Title

MODELAMENTO E MELHORIAS NO CONTROLE DINÂMICO DOS FORNOS DE REAQUECIMENTO DE PLACAS DA LINHA DE TIRAS A QUENTE DA USIMINAS

MODELLING AND IMPROVEMENT IN DYNAMIC CONTROL AT REHEATING FURNACE OF HOT STRIP MILL PLANTS OF USIMINAS

Authorship

Teixeira, Marcos Henrique; Jota, Fábio Gonçalves; Chamonge, Fábio Tavares; Oliveira, Carlos Augusto Souza de

Teixeira, Marcos Henrique

I am this author

Jota, Fábio Gonçalves

I am this author

Chamonge, Fábio Tavares

I am this author

Oliveira, Carlos Augusto Souza de

I am this author

DOI

10.5151/2594-5297-0035

Downloads

Abstract

Este trabalho apresenta melhorias desenvolvidas no controle dinâmico dos Fornos de Reaquecimento de Placas da Linha de Tiras a Quente da Usiminas. Além da modelagem das principais malhas de controle que compõem o processo e da metodologia de projeto, também são apresentadas estratégias baseadas em técnicas de controle avançado. Os modelos matemáticos, definidos como funções de transferência no domínio de Laplace, foram determinados das malhas de vazão e temperatura. Para este propósito foram utilizados os métodos da resposta complementar e dos mínimos quadrados. A partir dessas funções de transferência foi realizada a sintonia das malhas de vazão e temperatura e implementadas novas estratégias de controle (controle chaveado e antecipatório). Essas estratégias minimizaram os efeitos do atraso puro de tempo na variabilidade da variável controlada. O controle antecipatório e a matriz de ganhos relativos foram utilizados para reduzir e avaliar os fenômenos de perturbação e o acoplamento entre as zonas. O projeto dos controladores foi testado na planta e, posteriormente, submetido a um avaliador de desempenho. Os resultados obtidos confirmam a melhoria de desempenho das malhas e um ganho de eficiência nos controles, que proporcionaram uma redução mensal de 3,74 % no consumo do combustível.

In this paper, it is presented the improvement developed in dynamic control at reheating furnace of hot strip mill plants of Usiminas. Moreover the modeling of the main control loops which compose the process (14 flowrate and 6 temperature) and from the design methodology, alternative control strategies, based on advanced control techniques, are also presented. The mathematical models (defined as transfer functions in Laplace domain) are derived from the before mentioned flowrate and temperature control loops. For this purpose, percent incomplete response and least squares are used in the walking beam reheating furnace of hot strip mill plants of Usiminas. Based on those transfer functions, the tuning of the temperature and flow controllers and the implementation of the new control strategies (switch control, feedforward, Smith predictor) have been made. The efficiency of these new strategies has minimized the effects of the pure time delay on the variability of the controlled variable. The feedforward control and the relative gain array have been used to reduce and evaluated the perturbation phenomenon and the couple between the zones. The designed controllers were tested on the real plant and, later, submitted to an evaluation by means of the “Online Performance Assessment” algorithm developed at GCPI/UFMG. The obtained results confirm the improvement in the control system performance getting fuel consumption saved of 3,74%.

Keywords

Forno de reaquecimento; Avaliação de desempenho; Controle avançado.

Temperature control; Reheating furnace; Advanced control; Performance assessment