中厚板轧机计算机控制系统的开发

中厚板是钢铁工业产品的重要组成部分。随着我国中厚板材生产线的新建和改造，中厚板材市场竞争日益激烈，因此提高产品质量和成材率，降低生产成本成为各个厂家追求的目标。为此，除了努力提高管理水平外，对中厚板材生产控制自动化水平的要求也越来越高。在国内中厚板轧机新建和改造项目中，大量的采用了国内外先进的技术和设备，实现了坯料跟踪、轧件尺寸形状的高精度控制、控制轧制和控制冷却等生产过程的计算机系统的开发。

系统结构设计

中厚板分布式计算机控制系统常采用三级设计，一级为设备控制系统，即基础自动化，二级为过程控制，三级为生产管理。基础自动化保证生产设备按照设定指令正常运行，并将生产线检测仪表信号和设备本体的采集信号实时的发送给过程计算机，为模型的计算、修正和学习提供数据基础；过程控制计算机基于工业以太网与PLC进行数据通讯，根据生产现场采集的数据实现物料跟踪、任务调度、规程优化计算及过程数据存储等任务；生产管理级主要完成生产计划的编制、工序的协调和产品质量管理等功能。

针对中厚板轧制的特点，为满足轧件跟踪、自动运钢和过程控制的要求，在轧线布置有相应的检测仪表。为了满足控制轧制的要求，在机前、机后均设有两个待温辊道，可以实现钢坯的两待一轧，在每个待温区的入口、出口设有热金属检测器，以实现钢坯待温过程的自动摆动。同时在待温区、轧机前后安装有相应的测温仪，为过程模型的计算和自学习提供温度基准数据。 基础自动化

1主要功能

轧机基础自动化的主要任务包括轧区辊道控制、主传动控制、电动压下位置自动控制（APC）、液压压下厚度自动控制（AGC）、清零、刚度测试、偏心补偿、数据通讯等。控制系统利用PROFIBUS DP网络连接远程I/O、轧线检测仪表、变频器等设备，同时集中了全线的检测仪表信号和各设备之间的连锁信号。轧机控制系统中安装的顶帽传感器、液压缸位移传感器、轧制力传感器、油压传感器、板宽测量仪、板厚测量仪等检测仪表为实现高速度和高精度的钢板厚度控制和液压位置自动控制提供了必要条件。

2 辊缝快速设定方法

中厚板的开口度一般在200mm以上，液压缸行程范围一般为0～40mm，所以中厚板轧机常采用电动-液压联合的方式进行辊缝设定，常用的电动-液压联摆辊缝的方法是：

①根据设定辊缝值、当前辊缝值和液压缸行程的限制计算出该道次的电动位置和液压位置；

②首先液压位置固定，利用电动先摆辊缝；

③电动摆到位后停止，再利用液压缸进行辊缝设定。

④液压摆到位后停止，辊缝设定完毕。

这种辊缝控制方法可以保证每道次的辊缝精度，但由于电动和液压的先后动作影响了辊缝的摆动速度，常常影响生产效率。考虑到电动和液压的特点，一般来说，电动压下的设定精度较差，而液压压下设定精度高；对于长行程，电动压下速度较快，对于短行程，液压压下速度较快。中厚板的规程特点通常是下一道次的辊缝值小于上一道次，并随着轧制道次的增加逐渐减小，同时前面道次的辊缝精度对终轧尺寸精度影响并不大，所以只要使用液压缸保证后几道次的辊缝设定精度就能够满足成品尺寸精度的要求。改进后的辊缝快速设定方法如下：

①对于前面道次，液压位置设定置较小位置（8mm），完全采用电动压下摆辊缝，液压位置保持不动，保证压下速度；

②进入后面道次,根据辊缝设定值，判断完全由液压摆辊缝是否超过行程，如超过转至①；不超过转至③；

③电动不动，由液压缸摆辊缝。

一般情况下，中厚板末几道次压下量较小，辊缝完全可以由液压设定。这样分别使用电动压下和液压压下用于辊缝的粗调和精调，保证了辊缝设定全过程的速度，也保证了终轧尺寸精度。

3 厚度控制的应用

基于高精度液压压下位置控制，采用相对AGC和绝对AGC方法相配合是获得良好的同板差和异板差的保证。相对AGC的锁定辊缝S0和锁定压力P0是轧机咬钢Dt时间后，n次采样的算术平均值。不论钢板头部是否符合目标值，厚度控制系统都以头部的实际厚度为标准，作为给定厚度，钢板上的各点的厚度以锁定厚度为基准，这样有利于得到均匀的钢板，确保同板差，防止压下较大造成板厚严重不均，给后几道次提高轧制精度造成困难。在对钢板进行AGC控制时，还需要对轴承油膜厚度、轧辊偏心、轧辊热膨胀及磨损、轧件宽度、轧件头部及尾部等项进行动态补偿。

过程控制系统

1 通讯接口设计

轧区的检测信号分别由PLC采集，这些数据以标准模拟量信号或以数字量信号方式被获取，经过标定和编码后存入相应的数据块，由人机界面读取或发送给过程机进行处理。过程机与HMI服务器、PLC之间的通讯均为双向数据传递，过程计算机需要实时接收基础自动化的上传的数据，监视人机界面中触发变量的变化，同时又可以改变监控界面的设定，并及时地将过程控制模型计算的规程数据发送给基础自动化。

过程计算机和人机界面服务器之间的数据交换采用OPC（OLE for Process Control）技术。过程计算机作为人机界面服务器的OPC客户端，监视人机界面服务器中已定义的触发变量值的改变，并对之解释处理，按事件定义对人机界面服务器相应的变量进行读写，完成对调用触发的处理。对实时性要求较高的生产数据采集由过程计算机和基础自动化直接进行数据通讯，如轧线仪表信号、各种传感器数据等。在建立通讯连接前需要在过程机和基础自动化系统中事先定义好要发送、接收数据的类型和长度，通过系统通讯函数实现数据的快速发送和接收。

2 过程控制系统结构

过程控制计算机中的跟踪模块负责与数据通讯模块交换数据，对生产现场数据（热金属检测仪信号、测温仪信号、轧制过程的实时数据）和人机界面系统中的触发信号（入炉触发、出炉触发、轧废回炉确认、跟踪队列修正）进行过滤和处理，获得系统可以识别的事件，调度其它模块协同工作，实现过程计算机对生产过程的控制。

过程控制系统采用多线程结构设计。在多线程环境中，进程内的多个线程也容易共享进程内资源，易于数据的规范化管理。为了保证过程计算机对采集数据的和触发的快速响应，过程控制软件在设计上采用事件调度方式，协调各模块之间的关系。过程控制系统软件设计规范如下：①过程控制系统进程由通讯线程、跟踪调度线程、数据管理线程、计算模块线程组成；②跟踪调度线程为主调线程，其它线程与跟踪调度线程进行事件通讯；③线程间采用全局变量实现数据共享和传递；④采用自定义消息进行事件触发，实现线程间通讯；⑤使用信号量保证线程间的任务同步。

过程计算机控制软件系统建立在Windows 2000 Advance Serve操作系统上，采用了Visual C++ 作为语言模型与通讯开发平台，应用SQL Server 2000作为后台数据服务器，使用面向对象的设计模式对整个控制系统进行了规划和开发，并建立了线程、进程间事件调度的基础类库，使系统结构具有较强的灵活性、复用性与扩展性，便于调试和二次开发。

中厚板计算机系统应由基础自动化和过程自动化协调配合，实现钢板的高精度的尺寸形状控制。在系统开发上应基于现场生产需要，通过工业以太网统一协调过程计算机、人机界面和基础自动化之间的网络通讯，建立结构合理的通讯接口保证了中厚板生产过程的模型计算、组态显示与高精度设定。