前言

在中厚板軋機(jī)自動軋鋼控制系統(tǒng)中，二級系統(tǒng)（Level2）是整個系統(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、軋制模型等多個控制模型組成。這幾個模型之間互相關(guān)聯(lián)，由二級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)算功能是整個二級系統(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、鋼坯的長、寬、厚，鋼坯加熱溫度、加熱時間、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)。是整個二級模型計(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)庫中，也可以人工手動進(jìn)行輸入。

.2、軋制的兩個主要階段：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)量模式自動轉(zhuǎn)換到時間模式。通常情況下，質(zhì)量模式的產(chǎn)量小于時間模式的產(chǎn)量。

2.3時間模式：.軋制時間平均分給兩個軋機(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

⑴軋制表計(jì)算根據(jù)軋制表組織軋制序列、粗軋機(jī)和精軋機(jī)共享組織的軋制計(jì)算、組織最后道次軋制、組織后計(jì)算、處理多鋼板的緩沖組織、計(jì)算數(shù)據(jù)存儲到日志文件等。

⑵軋制表預(yù)計(jì)算：道次數(shù)決定一個序列的循環(huán)、優(yōu)化道次避免軋機(jī)過載、優(yōu)化道次滿足板型和平整度的要求、TM軋制要到鋼板的目標(biāo)溫度等。

⑶重復(fù)計(jì)算軋制表：發(fā)生在軋制期間。重復(fù)計(jì)算所有剩余的道次，而不改變初始分布。如果監(jiān)測到超出限值，則啟動新的預(yù)計(jì)算計(jì)算后續(xù)道次。

⑷軋制表后計(jì)算：使用所有測量數(shù)據(jù)進(jìn)行軋制完成數(shù)據(jù)后計(jì)算、頭部尾部道次間的自適應(yīng)、板體部分道次間的自適應(yīng)、長期自適應(yīng)、短期自適應(yīng)、零點(diǎn)校正、寬度檢測更新、溫度適用等。

⑸軋制表虛擬計(jì)算：與預(yù)計(jì)算一樣只是沒有設(shè)定點(diǎn)發(fā)送到1級。

⑹軋制策略：檢查初始數(shù)據(jù)PDI、如果不確定是否覆蓋初始數(shù)據(jù)則檢查操作工輸入值、上傳產(chǎn)品查閱表、尺寸軋制階段確定目標(biāo)值、寬邊軋制階段確定目標(biāo)值、精軋階段確定目標(biāo)值等。

⑺多點(diǎn)設(shè)定：沿所有軋制的每個道次的長度方向選擇點(diǎn)，計(jì)算單個設(shè)定點(diǎn)。

⑻PVPC平面形式控制模式：平面形式控制模式、計(jì)算最終的平面和板邊長度TFFU。

⑼熱機(jī)械軋制模式TM：軋制速度和倒鋼時間的重復(fù)計(jì)算、冷卻時間計(jì)算、適用溫度模型等。

⑽軋機(jī)進(jìn)度：軋制時間的預(yù)計(jì)算、在線軋制時間更新、TM軋制監(jiān)測

3.2無控制部分功能描述

⑴物料跟蹤：維護(hù)從加熱爐到熱矯直機(jī)的跟蹤圖像，L1控制跟蹤、維護(hù)加熱爐熱相圖，從L3選擇使用軋機(jī)序列、根據(jù)跟蹤情況啟動其他的過程、處理跟蹤新鋼坯的交接點(diǎn)、協(xié)調(diào)跟蹤介入、協(xié)調(diào)與其他系統(tǒng)的通訊。

⑵處理測量值：采集單個測量值（形成序列）、序列的平均值/標(biāo)準(zhǔn)偏差、過濾序列以消除錯誤影響和頭尾邊的影響、把測量值分類、板頭/尾的實(shí)際值處理、板體實(shí)際值處理。

⑶測量值存儲：將所有測量值存儲到共用的存儲緩沖器、歸檔測量值以便后續(xù)分析、存儲相關(guān)信息到數(shù)據(jù)庫，按要求打印文件。按照要求生成簡單文本軋制表。

⑷校準(zhǔn)記錄：存儲軋輥和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫，按要求打印。

⑸測量值記錄：打印屏幕上或文件里選擇的測量值/

⑹Oracle數(shù)據(jù)庫：初始數(shù)據(jù)處理、軋制序列處理、測量值匯總。

⑺與HMI通訊：軋制策略對話、軋機(jī)數(shù)據(jù)對話、軋機(jī)跟蹤數(shù)據(jù)、軋制表顯示（RM，F(xiàn)M，虛擬的和選擇的）、跟蹤介入的處理要求（刪除、跟蹤、跟蹤修正等）、軋制力和厚度表顯示。

⑻與L1通訊：跟蹤信息和信號、到1級的設(shè)定點(diǎn)、1級的測量值、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

⑼與測厚儀的通訊：測厚儀設(shè)定點(diǎn)、測厚儀測量的厚度。

⑽與L3通訊：從3級獲取初始數(shù)據(jù)，選擇接收軋制序列、接收軋制序列和加熱爐熱相圖，選擇適用軋制序列、接收出鋼通知、軋制或刪除后發(fā)送報告到3級、發(fā)送產(chǎn)線狀態(tài)到3級、從3級要求加熱爐熱相圖和出鋼序列。

⑾與中間坯冷卻（IC）通訊：發(fā)送計(jì)算要求、啟動IC設(shè)定值計(jì)算、發(fā)送測量數(shù)據(jù)到IC、接收IC模型結(jié)果、接收IC狀態(tài)數(shù)據(jù)。

⑿與ACC通訊：發(fā)送計(jì)算要求、啟動ACC設(shè)定值計(jì)算、發(fā)送鋼板刪除信息、接收ACC模式結(jié)果、接收ACC跟蹤和狀態(tài)數(shù)據(jù)。

⒀與矯直機(jī)（HL）通訊：發(fā)送計(jì)算要求、啟動HL、發(fā)送刪除信息、接收HL模式結(jié)果。

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)行自動軋鋼，在發(fā)生突發(fā)狀況時，操作工可以手動干預(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)用在完成測量后進(jìn)行后計(jì)算，再用測量數(shù)據(jù)重復(fù)計(jì)算剛完成的測量事項(xiàng)，如一個道次完成后，將使用該道次的測量數(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）

3.3.5MIPA-TM排列

MIPA是指多張鋼板同時軋制控制，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)移動時，當(dāng)前單傳輥道上的這塊鋼板會移到下一個輥道上，現(xiàn)有的自動化系統(tǒng)跟蹤模型會控制處理此種情況。跟蹤模型控制具有更精細(xì)的輥道分類，這樣就可以自動排列更多的鋼板。軋機(jī)進(jìn)度控制必須執(zhí)行自動排列鋼板。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板的冷卻時間結(jié)束后，將在精軋機(jī)上軋制。這樣可同時在粗軋機(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)域自動軋制物料，自動排列監(jiān)測。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完成的。在冷卻區(qū)從排列里移出一塊鋼板是自動完的。

3.3.5.3排列條件

在排列中同時處理鋼板的數(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游蕩期間的鋼板長度總合小于游蕩用的輥道長度

⑶冷卻時間>Σ粗軋機(jī)總的時間(鋼板數(shù)量2~N）

⑷冷卻時間>Σ精軋機(jī)總的時間（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)自動化的終端。操作工可以通過HMI進(jìn)行現(xiàn)場的觀察，并通過HMI進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入輸出互動，對自動控制系統(tǒng)進(jìn)行必要的干預(yù)等。原則上，操作工能調(diào)用兩個不同型號的掩碼：過程控制掩碼和Oracle數(shù)據(jù)庫中的初始數(shù)據(jù)、軋制序列和測量數(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為主鍵，準(zhǔn)確記錄鋼板的頭尾位置和鋼板在輥道上的長度位置等。

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，主要有運(yùn)行記錄、測量記錄、校準(zhǔn)記錄等。

3.4.4通訊

軋機(jī)系統(tǒng)要求通訊流程，每個方向有單獨(dú)的流程，主要通訊包括：與L3、L1級的通訊，與IC、測厚儀、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)的報文代碼，從L2傳送到各個設(shè)備中樞。接口通訊如下表所例：

4、小結(jié)

.目前國內(nèi)大部分的中厚板軋機(jī)二級控制系統(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。本文簡要介紹了二級主要功能設(shè)計(jì)思路，并對各功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了解釋，希望能夠?qū)δＰ偷睦斫庥兴鶐椭?/p>

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