一種熱軋過程控制系統(tǒng)的應用與研究

姚輝

摘 要：此過程控制系統(tǒng)是國內(nèi)自主集成的控制系統(tǒng)，根據(jù)熱軋工藝的特點，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為粗軋過程控制系統(tǒng)、精軋過程控制系統(tǒng)、層冷過程控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心四個部分系統(tǒng)能夠保證四個過程控制系統(tǒng)間的通訊，又能保證與基礎(chǔ)自動化之間快速通訊；在模型方面分為粗軋模型、精軋模型、層冷模型，每個模型即能夠獨立計算又相互影響，最終給出合適的控制值。

關(guān)鍵詞：熱軋；過程控制；內(nèi)存映像網(wǎng)絡

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）09-0018-01

今年來國內(nèi)冶金行業(yè)中，熱軋過程控制系統(tǒng)有了進一步發(fā)展。在鋼鐵行業(yè)中，過程控制系統(tǒng)（以下簡稱二級），與一級基礎(chǔ)自動化（以下簡稱一級）和零級傳動組成自動化控制的三個重要部分。

1 系統(tǒng)簡介

此系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)分為非控和模型兩部分。

其中非控包括粗軋非控、精軋非控、層冷非控、數(shù)據(jù)中心；非控部分主要功能包括了粗軋、精軋、層冷控制系統(tǒng)間的電文的通訊；采集一級反饋的現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，提供給模型計算，并將計算結(jié)構(gòu)準確的下發(fā)給基礎(chǔ)自動化；根據(jù)傳感器信號跟蹤板坯號；數(shù)據(jù)中心接收并保存粗軋、精軋和層冷控制系統(tǒng)產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)，與三級、加熱爐二級、磨輥系統(tǒng)進行通訊，班次處理。

模型包括粗軋模型、精軋模型和層冷模型。三種模型根據(jù)非控跟蹤的板坯號，在不同的位置進行適當?shù)挠嬎愫妥詫W習，為一級提供設定依據(jù)。

系統(tǒng)硬件分別由粗軋服務器、精軋服務器、層冷服務器和數(shù)據(jù)中心服務器組成，分別部署了粗軋二級、精軋二級、層冷二級和數(shù)據(jù)中心，由一臺以太網(wǎng)交換機相連，用于過程控制系統(tǒng)間通訊，又通過一臺內(nèi)存映象網(wǎng)交換機與一級相連，用于二級與一級之間的通訊。

2 非控部分

2.1 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

此熱軋生產(chǎn)線二級分三個網(wǎng)絡段。

第一個網(wǎng)絡為Level2內(nèi)部網(wǎng)絡，由一臺以太網(wǎng)交換機為樞紐，將粗軋二級（RMC）、精軋二級（FMC）、層冷二級（CTC）、數(shù)據(jù)中心（DCC）、加熱爐二級、運輸鏈二級聯(lián)系起來，組成Level2內(nèi)部網(wǎng)絡。用于各控制服務器間傳送數(shù)據(jù)；通過此網(wǎng)絡粗軋二級接收加熱爐二級發(fā)送過來的初始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，精軋二級將跟蹤數(shù)據(jù)發(fā)送給運輸鏈二級。

第二個網(wǎng)絡為實績數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，由一臺以太網(wǎng)交換機連接數(shù)據(jù)中心（DCC）、MES、軋輥間（RS），數(shù)據(jù)中心按要求向MES發(fā)送板坯的軋制數(shù)據(jù)，在粗軋機、精軋機換輥期間數(shù)據(jù)中心向軋輥間發(fā)送舊輥軋制數(shù)據(jù)，接收軋輥間新輥數(shù)據(jù)并發(fā)送給粗軋二級或精軋二級。

第三個網(wǎng)絡為內(nèi)存映像網(wǎng)絡，是一種用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡。此網(wǎng)絡上的設備包括粗軋過二級、精軋二級、層冷二級、畫面服務器以及一級的控制器。

2.2 軋件跟蹤

系統(tǒng)引進“跟蹤共享區(qū)”概念，將共享區(qū)分成90個區(qū)域，可以存放90塊鋼的數(shù)據(jù)。循環(huán)使用1～86號共享區(qū)；按照實際出爐的順序，將板坯初始信息、計算結(jié)果存放在此共享區(qū)，然后根據(jù)軋線中多個關(guān)鍵的傳感器信號，來進行板坯跟蹤。

2.3 人機交互界面（HMI）

HMI包括軋線跟蹤、粗軋設定、精軋設定、層冷設定四個主要頁面。方便操作人員和調(diào)試人員查看板坯狀態(tài)。

3 模型部分

模型分為粗軋模型、精軋模型和層冷模型。

3.1 粗軋模型

粗軋平輥模型根據(jù)PDI數(shù)據(jù)和加熱爐實時數(shù)據(jù)進行計算，主要計算出粗軋各道次的軋制溫度、相對壓下率，軋制速度。粗軋立輥模型實現(xiàn)目標寬度控制、中間坯寬度控制、板坯頭尾短行程寬度控制、板坯頭部縮頸補償控制。帶鋼經(jīng)過精軋出口時，精軋二級系統(tǒng)將實際測量的帶鋼出口寬度和實際厚度反送給粗軋模型。模型通過對控制目標寬度和實測寬度進行比對，修正精軋出口寬度自學習參數(shù)，從而修正中間坯的控制寬度，提高寬度控制精度。

3.2 精軋模型

精軋設定模型根據(jù)帶鋼的目標厚度和中間坯的厚度，確定各機架出口厚度；末架的穿帶速度可采用查表法或者利用終軋溫度與末架穿帶速度的經(jīng)驗公式來確定；結(jié)合各機架的前滑值，求出各機架的穿帶速度。利用溫度模型預報精軋入口和出口以及各機架的溫度，計算各機架軋制力，然后完成輥縫設定計算。

精軋模型自學習的過程：根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算模型自學習所需的導出變量；通過軋制過程模型求逆反算模型自學習參數(shù)；更新設定模型自學習系數(shù)，以便用于隨后的軋制，以提高模型預報精度。

3.3 層冷模型

CTC是一個以前饋為主，反饋為輔，不斷進行自學習的閉環(huán)控制系統(tǒng)。將板帶從頭部到尾部進行物理分段（以下稱為樣本），對每一段分別進行信號檢測，并根據(jù)目標溫度分別進行模型計算，求出各樣本的集管組態(tài)，對其實施分段控制。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)經(jīng)過在生產(chǎn)線部署后的不斷調(diào)試，目前已經(jīng)能夠滿足生產(chǎn)線的要求，厚度控制穩(wěn)定，卷取溫度基本合格，凸度和表面質(zhì)量能控制在目標范圍內(nèi)，整體效果較好。系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定，維護方便，是國內(nèi)自主集成熱軋生產(chǎn)線中較先進的二級系統(tǒng)。

參考文獻

[1]王小川.內(nèi)存映象網(wǎng)在首鋼京唐1580熱連軋系統(tǒng)中的應用[J].全國冶金自動化信息網(wǎng)2016年會論文集，2016.

[2]劉文仲.我國熱軋過程控制計算機系統(tǒng)及數(shù)學模型的發(fā)展[J].冶金自動化，2012（7）：36.4.