中厚板生产线的全线跟踪实现与应用

收稿日期:2009-04-06基金项目:国家经贸委基金资助项目(ZZ0113A040201)作者简介:矫志杰(1976-),男,山东龙口人,东北大学副教授,博士;王 君(1965-),男,辽宁建平人,东北大学教授第30卷第11期2009年11月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern U niversity(Natural Science)Vol 30,No.11Nov. 2009中厚板生产线的全线跟踪实现与应用矫志杰,王 君,何纯玉,李 勇(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳 110004)摘 要:根据对中厚板生产线的工艺和对国内具体现场条件的分析,将全线跟踪功能分成位置微跟踪、过程跟踪和物料跟踪三个层次,确定了实现中厚板生产线全线跟踪功能的总体方案 由基础自动化实现位置微跟踪,并产生关键跟踪信息,由过程控制系统实现过程跟踪和物料跟踪 设计全线跟踪功能实现的数据流,设立中心数据库作为全线跟踪数据存储和中转的手段,基于对数据表的操作实现全线的物料跟踪 将全线跟踪功能在国内多条的中厚板生产线上成功实现和应用关 键 词:中厚板;微跟踪;过程跟踪;物料跟踪;数据流;数据库中图分类号:T G 335.52 文献标识码:A 文章编号:1005-3026(2009)11-1617-04Application of Whole Process Tracking to Plate Production LineJI AO Zhi -j ie,WANG Jun ,H E Chun -yu ,LI Yong(T he State K ey L aboratory o f Rolling &A utomation,Northeaster n University,Shenyang 110004,China.Correspondent:JIAO Z h -i jie,E -mail:jiaozj @)Abstract :According to the plate production process and analysis of domestic actualities,thew hole process tracking for the plate production line is divided into three parts:position m icro -tracking,process tracking and material tracking,w ith a consolidated scheme determined to implement the tracking procedure.T he position m icro -tracking is put into effect by the basic automation system to provide the key tracking information,the process tracking and m aterial tracking both depend on the process control system.With the data flow designed for the whole process tracking,a central database is set up for tracking data storage/transfer.Then,the material tracking is implemented according to the operation of data sheet.T he w hole process tracking proposed here has been applied successfully in several domestic plate production lines.Key words:plate;micro -tracking;process tracking ;m aterial tracking;data flow ;database 中厚板生产品种多,工艺流程复杂,如何实现全生产线的跟踪功能,并能够方便维护,稳定运行,是为中厚板生产线开发自动化控制系统非常棘手的问题 近年来,国内新建大量中厚板生产线,其自动化控制系统设计和开发主要有国外引进和国内自主完成两种途径 从产品控制精度等生产指标看,国内和国外完成的自动化系统水平基本没有区别,只是在系统的总体设计、系统稳定性和规范化等方面还有一定差距 对于资金雄厚,技术实力强,人才储备多的大型国企,直接引进不失为一种很好的方式,但也存在项目成本高,对现场条件要求苛刻,系统封闭,后期升级维护困难等问题 对于国内大量现场条件一般的中厚板生产线,即使花费大量资金由国外引进自动化控制系统,也会由于技术和维护,以及现场条件等各方面原因,不能达到很好的效果 而国内自主完成的自动化控制系统可以因地制宜,能更好地适应现场情况[1-2]轧制技术及连轧自动化国家重点实验室近年来承担了国内多条中厚板生产线自动化控制系统设计和开发任务,在针对国内复杂现场条件下的中厚板生产线全线跟踪功能实现方面,积累了一定经验1 中厚板生产线工艺概况一条典型的中厚板生产线工艺布置如图1所示 目前,中厚板生产多采用连铸坯作为原料,可以通过辊道与连铸车间连接,直接热装,也可以通过原料库中转,冷坯上线 可采用步进式或者推钢式加热炉 坯料经加热炉加热到工艺要求的温度,出炉后经高压水除鳞,除掉表面的氧化铁皮 通过单机架或双机架轧机将坯料轧制到成品厚度,轧制过程中,按照不同钢种的轧制工艺,可以采用控制轧制工艺,控制中间待温温度和待温厚度以及终轧温度 轧制终了的钢板利用控冷设备来控制温降过程,以保证成品的性能指标 控冷结束钢板通过矫直机消除钢板浪形等缺陷,矫直结束后,钢板运送到冷床上进行冷却 钢板在冷床上冷却到一定温度后,运送到剪切线,通过切头剪、双边剪和定尺剪等设备得到最终的成品钢板,经过成品检验、喷号打印等工序后,运送到成品库,完成整个生产过程图1 中厚板生产线工艺示意图Fig.1 Schem ati c of plate produ cti on line2 全线跟踪功能的实现及应用2.1 全线跟踪功能的划分中厚板生产线全线跟踪功能可以分成三个层次:位置微跟踪、过程跟踪、物料跟踪,这三个层次的跟踪功能目的和范围各不相同1)位置微跟踪功能实现轧件在轧线上精确的坐标位置跟踪,目标是确定轧件头尾等不同部位不同时刻在轧线上确切的坐标位置,精度可以精确到毫米级别,相对于生产线全线的规模,该层次的跟踪功能可以说是微观跟踪 位置微跟踪功能的实现是生产线自动控制的基础,也为过程跟踪和物料跟踪的实现提供信息来源[3]2)过程跟踪是针对轧件在某个工艺区域内的工艺位置信息进行跟踪 比如轧件在轧机区,根据轧件的生产工艺过程,轧件可能处于运送、咬钢、轧制、抛钢、待温等不同的工艺状态 该工艺状态与轧件的坐标位置并不是绝对对应的,而是与生产过程对应,过程跟踪功能实现对轧件不同工艺状态进行记录,并调度模型计算、设定数据发送、实际数据收集处理等不同功能模块3)物料跟踪功能是实现轧件在不同工艺区域移动时位置和数据信息的记录,而数据信息的跟踪是物料跟踪功能的核心 一块钢板的生产过程从坯料上线开始,经历了加热、轧制、控冷、矫直、冷床、剪切、直到收集结束,在每个工艺区域都有大量的数据信息,包括提供生产工艺要求的PDI(prim ary data inform ation)数据、满足控制需要的设定数据、生产过程的实际数据、对实际数据进行处理得到的生产工艺数据等 通过物料跟踪功能对生产过程的数据信息进行跟踪,才能够保证整个生产线的信息畅通 当前钢铁行业竞争不断加剧,所有中厚板厂的生产方式都转换成 小批量,多品种 ,面向订单生产 大量不同品种规格产品的生产过程如果不能实现全线的跟踪,还单纯依靠设备手动控制,设定经验完成,数据人工记录的方式已经根本不能满足现场生产的需要 通过上述三个不同层次的跟踪功能,可以实现中厚板生产过程中,轧件从精确坐标位置到单个工艺区域内,直至全线不同工艺区域的位置和数据信息的跟踪,满足生产线从设备的自动控制、过程设定计算及全线数据信息记录的功能需求 2.2 全线跟踪功能实现思路国外公司设计开发的中厚板生产线自动化控制系统一般要由三级控制系统组成,全线跟踪实现也是按照上述三个不同层次的功能在不同控制1618东北大学学报(自然科学版) 第30卷系统中实现,由一级基础自动化完成位置微跟踪,二级过程自动化完成过程跟踪,三级生产管理自动化或MES(manufacturing ex ecution system)完成物料跟踪 在实现全线跟踪时,位置微跟踪是全部跟踪功能的基础,得到的位置坐标信息提供给过程跟踪功能;根据位置坐标信息实现过程跟踪,并将过程跟踪信息数据传递给物料跟踪功能;在过程跟踪信息基础上实现全线物料跟踪 全线跟踪正常时,物料跟踪功能将计划信息和PDI数据等过程设定计算需要的数据传递给过程跟踪功能,过程跟踪功能调用模型计算等过程控制功能,并将设定数据传递给基础自动化[4-10] 各功能之间的关系如图2a所示 由图也可以看出,这样的跟踪实现层次清晰、目的明确 这种实现方式的基础是:齐备的三级控制系统和稳定、准确运行的各个跟踪功能 但目前国内很多中厚板厂并不具备这样的条件,由于项目资金和管理等方面的原因,一般三级MES系统不能同时配备,缺少了物料跟踪功能实现的条件 而以高产量为目标的高轧制节奏强度,导致钢板运输等非关键生产环节以手动控制为主,对冷、热金属检测器等微跟踪检测仪表依赖性低,维护不力,仪表在线完好率低,直接造成位置微跟踪功能不能很好地投入使用 在三个跟踪功能模块中,物料跟踪功能和位置微跟踪功能两个模块不能很好地投入使用,以图2a方式开发的全线跟踪功能就不可能在现场得到很好应用通过对现场情况摸索和对问题原因的分析,提出全线跟踪功能实现的总体思路,对图2a进行改进,将物料跟踪功能下移,作为与过程跟踪互相关联的功能模块,在二级过程控制系统中来实现,并可以直接从位置微跟踪功能获得关键跟踪信息 对位置微跟踪功能进行修改,综合检测仪表信号、控制信号以及轧件位置坐标等信息,产生用于过程跟踪和物料跟踪的关键跟踪信息,如咬钢、抛钢、入炉、出炉等信号 这些关键跟踪信息不完全依赖于自动控制状态和检测仪表,即使在手动控制状态下,只要关键仪表工作正常也可以产生准确信号 位置微跟踪仍然生成轧件的位置坐标信息,用于自动控制和跟踪显示,但不直接传递给过程跟踪和物料跟踪,这样即使由于仪表或其他原因造成某区域位置坐标跟踪信息有问题,也不会影响到过程跟踪和物料跟踪功能 修改后的功能关系如图2b所示,该方案减小了缺少M ES系统对全线跟踪实现的影响,减轻了由于仪表等原因造成的位置微跟踪问题对全线跟踪实现的影响图2 跟踪功能关系图Fig.2 R elationship between di fferent tracki ng techniques(a) 三级控制系统;(b) 二级控制系统2.3 全线跟踪功能实现的数据流全线跟踪功能实现的数据流如图3所示,设立数据中心数据库,保存跟踪过程产生的各种数据信息,并作为物料跟踪和过程跟踪与人机界面系统进行大量数据交换的中转途径 人机界面系统和过程控制系统之间直接的数据交换只传递各种触发干预等信息,以保证通讯速度 微跟踪除了与过程跟踪和物料跟踪功能的数据交换外,还与人机界面系统进行数据交换,微跟踪信息在人机界面上进行显示,并可以通过人机界面进行干预另外,数据中心数据库还可以预留与L3数据库的数据接口,为未来的系统改进提供方便2.4 数据中心数据库的设计数据中心数据库在全线跟踪功能实现的过程中发挥着重要的作用,承担着数据信息存储和中转交换等作用 根据作用的不同,将数据库中的数据分为三类进行设计1)原始数据主要是由生产计划数据和坯料数据等组成的PDI数据,这部分数据是进行生产控制和设定计算最基础的条件数据 随着钢板沿生产线移动,此数据应准确无误地为每个工艺区域提供数据信息,直到钢板加工完毕2)跟踪队列数据 由于中厚板生产线的控制范围非常广,全线跟踪的实现要由多台服务器完1619第11期 矫志杰等:中厚板生产线的全线跟踪实现与应用成,物料跟踪的实现基于对数据库中数据表的操作 对每个跟踪工艺区域设立一个跟踪队列表,记录每个区域的轧件身份证ID 号、状态等数据,并在跟踪状态发生变化时,通过对跟踪队列数据进行操作完成跟踪功能3)工艺过程数据是钢板生产过程中与工艺相关的所有数据,包括设定计算结果,实际数据记录、工艺统计数据等图3 跟踪功能数据流Fig.3 D ata flow in tracking process2.5 实际应用轧制技术及连轧自动化国家重点实验室先后承担了唐山中厚板材有限公司、河北敬业中板有限公司、福建三钢集团有限公司等多条中厚板生产线全线自动化控制系统的开发,实现了全线跟踪功能,并在现场得到了较好应用3 结 论1)将全线跟踪功能分成位置微跟踪、过程跟踪和物料跟踪三个层次,并根据国内中厚板生产线的具体条件,确定全线跟踪功能实现的总体思路2)设计全线跟踪功能的数据流,通过数据中心数据库进行数据存储和中转,基于对数据表的操作实现物料跟踪3)在国内多条现场条件一般中厚板生产线上实现了全线跟踪功能,并得到较好应用 参考文献:[1]宋元力,黎在云,牟艳 现代宽厚板厂计算机控制系统[J] 宝钢技术,1999(3):40-44 (Song Yuan -li,Li Za -i yun,M u puter control system in modernized w ide heavy plate [J ].Baoste elT echnology ,1999(3):40-44.)[2]张燕燕 厚板轧制新工艺与新技术的采用[J] 轧钢,1998,15(6):40-43(Zhang Yan -yan.Application of the new process andtechnique in plate 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