据所述分区控制指令的执行回执和执行后的温度测量值更新所述盘卷温差状态，生成控制有效性状态；当所述控制有效性状态为有效且盘卷连续满足均热条件时确定有效保温起点和保温延长时间；满足结束条件时输出热处理完成状态，否则将更新后的盘卷温差状态返回s300。

6、进一步地，所述结构参数包括盘卷标识、重量、内径、外径和钢丝直径；根据所述重量确定热容量状态，根据所述外径与内径之间的差值确定径向传热路径状态，根据所述钢丝直径确定卷层换热状态；按照所述热处理阶段关联所述热容量状态、径向传热路径状态和卷层换热状态，生成所述热响应状态。

7、进一步地，所述盘卷控制关联记录包括盘卷标识、热响应状态、炉位、测温通道、加热分区和循环风路；根据所述炉位确定对应的测温通道，根据所述加热分区确定加热功率调节对象，根据所述循环风路确定循环风量调节对象，生成所述分区控制属性。

8、进一步地，所述盘卷温度比较关系的确定包括：将热响应状态相同的盘卷划分为同一温度比较组，比较同一温度比较组内的盘卷代表温度；对于热响应状态不同的盘卷，分别计算盘卷代表温度与所述热处理阶段对应的参考温度之间的偏差，并比较所述偏差；根据同一温度比较组内的比较结果和不同热响应状态盘卷的偏差比较结果生成所述炉位间温差。

9、进一步地，计算所述中心代表温度与边缘代表温度之间的差值，生成所述径向温差；按照采集时刻排列所述径向温差和炉位间温差，分别比较相邻控制周期的径向温差和炉位间温差，生成温差变化方向和温差变化速率；根据两类温差、温差变化方向和温差变化速率生成所述盘卷温差状态。

10、进一步地，所述温度偏差类型包括整体升温滞后、径向温度不均、炉位间温度不均和复合温度偏差；根据盘卷代表温度与所述参考温度之间的偏差识别整体升温滞后，根据所述径向温差识别径向温度不均，根据所述炉位间温差识别炉位间温度不均；至少两种温度偏差在同一控制周期内同时存在时，识别为复合温度偏差。

11、进一步地，将所述整体升温滞后转换为对应加热分区的加热功率调节量，将所述径向温度不均转换为对应循环风路的循环风量调节量，将所述炉位间温度不均转换为对应加热分区的加热功率调节量或对应循环风路的循环风量调节量，将所述复合温度偏差转换为加热功率调节量和循环风量调节量；按照所述允许调节范围限制各调节量，生成所述分区控制指令。

12、进一步地，当多个盘卷对应同一加热分区或循环风路时，按照所述盘卷控制关联记录获取所述多个盘卷的温度偏差类型、温差变化方向和温差变化速率；对调节方向相同的调节量进行合并，对调节方向相反的调节量按照所述热处理阶段和温度偏差类型进行选择；将选择后的调节量限制在所述允许调节范围内，生成对应加热分区或循环风路的分区控制指令。

13、进一步地，在所述径向温差和炉位间温差中，与所述分区控制指令对应的温差沿预期调节方向变化时生成有效状态，与所述分区控制指令对应的温差未沿预期调节方向变化时生成无效状态，与所述分区控制指令对应的温差沿预期调节方向的相反方向变化时生成反向状态；将所述有效状态、无效状态或反向状态记录为所述控制有效性状态；在所述有效状态下，根据多个盘卷连续满足均热条件的起始时刻确定所述有效保温起点，根据所述有效保温起点与基准保温起点之间的时间差确定所述保温延长时间。

14、本发明还提供一种轴承钢丝盘卷热处理均匀控制系统，包括：

15、关联记录生成模块，用于获取多个盘卷的结构参数、炉内位置、热处理阶段及炉位与加热分区、循环风路的对应关系，根据所述结构参数确定热响应状态，根据所述炉内位置和对应关系确定分区控制属性，生成盘卷控制关联记录；

16、温差状态生成模块，连接所述关联记录生成模块，用于基于所述盘卷控制关联记录获取同一时刻的中心代表温度、边缘代表温度和盘卷代表温度，根据所述热响应状态确定盘卷温度比较关系，按照所述盘卷温度比较关系生成径向温差和炉位间温差，并根据两类温差的连续变化生成盘卷温差状态；

17、分区控制模块，分别连接所述关联记录生成模块和温差状态生成模块，用于基于所述盘卷温差状态和分区控制属性识别温度偏差类型，按照所述热处理阶段对应的允许调节范围，将所述温度偏差类型转换为分区控制指令，并发送至加热执行机构或循环风量执行机构；

18、反馈控制模块，分别连接所述温差状态生成模块和分区控制模块，用于根据所述分区控制指令的执行回执和执行后的温度测量值更新所述盘卷温差状态，生成控制有效性状态；当所述控制有效性状态为有效且盘卷连续满足均热条件时，确定有效保温起点和保温延长时间；满足结束条件时输出热处理完成状态，否则将更新后的盘卷温差状态发送至所述分区控制模块。

19、本发明的关键创新点包括：

20、（1）将盘卷重量、内径、外径和钢丝直径形成的热响应状态作为盘卷温度比较关系的约束条件，对热响应状态相同的盘卷比较盘卷代表温度，对热响应状态不同的盘卷比较其相对于热处理阶段参考温度的偏差，并结合径向温差、炉位间温差及其连续变化形成盘卷温差状态。

21、（2）将盘卷温差状态与盘卷标识、炉位、加热分区和循环风路形成的分区控制属性相匹配，按照整体升温滞后、径向温度不均、炉位间温度不均和复合温度偏差选择加热功率调节量、循环风量调节量或二者的联合调节，并对共用加热分区或循环风路的多个盘卷进行调节方向合并或冲突选择。

22、（3）将分区控制指令的执行回执与执行后的径向温差和炉位间温差进行对应比较，根据两类温差是否沿调节方向变化形成控制有效性状态，并将有效状态与多个盘卷连续满足均热条件共同作为有效保温起点及保温延长时间的确定依据，未满足结束条件时将更新后的盘卷温差状态返回分区控制过程。

23、以下为其主要的有益效果：

24、（1）通过热响应状态限定不同盘卷的温度比较方式，可减少因盘卷重量、卷径和钢丝直径不同而将正常热响应差异误认为炉位温度偏差的情况；由径向温差、炉位间温差及其连续变化形成的盘卷温差状态，可同时反映盘卷内部温度分布和不同炉位之间的温度响应。

25、（2）通过盘卷温差状态与加热分区、循环风路之间的对应关系，可将不同温度偏差落实到相应加热执行机构或循环风量执行机构；对共用执行对象的调节方向进行合并或冲突选择，可减少多个盘卷提出相反调节要求时形成的控制冲突。

26、（3）通过核对分区控制指令执行前后的两类温差，可区分有效调节、无效调节和反向调节，并据此衔接下一控制周期；将控制有效性状态与连续均热状态共同用于确定有效保温起点，使保温延长时间与多个盘卷的实际温差收敛过程形成对应关系。