軋鋼產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)物料跟蹤模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　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度位置等。

　　物料跟蹤系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于現(xiàn)場(chǎng)的一次檢測(cè)儀表、傳感器等，如熱檢（HMD），光電開關(guān)，速度變送器等。這些檢測(cè)儀表將鋼板的位置、輥道速度及溫度等信號(hào)傳送給過程控制計(jì)算機(jī)，進(jìn)行下一步的鋼板軋制模型的計(jì)算。物料跟蹤控制模塊根據(jù)設(shè)計(jì)的參考零點(diǎn)，計(jì)算每塊鋼板的頭尾位置和長度信息（計(jì)數(shù)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(jì)算也在物料跟蹤功能內(nèi)，每塊鋼板都分配一個(gè)鋼板號(hào)和道次計(jì)數(shù)器。鋼板號(hào)和道次計(jì)數(shù)器決定了鋼板在軋機(jī)內(nèi)的軋制信息。物料跟蹤系統(tǒng)根據(jù)機(jī)架負(fù)荷信號(hào)自動(dòng)增減軋制道次數(shù)，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(jī)交互界面HMI上，將輥道分段跟蹤以及軋機(jī)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(shè)置和復(fù)位

　　過程控制計(jì)算機(jī)在鋼坯出爐之前通過報(bào)文發(fā)布鋼板信息，報(bào)文包括跟蹤用的尺寸和鋼板號(hào)。基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的物料跟蹤從過程控制計(jì)算機(jī)接受基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等待跟蹤的開始。

　　鋼板預(yù)計(jì)算到軋機(jī)區(qū)內(nèi)的跟蹤區(qū)，加熱爐發(fā)出鋼板正在接近除磷箱的同步速度信號(hào)。當(dāng)除磷箱前第一個(gè)熱檢監(jiān)測(cè)到鋼板從正方向過來的信號(hào)時(shí)，物料跟蹤系統(tǒng)開始啟動(dòng)/同步。這意味新的鋼板頭尾位置和鋼坯號(hào)以特殊的顏色顯示在HMI屏幕上。所有傳感器信號(hào)的改變都被接收到物料跟蹤系統(tǒng)用于跟蹤/同步。

　　鋼板進(jìn)入跟蹤區(qū)的開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(duì)于這些鋼板跟蹤自動(dòng)進(jìn)行，不需要人工確認(rèn)。

　　當(dāng)矯直機(jī)完成矯直過程，且物料尾部離開矯直機(jī)出口輥道后，熱矯直機(jī)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(fù)位功能鍵，可以一次刪除所有的鋼板。對(duì)于跟蹤的修正操作工可以使用HMI上的特定功能實(shí)現(xiàn)，可以通過板坯號(hào)和位置編碼將物料登記和復(fù)位。物料跟蹤的復(fù)位操作主要發(fā)生在物料完成矯直后出了跟蹤區(qū)，人工刪號(hào)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(jī)區(qū)域調(diào)整每塊鋼板的運(yùn)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(jī)區(qū)域的傳送過程，它協(xié)調(diào)各種環(huán)節(jié)例如電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，開閉環(huán)回路控制和軋機(jī)中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，該機(jī)械運(yùn)動(dòng)取決于軋機(jī)狀態(tài)，當(dāng)前鋼板的位置，操作模式以及由過程處理計(jì)算機(jī)得到的軋制順序表等，達(dá)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(xù)不斷的接收各類檢測(cè)設(shè)備信號(hào)，如溫度信號(hào)、壓力信號(hào)、速度信號(hào)、軋制信號(hào)、流量信號(hào)以及各類開關(guān)量開/閉信號(hào)等，以達(dá)到電氣和機(jī)械上的可用性。優(yōu)先接收停車信號(hào)：如傳動(dòng)正常停車請(qǐng)求、傳動(dòng)快速停車請(qǐng)求等，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

　　順序控制器與過程處理計(jì)算機(jī)有相應(yīng)的接口設(shè)計(jì)，過程處理計(jì)算機(jī)通過TCP/IP接口控制軋制過程。L2服務(wù)器會(huì)發(fā)送報(bào)文給順序控制器，控制命令如下：

　?、诺却O(shè)定值。（過程處理計(jì)算機(jī)的設(shè)定值計(jì)算過程仍繼續(xù)）

　?、仆Ｖ管堉疲ǖ却_軋溫度）

　?、且慌淖詈笠粔K（如果在報(bào)文中未知?jiǎng)t設(shè)置）

　　⑷接收信息（從加熱爐接收出爐鋼坯）

　　如果軋機(jī)中物料沒有有效設(shè)定值，物料管理控制功能將向過程控制計(jì)算機(jī)發(fā)送相應(yīng)的請(qǐng)求報(bào)文。

4 物料跟蹤的輸入信號(hào)

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

　?、潘袩釞z信號(hào)；

　?、栖垯C(jī)負(fù)荷信號(hào)；

　?、擒垯C(jī)機(jī)架的速度；

　?、容伒纻鲃?dòng)速度參考值；

　?、蓽y(cè)量設(shè)備的占用信號(hào)（測(cè)寬儀，測(cè)溫儀，測(cè)厚儀，板型儀）

　　首先應(yīng)檢查各類檢測(cè)信號(hào)的有效性，尤其是熱檢信號(hào)，容易受水氣的影響。物料的跟蹤位置顯示在HMI上，操作工也可以通過二級(jí)的在跟蹤修正功能來手動(dòng)干預(yù)物料跟蹤，在跟蹤區(qū)域可以輸入鋼板的頭尾位置和物料長度從而快速修正錯(cuò)誤的跟蹤。

5 軋機(jī)區(qū)域物料管理分配

　　一般軋鋼產(chǎn)線軋機(jī)物料管理控制分為８?jìng)€(gè)控制區(qū)域。每個(gè)控制區(qū)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(qū)域與次序控制相對(duì)應(yīng)。這些管理區(qū)分別為：

　　⑴RM entry:粗軋機(jī)前（運(yùn)輸并且最多可以控制３塊鋼坯）

　　⑵RM rolling:粗軋機(jī)區(qū)

　?、荝M exit:粗軋機(jī)后（運(yùn)輸并且最多可以控制３塊鋼坯）

　?、菷Mentry:精軋機(jī)前（運(yùn)輸并且最多控制５塊鋼坯）

　　⑸FMrolling:精軋機(jī)區(qū)（軋制過程）　

　?、蔉M exit:精軋機(jī)后（運(yùn)輸并且最多控制５塊鋼坯）

　　⑺MULPIC:MULPIC鋼板冷卻單元區(qū)域（冷卻和/或運(yùn)輸）

　?、蘃L:熱矯直機(jī)區(qū)（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(jī)軋制的實(shí)現(xiàn)

　　為了增加軋機(jī)的產(chǎn)量，在熱機(jī)軋制過程中嵌套多塊板同時(shí)軋制。根據(jù)輥道長度，控制的復(fù)雜性，冷卻比例和變形次數(shù)，粗軋機(jī)限制為3塊精軋機(jī)限制為5塊。下面以精軋機(jī)熱機(jī)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(jī)的順序控制表中，該批的第二塊在“進(jìn)軋機(jī)”的軋制表中進(jìn)行軋制，然后被送到“出精軋機(jī)”的順序控制表中?？刂葡到y(tǒng)將該塊移動(dòng)接近在精軋機(jī)出口側(cè)游蕩的第一塊鋼板。當(dāng)接近后，該批兩塊鋼板按一塊對(duì)待，該批的尾部游蕩位置為原來第一塊鋼坯的尾部。

　　如果確定時(shí)間，該程序可以重復(fù)為前面提到的3-5塊鋼坯。

　　當(dāng)然，最后一塊也被移到出口側(cè)和該批其余的連接在一起。當(dāng)連接到該批后，整個(gè)批次自動(dòng)運(yùn)輸?shù)饺肟趥?cè)，并提交到精軋機(jī)入口側(cè)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(dāng)各自的冷卻時(shí)間過去之后，控制系統(tǒng)將第一塊板坯從該批分離并送往軋機(jī)機(jī)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，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(jī)出口側(cè)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(dāng)?shù)谝粔K鋼板離開后，該批剩余鋼板開始游蕩，當(dāng)然，離開的那一塊鋼坯開始對(duì)中軋制程序。

　　下圖所示為4塊鋼坯一批的處理過程，其余數(shù)量的類似：

7 小結(jié)

　　物料跟蹤是軋鋼產(chǎn)線自動(dòng)控制的重要模型之一，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化軋鋼的必要基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。物料跟蹤模型可以準(zhǔn)確的記錄和修正鋼板在軋線的位置、狀態(tài)，但物料跟蹤模型又是多元化的，它不僅有精確的計(jì)算模型，還要有可靠的一次檢測(cè)元件支持。在軋制模型中起著十分重要的作用。