1、冷轧生产中二级控制系统的设计与应用摘 要随着计算机及网络技术的发展，同时为了适应市场的需求，先进的钢铁自动化系统都建立了二级控制系统。研究冷轧生产中的二级控制系统在提高生产效率、改善产品质量和节约能源等方面有着举足轻重的意义。 关键词二级控制系统 功能 应用 中图分类号：TB7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0239-01 随着社会经济的迅猛发展，汽车和家电产品需求日益增长。对于产量和质量要求越来越高的冷轧板生产线，自然需要先进的自动化控制系统。因此，二级控制系统在自动化控制系统中扮演了非常重要的角色。 1.二级系统简述 二级系统主要采用机理性的模型，同时辅以自
2、学习模型，使给定的数据具有较高的精度，为一级基础自动化系统提供轧制参数的设定值。在变规格、变策略、变参数时自动进行动态计算轧制的设定值。其特点为： （1）具有较高的计算精度，设定值和实际值偏差较小，在轧制时能根据实际数据进行修正道次参数。 （2）自学习能力较强，通过数据的不断积累，自身的不断完善，使轧制数据的给定值更加精确。 2.二级系统的硬件组成 2.1 基本硬件技术数据 3.二级系统的功能介绍 3.1 原始数据管理 该处主要功能：（1）从 L3 级在线接收 PDI；（2）从 HMI 手动输入 PDI；（3）修改/删除 PDI 数据。 PDI （原始数据输入）信息必须在钢卷到达酸轧线入口步进
3、梁前传到。由于所有的轧机控制计算都基于 PDI 信息，因此，只有正确格式和合理变量的 PDI 数据才能被接收。一组 PDI 数据对应于一卷带钢。L3 级计算机须向入口步进梁发送钢卷轧制顺序和钢卷识别号等信息。操作工可以从 HMI 修改轧制顺序。 3.2 酸轧线钢卷和带钢跟踪 （1）酸轧线带钢跟踪系统，在适当的时间根据事件和情况激活自动预设定、数据采集、HMI 显示等其它功能。 （2）跟踪系统对钢卷从酸洗线入口到出口进行全程跟踪。跟踪从钢卷被放至酸轧线入口步进梁时开始，当钢卷离开酸轧线出口步进梁时结束。 （3）在跟踪系统中，酸轧线被分为几个区域。基本上是按照设备进行分区域的，比如入口鞍座、开卷机
4、、焊机、入口 1、2 号活套、酸洗段、切边剪、出口活套、轧机段、出口鞍座等，还根据轧制带钢长度。区段的数量在设计阶段确定。 （4）利用数学模型进行的设定计算必须先于操作，以确认计算结果。（5）当钢卷产出之后，其信息也同时完成。 （如：钢卷号确定，称重完成） 。 （6）将钢卷送至检查台的命令将由 L2 自动下达。按标准，变规格后的第一卷及以后每 5 卷将被送至检查台。用户设定的其它的检测周期也可包含在内。 3.3 轧机设定值计算 冷轧二级控制系统的一个重要功能就是使成品钢卷的厚度达到设定值。带钢压下量的控制参数主要是辊缝和各个机架的轧制速度，这就需要轧机模型的基本设定计算来控制涉及到的参数如张力
5、、带钢速度、屈服强度、摩擦系数、轧制力和电机扭矩等。基本设定计算的目的就是得到高质量的带钢、减少动态变规格的长度和稳定高速轧制以提高生产。 轧机数学模型基本设定计算流程如图 1 所示。 计算的大体流程是： （1）先从 L3 读取 PDI 数据和轧辊数据，PDI 数据主要是原料卷的厚度、成品卷的目标厚度、宽度和钢种等；轧辊的数据包括工作辊、中间辊和支撑辊的辊径，粗糙度以及五机架工作辊是选择光辊或者毛辊等； （2）确定各个机架的压下率；查表法确定各个机架的张力；利用秒流量相等原则确定各个机架的出口速度，由出口速度查常数表计算出摩擦系数； （3）由各个机架的总压下率计算带钢的静态变形抗力，在求出动态
6、变形抗力；由 Bland&Ford 方程计算前滑值；由 Hill 方程计算轧制力； （4）计算电机扭矩；计算电机功率是否平衡，不平衡修改压下制度；计算电机功率是否超载，超载修改带钢速度； （5）计算轧辊位置和轧机弹性模量，计算 AGC 系数，计算完毕后，基本设定计算结束。 3.4 自适应功能 自适应功能是轧机设定计算功能的补充。由于数学模型自身的误差，生产过程中工况的不断变化以及测量设备的误差等因素，引起轧制偏差，这就需要自适应功能通过自学习方式来进行补偿。 它通过设定值与实际值的偏差来计算出自适应系数，这些系数经过统计处理后存储在表格中。当轧制与该卷带钢有相同特性的钢卷时，数学模型将利用这些
7、系数补偿控制参数。除了这些补偿值以外，机架间张力、压下量、弯辊力等存储在表格中的数据也能根据实际数据进行更新。3.5 质量控制数据管理 该功能包括厚度分类、板形分类和操作人员输入的检测数据。在厚度分类中，计算厚度偏离上限长度、偏离下限长度和平均厚度数据。这些数据以日志形式上报并送至 L3。 除了分类数据，缺陷和检查数据也将被收集。该信息基本分成 3 部分：热轧卷缺陷信息 （包含在 PDI 数据中） ；酸洗缺陷信息 （在剪边操作间自动和手动输入） ；连轧缺陷 （主要在检测站手动输入） 。 3.6 日志管理 L2 日志管理包括：PDI 日志，生产过程日志，工作日志，PDO 日志，故障日志，报警日志，事件日志等，通过这些日志记录，可以分析故障原因，总结生产经验，提高生产效率和产品质量。 结语 总之，随着自动化控制技术的快速发展，二级过程控制系统在冷轧生产的应用会更加广泛和深入。二级过程控制系统与基础自动化控制系统的不断紧密结合，控制系统的不断完善，以及自动厚度控制和自动板型控制等方法的不断改进，将会大大提高钢铁行业冷轧高端产品的质量和产量。 参考文献： 1 王顺晃，舒迪前编著.智能控制系统及其应用M.机械工业出版社，2005. 2 董长虹编著.神经网络与应用M. 国防工业出版社， 2005. 3 刘金琨编著.智能控制M. 电子工业出版社， 2005.
