軋鋼產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統物料跟蹤模型的設計與實(shí)現

　　物料跟蹤控制是軋機基礎自動(dòng)化系統的主要組成部分。物料跟蹤的基本功能是跟蹤鋼坯從裝爐開(kāi)始，經(jīng)過(guò)出爐、經(jīng)過(guò)軋機區域，從除磷入口處輥道開(kāi)始直到熱矯直機出口輥道。物料跟蹤主要以鋼板號為主鍵，準確記錄鋼板的頭尾位置和鋼板在輥道上的長(cháng)度位置等。

　　物料跟蹤系統的基礎數據主要來(lái)源于現場(chǎng)的一次檢測儀表、傳感器等，如熱檢（HMD），光電開(kāi)關(guān)，速度變送器等。這些檢測儀表將鋼板的位置、輥道速度及溫度等信號傳送給過(guò)程控制計算機，進(jìn)行下一步的鋼板軋制模型的計算。物料跟蹤控制模塊根據設計的參考零點(diǎn)，計算每塊鋼板的頭尾位置和長(cháng)度信息（計數零點(diǎn)由輥道入口高壓除鱗的初始位置確定），軋制道次的計算也在物料跟蹤功能內，每塊鋼板都分配一個(gè)鋼板號和道次計數器。鋼板號和道次計數器決定了鋼板在軋機內的軋制信息。物料跟蹤系統根據機架負荷信號自動(dòng)增減軋制道次數，操作工也可以手動(dòng)校正，同時(shí)將物料的跟蹤位置顯示在人機交互界面HMI上，將輥道分段跟蹤以及軋機占用態(tài)顯示給操作工。物料跟蹤模型示意圖如圖1所示：

（圖1：物料跟蹤功能示意圖）

2 物料跟蹤的設置和復位

　　過(guò)程控制計算機在鋼坯出爐之前通過(guò)報文發(fā)布鋼板信息，報文包括跟蹤用的尺寸和鋼板號?；A自動(dòng)化系統的物料跟蹤從過(guò)程控制計算機接受基礎數據等待跟蹤的開(kāi)始。

　　鋼板預計算到軋機區內的跟蹤區，加熱爐發(fā)出鋼板正在接近除磷箱的同步速度信號。當除磷箱前第一個(gè)熱檢監測到鋼板從正方向過(guò)來(lái)的信號時(shí)，物料跟蹤系統開(kāi)始啟動(dòng)/同步。這意味新的鋼板頭尾位置和鋼坯號以特殊的顏色顯示在HMI屏幕上。所有傳感器信號的改變都被接收到物料跟蹤系統用于跟蹤/同步。

　　鋼板進(jìn)入跟蹤區的開(kāi)始跟蹤位置是鋼坯從加熱爐出爐后除磷箱前的第一個(gè)熱檢處。對于這些鋼板跟蹤自動(dòng)進(jìn)行，不需要人工確認。

　　當矯直機完成矯直過(guò)程，且物料尾部離開(kāi)矯直機出口輥道后，熱矯直機后的物料自動(dòng)移除。操作工可以手動(dòng)刪除一個(gè)鋼板。借助HMI上的跟蹤復位功能鍵，可以一次刪除所有的鋼板。對于跟蹤的修正操作工可以使用HMI上的特定功能實(shí)現，可以通過(guò)板坯號和位置編碼將物料登記和復位。物料跟蹤的復位操作主要發(fā)生在物料完成矯直后出了跟蹤區，人工刪號或跟蹤重啟等情況下。

3 物料跟蹤的順序控制

　　物料跟蹤的順序控制功能主要作用是軋機區域調整每塊鋼板的運行軌跡。其邏輯功能單元叫做順序控制器，主要功能就是優(yōu)化鋼板在軋機區域的傳送過(guò)程，它協(xié)調各種環(huán)節例如電機驅動(dòng)控制，開(kāi)閉環(huán)回路控制和軋機中的機械運動(dòng)，該機械運動(dòng)取決于軋機狀態(tài)，當前鋼板的位置，操作模式以及由過(guò)程處理計算機得到的軋制順序表等，達到最優(yōu)的軋制順序，最優(yōu)的軋制時(shí)間和功能。

　　控制單元連續不斷的接收各類(lèi)檢測設備信號，如溫度信號、壓力信號、速度信號、軋制信號、流量信號以及各類(lèi)開(kāi)關(guān)量開(kāi)/閉信號等，以達到電氣和機械上的可用性。優(yōu)先接收停車(chē)信號：如傳動(dòng)正常停車(chē)請求、傳動(dòng)快速停車(chē)請求等，保證設備的安全運行。

　　順序控制器與過(guò)程處理計算機有相應的接口設計，過(guò)程處理計算機通過(guò)TCP/IP接口控制軋制過(guò)程。L2服務(wù)器會(huì )發(fā)送報文給順序控制器，控制命令如下：

　?、诺却O定值。（過(guò)程處理計算機的設定值計算過(guò)程仍繼續）

　?、仆Ｖ管堉疲ǖ却_(kāi)軋溫度）

　?、且慌淖詈笠粔K（如果在報文中未知則設置）

　?、冉邮招畔ⅲ◤募訜釥t接收出爐鋼坯）

　　如果軋機中物料沒(méi)有有效設定值，物料管理控制功能將向過(guò)程控制計算機發(fā)送相應的請求報文。

4 物料跟蹤的輸入信號

　　物料跟蹤提供一個(gè)鋼板頭尾位置，長(cháng)度和材料，道次和ID號的鏡像，物料管理控制根據這些信息來(lái)控制軋機里不同坯料的軋制順序。主要輸入信號有以下幾種：

　?、潘袩釞z信號；

　?、栖垯C負荷信號；

　?、擒垯C機架的速度；

　?、容伒纻鲃?dòng)速度參考值；

　?、蓽y量設備的占用信號（測寬儀，測溫儀，測厚儀，板型儀）

　　首先應檢查各類(lèi)檢測信號的有效性，尤其是熱檢信號，容易受水氣的影響。物料的跟蹤位置顯示在HMI上，操作工也可以通過(guò)二級的在跟蹤修正功能來(lái)手動(dòng)干預物料跟蹤，在跟蹤區域可以輸入鋼板的頭尾位置和物料長(cháng)度從而快速修正錯誤的跟蹤。

5 軋機區域物料管理分配

　　一般軋鋼產(chǎn)線(xiàn)軋機物料管理控制分為８個(gè)控制區域。每個(gè)控制區域可以控制一塊鋼坯或者必要情況下控制一批鋼坯，每個(gè)控制區域與次序控制相對應。這些管理區分別為：

　?、臨M entry:粗軋機前（運輸并且最多可以控制３塊鋼坯）

　?、芌M rolling:粗軋機區

　?、荝M exit:粗軋機后（運輸并且最多可以控制３塊鋼坯）

　?、菷Mentry:精軋機前（運輸并且最多控制５塊鋼坯）

　?、蒄Mrolling:精軋機區（軋制過(guò)程）　

　?、蔉M exit:精軋機后（運輸并且最多控制５塊鋼坯）

　?、薓ULPIC:MULPIC鋼板冷卻單元區域（冷卻和/或運輸）

　?、蘃L:熱矯直機區（矯直和/或傳送）

　　每個(gè)物料的跟蹤格局如圖2所示：

（圖2：物料跟蹤格局）

6 多坯料熱機軋制的實(shí)現

　　為了增加軋機的產(chǎn)量，在熱機軋制過(guò)程中嵌套多塊板同時(shí)軋制。根據輥道長(cháng)度，控制的復雜性，冷卻比例和變形次數，粗軋機限制為3塊精軋機限制為5塊。下面以精軋機熱機軋制為例，物料跟蹤控制描述如下：

　　第一塊第一次軋完后被送到出精軋機的順序控制表中，該批的第二塊在“進(jìn)軋機”的軋制表中進(jìn)行軋制，然后被送到“出精軋機”的順序控制表中?？刂葡到y將該塊移動(dòng)接近在精軋機出口側游蕩的第一塊鋼板。當接近后，該批兩塊鋼板按一塊對待，該批的尾部游蕩位置為原來(lái)第一塊鋼坯的尾部。

　　如果確定時(shí)間，該程序可以重復為前面提到的3-5塊鋼坯。

　　當然，最后一塊也被移到出口側和該批其余的連接在一起。當連接到該批后，整個(gè)批次自動(dòng)運輸到入口側，并提交到精軋機入口側處理次序中，此時(shí)該批的頭部位置即為游蕩的參考點(diǎn)。

　　每次當各自的冷卻時(shí)間過(guò)去之后，控制系統將第一塊板坯從該批分離并送往軋機機架。坯料的分界位置是就是輥道RE3/RE2與FE4/FE3的分界點(diǎn)。為了分開(kāi)，第一塊的尾部移動(dòng)到RE2/FE3輥道上。該批的第一塊被送到待軋的軋制表中，其余的仍在軋機出口側的控制順序表中。該批新的頭部位置也就是第二塊鋼坯的頭部此時(shí)作為游蕩的參考點(diǎn)。

　　當第一塊鋼板離開(kāi)后，該批剩余鋼板開(kāi)始游蕩，當然，離開(kāi)的那一塊鋼坯開(kāi)始對中軋制程序。

　　下圖所示為4塊鋼坯一批的處理過(guò)程，其余數量的類(lèi)似：

7 小結

　　物料跟蹤是軋鋼產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制的重要模型之一，是實(shí)現自動(dòng)化軋鋼的必要基礎設計。物料跟蹤模型可以準確的記錄和修正鋼板在軋線(xiàn)的位置、狀態(tài)，但物料跟蹤模型又是多元化的，它不僅有精確的計算模型，還要有可靠的一次檢測元件支持。在軋制模型中起著(zhù)十分重要的作用。