前言
在中厚板軋機(jī)自動(dòng)軋鋼控制系統(tǒng)中，二級(jí)系統(tǒng)（Level2）是整個(gè)系統(tǒng)的控制中樞，一般包括溫度模型、物料跟蹤模型、預(yù)計(jì)算模型、軋制模型等多個(gè)控制模型組成。這幾個(gè)模型之間互相關(guān)聯(lián)，由二級(jí)的控制和無控制功能塊進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和發(fā)送指令，軋機(jī)的計(jì)算功能是整個(gè)二級(jí)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，決定了功能的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)以及軋制效果。
1、初始數(shù)據(jù)PDI
初始數(shù)據(jù)記錄包括所有軋制鋼板所必需的數(shù)據(jù)。為了粗軋機(jī)和精軋機(jī)間鋼板的自動(dòng)排列，必須將下述變量加到初始數(shù)據(jù)記錄里。初始數(shù)據(jù)一般包括鋼坯的化學(xué)成份、材質(zhì)、鋼種、鋼坯號(hào)、鋼坯的長(zhǎng)、寬、厚，鋼坯加熱溫度、加熱時(shí)間、出爐溫度；成品鋼板的目標(biāo)厚度、數(shù)據(jù)模型計(jì)算出來的道次、溫度、軋制代碼、轉(zhuǎn)鋼次數(shù)，冷卻模式、允許的TM排列、軋機(jī)操作、軋制序列等軋制數(shù)據(jù)。是整個(gè)二級(jí)模型計(jì)算的基礎(chǔ)。這些數(shù)據(jù)可以來自L3（MES）企業(yè)信息系統(tǒng)直接通過TCP/IP傳送到L2數(shù)據(jù)庫(kù)中，也可以人工手動(dòng)進(jìn)行輸入。
2、軋制的兩個(gè)主要階段：粗軋階段和精軋階段
軋制只有粗軋或只有精軋或粗軋、精軋（雙機(jī)架軋制）取決于初始數(shù)據(jù)PDI所指示的模式或操作工的選擇模式，有以下四種不同的控制模式。
2.1簡(jiǎn)單模式：這種模式下，粗軋機(jī)先進(jìn)行尺寸軋制和寬邊軋制然后再到精軋機(jī)上精軋。
2.2質(zhì)量模式：.品質(zhì)軋制模式，粗軋機(jī)先進(jìn)行尺寸軋制和大部分寬邊軋制，然后到精軋機(jī)進(jìn)行板面形式控制（PVPC）軋制。如果粗軋機(jī)不能進(jìn)行PVPC軋制，但是操作工已強(qiáng)行進(jìn)行質(zhì)量模式軋制，那么在粗軋機(jī)上進(jìn)行尺寸軋制和寬邊軋制，在精軋機(jī)上進(jìn)行精軋序列。在所有其他情況下，質(zhì)量模式自動(dòng)轉(zhuǎn)換到時(shí)間模式。 通常情況下，質(zhì)量模式的產(chǎn)量小于時(shí)間模式的產(chǎn)量。
2.3時(shí)間模式：.軋制時(shí)間平均分給兩個(gè)軋機(jī)，產(chǎn)量最大。
2.4熱機(jī)軋制TM模式：在粗軋機(jī)上鋼板軋制到TM的中間厚度然后輸送到傳送輥道上冷卻到要求的溫度后，再輸送到精軋機(jī)上進(jìn)一步最終成品軋制。
3、軋機(jī)計(jì)算的設(shè)定功能
軋機(jī)計(jì)算的設(shè)定功能包括兩部分：控制部分和無控制部分，各部分分別執(zhí)行不同的功能，具體描述如下表所示：
3.1控制部分功能描述
3.2無控制部分功能描述
3.3控制部分功能的具體實(shí)現(xiàn)
3.3.1軋制表預(yù)計(jì)算
- 軋制表計(jì)算用于處理粗軋機(jī)和精軋機(jī)，由軋制模型來實(shí)現(xiàn)計(jì)算功能。軋機(jī)由自動(dòng)化系統(tǒng)的模型來控制，不是由操作工操作，可以根據(jù)軋制表進(jìn)行自動(dòng)軋鋼，在發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)，操作工可以手動(dòng)干預(yù)。軋制表計(jì)算步驟流程圖如下：
圖1 軋制表計(jì)算步驟流程圖
3.3.2軋制策略
-
軋制策略是操作工與過程控制和數(shù)學(xué)模型間的連接。軋制策略將確定優(yōu)化道次數(shù)量和合理的軋制力和荷載分布。操作工能手動(dòng)干預(yù)HMI的軋制表計(jì)算，操作工可以輸入下述變量：補(bǔ)償目標(biāo)厚度和寬度、補(bǔ)償雙機(jī)架時(shí)間模式的粗軋機(jī)-精軋機(jī)中間厚度、補(bǔ)償導(dǎo)衛(wèi)、修改軋制表的極限值、RM/FM模式、 PVPC模式、TM排列等。軋制策略，預(yù)計(jì)算，后計(jì)算及自適應(yīng)控制流程圖如下所示：
圖2 軋制策略流程圖
3.3.3 軋制表計(jì)算
軋制表重復(fù)計(jì)算不受軋機(jī)影響。軋制表后計(jì)算應(yīng)用在完成測(cè)量后進(jìn)行后計(jì)算，再用測(cè)量數(shù)據(jù)重復(fù)計(jì)算剛完成的測(cè)量事項(xiàng)，如一個(gè)道次完成后，將使用該道次的測(cè)量數(shù)據(jù)重復(fù)計(jì)算該道次。后計(jì)算的數(shù)據(jù)作為修改模型的基礎(chǔ) ，將擴(kuò)充后計(jì)算和修改以處理軋機(jī)的測(cè)量數(shù)據(jù)。
3.3.4板型和平整度的控制
軋機(jī)的板型和平整度控制算法模型是鋼板質(zhì)量控制的十分重要的模型之一，具有較復(fù)雜的工藝算法和數(shù)學(xué)計(jì)算，模型的有效實(shí)施體現(xiàn)出了設(shè)計(jì)者的水平。軋制表計(jì)算必須考慮在軋機(jī)上使用板型控制和PVPC控制的可能性，也可以使用錐度模型（TAC）即： 多點(diǎn)（7點(diǎn)）設(shè)定非常適合軋制船板和橋梁板使用的變厚度鋼板生產(chǎn)，可以軋制多種厚度不規(guī)則的鋼板，如下圖所示：
圖3 多種厚度軋制示例
3.3.5 MIPA-TM排列
MIPA是指多張鋼板同時(shí)軋制控制，是產(chǎn)能組織的必要手段；TM控制主要是中階段鋼板的溫度控制，在軋制特殊鋼板的時(shí)候必須控制相應(yīng)的溫度以便達(dá)到質(zhì)量水準(zhǔn)。在TM軋制期間，會(huì)使用IC冷卻和ACC冷卻以便于達(dá)到鋼板的目標(biāo)溫度。一次軋一塊鋼板會(huì)減少產(chǎn)線生產(chǎn)能力，影響產(chǎn)線節(jié)奏。為了避免發(fā)生該事件，在粗軋機(jī)和精軋機(jī)間要有等待排列，這樣就可以使多塊鋼板同時(shí)冷卻，等待軋制，意思是只有第一塊TM鋼板和第二塊TM板生產(chǎn)能力會(huì)降低。當(dāng)一連串的TM鋼板列入計(jì)劃后，加熱爐的出鋼序列幾乎與此相同，好像沒有間歇冷卻。當(dāng)前面的鋼板向精軋機(jī)移動(dòng)時(shí)，當(dāng)前單傳輥道上的這塊鋼板會(huì)移到下一個(gè)輥道上，現(xiàn)有的自動(dòng)化系統(tǒng)跟蹤模型會(huì)控制處理此種情況。跟蹤模型控制具有更精細(xì)的輥道分類，這樣就可以自動(dòng)排列更多的鋼板。軋機(jī)進(jìn)度控制必須執(zhí)行自動(dòng)排列鋼板。鋼板的TM排列如下：
圖4 鋼板的TM排列
3.3.5.1軋制序列
通過游蕩達(dá)到冷卻的厚度前，在粗軋機(jī)上軋制批量板中的每塊板。在粗軋機(jī)上軋制下一塊板，當(dāng)達(dá)到冷卻溫度后，連接到粗軋機(jī)和精軋機(jī)間的排列中。剩下的TM鋼板重復(fù)步驟。當(dāng)?shù)谝粔K板的冷卻時(shí)間結(jié)束后，將在精軋機(jī)上軋制。這樣可同時(shí)在粗軋機(jī)和精軋機(jī)上軋制多塊板，兩軋機(jī)間的空間用于冷卻鋼板。
3.3.5.2排列控制
軋制區(qū)域自動(dòng)軋制物料，自動(dòng)排列監(jiān)測(cè)。按照精軋機(jī)確定的行程和粗軋機(jī)后的HMD限定，在HMD前自動(dòng)控制冷卻區(qū)的批量鋼板的往返（游蕩）的。.在冷卻區(qū)增加一塊鋼板是自動(dòng)完成的。在冷卻區(qū)從排列里移出一塊鋼板是自動(dòng)完的。
3.3.5.3排列條件
在排列中同時(shí)處理鋼板的數(shù)量取決于下述參數(shù)：
⑴ 冷卻間歇必須是一致的即接近相等
⑵ 游蕩期間的鋼板長(zhǎng)度總合小于游蕩用的輥道長(zhǎng)度
⑶冷卻時(shí)間 > Σ 粗軋機(jī)總的時(shí)間(鋼板數(shù)量2 ~ N）
⑷冷卻時(shí)間> Σ精軋機(jī)總的時(shí)間（鋼板數(shù)量2 ~ N）
3.4無控制部分功能的具體實(shí)現(xiàn)
3.4.1HMI界面
所有與操作工的通訊使用基礎(chǔ)自動(dòng)化的終端。操作工可以通過HMI進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的觀察，并通過HMI進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入輸出互動(dòng)，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行必要的干預(yù)等。原則上，操作工能調(diào)用兩個(gè)不同型號(hào)的掩碼：過程控制掩碼和Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中的初始數(shù)據(jù)、軋制序列和測(cè)量數(shù)據(jù)存檔的掩碼，這些掩碼也包括HMI、PVPC、彎輥、.處理TM排列信息的變量等。
3.4.2物料跟蹤
物料跟蹤控制是軋機(jī)基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要組成部分。物料跟蹤的基本功能是跟蹤鋼坯從裝爐開始，經(jīng)過出爐、經(jīng)過軋機(jī)區(qū)域，從除磷入口處輥道開始直到熱矯直機(jī)出口輥道。物料跟蹤主要以鋼板號(hào)為主鍵，準(zhǔn)確記錄鋼板的頭尾位置和鋼板在輥道上的長(zhǎng)度位置等。
3.4.3記錄
軋制過程中所有的數(shù)據(jù)并形成記錄進(jìn)行存儲(chǔ)，主要有運(yùn)行記錄、測(cè)量記錄、校準(zhǔn)記錄等。
3.4.4通訊
軋機(jī)系統(tǒng)要求通訊流程，每個(gè)方向有單獨(dú)的流程，主要通訊包括：與L3、L1級(jí)的通訊，與IC、測(cè)厚儀、ACC、矯直機(jī)的通訊，還包括與HMI的通訊等。以TCP/IP的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，編制相應(yīng)的報(bào)文代碼，從L2傳送到各個(gè)設(shè)備中樞。接口通訊如下表所例：
4、小結(jié)
目前國(guó)內(nèi)大部分的中厚板軋機(jī)二級(jí)控制系統(tǒng)是由西門子設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，具有較為成熟的方案和實(shí)施案例，在各大鋼企的運(yùn)行較為穩(wěn)定。本文簡(jiǎn)要介紹了二級(jí)主要功能設(shè)計(jì)思路，并對(duì)各功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了解釋，希望能夠?qū)δＰ偷睦斫庥兴鶐椭?br />
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