一種熱軋過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

姚輝

摘 要：此過程控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)自主集成的控制系統(tǒng)，根據(jù)熱軋工藝的特點(diǎn)，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(gè)部分系統(tǒng)能夠保證四個(gè)過程控制系統(tǒng)間的通訊，又能保證與基礎(chǔ)自動(dòng)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(gè)模型即能夠獨(dú)立計(jì)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(luò)

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）09-0018-01

今年來國(guó)內(nèi)冶金行業(yè)中，熱軋過程控制系統(tǒng)有了進(jìn)一步發(fā)展。在鋼鐵行業(yè)中，過程控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱二級(jí)），與一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化（以下簡(jiǎn)稱一級(jí)）和零級(jí)傳動(dòng)組成自動(dòng)化控制的三個(gè)重要部分。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jí)反饋的現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提供給模型計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的下發(fā)給基礎(chǔ)自動(dòng)化；根據(jù)傳感器信號(hào)跟蹤板坯號(hào)；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(jí)、加熱爐二級(jí)、磨輥系統(tǒng)進(jìn)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(hào)，在不同的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠?jì)算和自學(xué)習(xí)，為一級(jí)提供設(shè)定依據(jù)。

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

2 非控部分

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

此熱軋生產(chǎn)線二級(jí)分三個(gè)網(wǎng)絡(luò)段。

第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)為L(zhǎng)evel2內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，由一臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)為樞紐，將粗軋二級(jí)（RMC）、精軋二級(jí)（FMC）、層冷二級(jí)（CTC）、數(shù)據(jù)中心（DCC）、加熱爐二級(jí)、運(yùn)輸鏈二級(jí)聯(lián)系起來，組成Level2內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。用于各控制服務(wù)器間傳送數(shù)據(jù)；通過此網(wǎng)絡(luò)粗軋二級(jí)接收加熱爐二級(jí)發(fā)送過來的初始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，精軋二級(jí)將跟蹤數(shù)據(jù)發(fā)送給運(yùn)輸鏈二級(jí)。

第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)為實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，由一臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)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(jī)、精軋機(jī)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(jí)或精軋二級(jí)。

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

2.2 軋件跟蹤

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

2.3 人機(jī)交互界面（HMI）

HMI包括軋線跟蹤、粗軋?jiān)O(shè)定、精軋?jiān)O(shè)定、層冷設(shè)定四個(gè)主要頁(yè)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，主要計(jì)算出粗軋各道次的軋制溫度、相對(duì)壓下率，軋制速度。粗軋立輥模型實(shí)現(xiàn)目標(biāo)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(bǔ)償控制。帶鋼經(jīng)過精軋出口時(shí)，精軋二級(jí)系統(tǒng)將實(shí)際測(cè)量的帶鋼出口寬度和實(shí)際厚度反送給粗軋模型。模型通過對(duì)控制目標(biāo)寬度和實(shí)測(cè)寬度進(jìn)行比對(duì)，修正精軋出口寬度自學(xué)習(xí)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?jiān)O(shè)定模型根據(jù)帶鋼的目標(biāo)厚度和中間坯的厚度，確定各機(jī)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(yàn)公式來確定；結(jié)合各機(jī)架的前滑值，求出各機(jī)架的穿帶速度。利用溫度模型預(yù)報(bào)精軋入口和出口以及各機(jī)架的溫度，計(jì)算各機(jī)架軋制力，然后完成輥縫設(shè)定計(jì)算。

精軋模型自學(xué)習(xí)的過程：根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算模型自學(xué)習(xí)所需的導(dǎo)出變量；通過軋制過程模型求逆反算模型自學(xué)習(xí)參數(shù)；更新設(shè)定模型自學(xué)習(xí)系數(shù)，以便用于隨后的軋制，以提高模型預(yù)報(bào)精度。

3.3 層冷模型

CTC是一個(gè)以前饋為主，反饋為輔，不斷進(jìn)行自學(xué)習(xí)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。將板帶從頭部到尾部進(jìn)行物理分段（以下稱為樣本），對(duì)每一段分別進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，并根據(jù)目標(biāo)溫度分別進(jìn)行模型計(jì)算，求出各樣本的集管組態(tài)，對(duì)其實(shí)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(biāo)范圍內(nèi)，整體效果較好。系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)方便，是國(guó)內(nèi)自主集成熱軋生產(chǎn)線中較先進(jìn)的二級(jí)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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[2]劉文仲.我國(guó)熱軋過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及數(shù)學(xué)模型的發(fā)展[J].冶金自動(dòng)化，2012（7）：36.4.