冷轧厂五机架连轧机过程控制计算机系统

冷轧厂五机架连轧机过程控制计算机系统
作者：黄志明
来源：《中国科技博览》2012年第32期
[摘要]：介绍了冷轧厂五机架连轧机过程控制计算机系统的组成和功能，着重介绍了该系统的硬件、软件结构，以及应用软件的功能。

[关键词]：冷轧五机架连轧机过程控制计算机系统
中图分类号：TU755.3+1 文献标识码：TU 文章编号：1009-914X（2012）32- 0102 -01
1、冷轧五机架控制系统概况
改造后的控制系统由两级计算机组成一个分布式计算机控制系统：设备控制计算机（以下简称一级机）和过程控制计算机（以下简称二级机），它们通过WestnetⅡ网络相互通信，如图1所示。

1.1一级机概况
一级机的主要任务是根据二级机设定的参数完成轧制过程的控制、数据采集等功能，主要由17台MAC柜、16台I/O柜、操作员站、工程师站组成。

根据控制对象的不同，
控制器分为3种：3台顺序控制器（SR21、SR30和SR31），7台过程控制器（PR01、PR02和PR11～PR15）和7台主传动控制器（MR40～MR46）。

各控制器的功能见图1。

工程师站和操作员站用于轧制过程的状态监视、人工干预和系统的开发维护。

1.2二级机概况
过程控制机采用2台DEC公司的VAX-4105A计算机，它们互为热备份，通过以太网将2台VAX机和二级机的其它设备连接在一起，用WestnetⅡ高速数据通道实现和一级机之间的通信。

它主要完成以下功能：原始数据输入和管理；对待轧、正轧、已轧的钢卷进行跟踪；轧制过程数据的收集和处理；数学模型预设定计算；轧制过程的自学习；操作、维护画面的显示；各种工程报表、质量报表和生产报表的生成和打印。

2、二级机软件系统
2.1二级机软件结构
由于一级机和二级机中所使用的数据格式不同，因此，每隔0.1s，I/O监视器将这些一级原始数据传送到二级机MillI/O内存缓冲区时，要进行工程单位转换，以备二级应用程序使用。

数据传送和转换完后，I/O监视器触发轧机事件监控，特殊数据收集和其它数据收集，以
存取MillI/O内存缓冲区中新刷新的数据，这种触发方式能够有效地防止数据滞后，使得应用程序同MillI/O中的数据保持一致。

轧机事件监控子系统（MEM）监控从一级来的信号（例如机架校正完毕，钢卷甩尾完成等），MEM给事件监视动作分配器（EMAD）送出一个表示事件被检测到的进程内部信息。

由此可见，冷轧过程控制机的软件以事件监视动作分配器EMAD为核心，由EMAD启动各个模块，完成相应的动作。

2.2应用软件
本系统应用软件主要包括以下子系统：钢卷位置跟踪；换辊管理；轧机停机管理；生产计划管理；换班管理；报表；屏幕；板形仪接口管理；三级机的接口管理等。

2.2.1钢卷位置跟踪（CLM）
本子系统监视钢卷在轧机中的位置，即跟踪钢卷在整个轧机中的移动，负责进行钢卷排队。

为了便于钢卷跟踪同轧机的物理位置相对应，二级机设置了5个区域：钢卷小车入口区；开卷机区；轧机入口区；轧机出口区；卷取机区。

本子系统也处理从一级来的断带信号，以及操作工输入的断带处理信息，并负责设置断带标志。

2.2.2换辊管理（RCM）
换辊管理负责收集操作工输入的轧辊（包括工作辊和支撑辊）直径和斜楔的厚度数据，并将这些数据放入公用区，通过下装服务器将这些数据传到一级机，它也从一级机取得机架校正数据，并将它们放入公用区中以备二级机其它程序使用。

2.3冷轧数学模型（CRM）
冷轧数学模型是整个控制系统的核心，模型设定的精度决定了控制系统的控制精度。

它根据热轧来料状况和冷轧目标厚度要求，计算出穿带期间和稳态轧制期间所需要的各种参数，通过网络传送到一级机，一级机根据这些设定值，控制和调节轧制过程中的厚度、速度和张力等参数。

稳态设定计算的目标为：在不超出轧机设备限制条件，满足用户所要求的轧制规范，保证冷轧成品出口厚度的前提下，给出各机架马达负荷均衡分布状态下的最大轧件秒流量，并通过自适应学习的修正，尽可能地计算出轧制控制参数。

穿带计算的任务是给出最佳穿带辊缝，从而达到穿带顺利，过渡状态平稳和头部超差长度尽可能小的目的。

2.3.1规程计算
规程计算基于以下数据为每一个钢卷计算出轧制规程：钢卷的原始数据；产品分类数据；轧制规范；弯辊数据；轧辊直径；轧机限制；模型参数；自学习因子。

轧制规程计算进程一旦接受到EMAD进程来的“轧制规程计算”的信息，它就被激活，通过“钢卷定位服务器”取得入口处的钢卷号，通过“钢卷记录服务器”先检索出钢卷的原始数据，进行轧制规程计算，再保存规程计算结果，请求“下装服务器”禁止穿带，直到规程计算完毕。

基于这些数据计算完轧制规程后，它请求钢卷记录服务器进程在钢卷数据记录中保存规程计算结果，然后给EMAD发出一个完成信息。

2.3.2预设定给定
预设定进程将钢卷PDI中的有关数据和轧制规程计算中已经得到的数据组装成轧制过程所需要的控制参数。

它还根据自换辊或者机架校正以来已轧过的钢卷数，以及前一钢卷轧出后所经过的时间，调节辊缝偏移量。

预设定进程一旦从EMAD接收请求信息，它就被激活，接收到的信息请求包括：计算组装钢卷的轧机预设定；下装将要轧制的钢卷的设定值；由于换辊或者机架校正，复位辊缝偏移量；轧机停机所引起的动态辊缝补偿值的衰减。

根据所接收的信息，进行预设定：请求钢卷列表服务器（CLS）进程确定下一个将要轧制的钢卷；请求钢卷记录服务器进程检索出钢卷的PDI数据，或者保存钢卷的轧机预设定数据；请求下装服务器进程禁止穿带，直到轧机预设定被组装好，并且已经下装到一级；下装组装好的轧机预设定。

2.3.3数据收集
模型数据收集进程收集穿带和轧制期间所测量的数据，当钢卷在轧机中时，由IO-Monitor 进程每0.1s激活一次该进程，进行数据的采样和处理。

由EMAD给出收集开始和结束信息。

它分析、保存穿带和稳态轧制期间的测量数据。

穿带期间，在每个机架穿完带后，立即保存一组测量数据。

在轧制期间，当钢卷处于以下3个状态下，分别保存三组测量数据：在最小稳态速度时，在最大稳态速度时，在中间稳态速度时。

2.3.4自学习
该进程利用CRM-Collection进程中收集到的带钢厚度、速度、张力、宽度、轧制力等数据，调用数学模型重新计算出轧制力、功率和前滑等数据，计算出测量数据和计算数据的偏差，即可得到功率、轧制力和前滑的校正因子。

每当一卷钢轧制完成时，EMAD进程就发出信息激活自适应学习进程更新学习因子。

它请求“钢卷跟踪定位服务器”进程确认刚轧制完成的钢卷，调用“钢卷记录服务器”进程提取该卷的PDI数据、预报的轧制规范数据、测量数据和所使用的学习校正因子。

从CRM-CLASS-DATA文件中读取轧制规范数据和学习因子，从CRM-GRADE-DATA文件中读取钢种数据，从公共变量中读取当前工作辊径和轧机参数。

通过对上述各类数据的处理，自适应学习进程产生出新的学习因子，并将它们存储到该卷的数据记录中，最后发送一个学习完成信息给EMAD进程。

3、结论
1995年11月10日至11月28日进行设备年修改造工作，拆除旧系统，安装和调试新系统，仅用年修的19天时间完成了改造，轧出了第1卷钢。

随后进行了连续600h的验收考核，其中包括功能考核、系统可用性考核、厚度性能考核，实际结果均达到或超过合同规定的指标，由此冷轧厂五机架连轧机自动化控制系统改造胜利完成，并交付使用。