冷軋自動化過程控制的研究

張宏偉

摘要：現(xiàn)階段，隨著制造業(yè)對冷軋鋼板的質(zhì)量要求越來越高，相應的計算機控制系統(tǒng)建設要求越來越高。本文對冷軋過程的自動化控制、軟件系統(tǒng)等進行了分析，并對操作維護相關(guān)注意事項進行了概述，旨在為相關(guān)制造生產(chǎn)提供一定了理論基礎。

關(guān)鍵詞：冷軋自動化；過程控制；研究

1 前言

冷軋過程一般在室溫下進行操作，對鋼材進行軋制的一個制造加工流程，原材料一般是4mm以下的熱軋薄板，經(jīng)過自動化加工軋制成為所需厚度的鋼板，屬于生產(chǎn)制造行業(yè)中的高端材料，目前對軋制成品的要求越來越高，因此，冷軋自動化工藝的要求越來越高，冷軋工藝成為關(guān)鍵問題，它是冶金制造業(yè)的重要加工技術(shù)。現(xiàn)階段，冷軋生產(chǎn)線的精度、效率、操作穩(wěn)定性等諸多要求使得相應的計算機控制技術(shù)需要進一步提升。

2 冷軋自動化部分

冷軋生產(chǎn)控制系統(tǒng)根據(jù)功能屬性不同，大體分為兩級控制系統(tǒng)，一級控制為設備控制，二級控制為過程控制，俗稱過程控制自動化，二者通過系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，具體介紹如下：其一、一級控制，也是基礎控制階段，通過對過程變量進行維持給定數(shù)值控制、協(xié)調(diào)整體工藝流程、實現(xiàn)自動化操作的控制。該階段對設備的速度、位置等進行信息采集并控制，保證整個工藝流程的出入口可以實現(xiàn)自動控制，從而保證成品材料的尺寸大小、物理性能等符合要求。該系統(tǒng)的設計需要符合液壓系統(tǒng)控制要求、數(shù)據(jù)通信傳輸功能及物料跟蹤效益。其二、二級控制，該過程通過對物料的跟蹤實現(xiàn)工藝流程正常運行，通過數(shù)學模型得出相應的控制壓力，根據(jù)需要對產(chǎn)品質(zhì)量進行控制，形成工藝流程的生產(chǎn)報表、質(zhì)量報表等數(shù)據(jù)，完成操作流程的監(jiān)控任務，該過程控制在鋼卷稱重后脫離生產(chǎn)線即完成。

2.1 一級控制

基礎自動化級主要是通過處理與收集設備的速度、位置及順序等數(shù)據(jù)，以使生產(chǎn)線入口與出口實現(xiàn)自動化，從而使控制產(chǎn)品的板形、張力、寬度及厚度等基礎性任務得以完成。設計基礎自動化系統(tǒng)必須使各功能之間的互相通信、人機對話、處理數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、控制邏輯、跟蹤物料以及控制液壓系統(tǒng)等功能得以滿足。

2.2 二級控制

過程控制自動化級通常是選用互為熱備份的兩臺計算機，然后再利用以太網(wǎng)把兩臺過程控制計算機與附助儀器結(jié)合起來。自熱軋酸洗卷開卷起，兩臺過程控制計算機就開始錄入并管理原材料的初始數(shù)據(jù)，同時跟蹤待軋、正在軋以及已經(jīng)軋過的鋼卷數(shù)據(jù)，另外還會預先設置并測算過程參數(shù)數(shù)學模型，記載并采集處理軋制過程數(shù)據(jù)，然后形成并打印質(zhì)量報表、生產(chǎn)報表以及工程報表，最后再完成控制人機對話、數(shù)據(jù)傳輸、處理歷史數(shù)據(jù)、過程自學習、軋鋼模擬、操作與啟動應用系統(tǒng)以及對畫面的顯示事件監(jiān)視進行維護等工作，直至運輸鋼卷的系統(tǒng)在線稱重離線之后才結(jié)束。

3 二級控制機的軟件

其一、位置跟蹤子系統(tǒng)，功能體現(xiàn)在對鋼材在工藝流程中的位置進行實時監(jiān)控，響應一級機的斷帶信號，并對操作人員進行第一時間提醒；其二、換輥管理，更換工作輥、支撐輥時，將相關(guān)數(shù)據(jù)進行收集、錄入操作；其三、計劃管理，根據(jù)主管人員在二級機中錄入的生產(chǎn)計劃進行相應的操作施工；其四、停機，對相關(guān)停機操作進行監(jiān)控、記錄、管理；其五、報表，軋機正常工作過程中，根據(jù)需要進行質(zhì)量、產(chǎn)量等相關(guān)報表；其六、畫面，操作管理人員根據(jù)操作界面進行數(shù)據(jù)錄入、材料位置跟蹤、設定、斷帶故障處理等相關(guān)操作，實現(xiàn)便捷方便的操作控制。

4 二級控制機軟件系統(tǒng)的構(gòu)造

事件監(jiān)視動作分配器是冷軋過程控制機軟件的核心部分，其他子系統(tǒng)模塊都是由它來啟動的，它能夠?qū)ν獠吭O備與進程觸發(fā)、數(shù)據(jù)流、內(nèi)存緩沖區(qū)、進程間通信之間的相互關(guān)系進行協(xié)調(diào)，使軋機在完成各類相關(guān)動作時實現(xiàn)自動化。

因為二級控制機所采用的數(shù)據(jù)格式不同于一級控制機。所以倘若二級機的內(nèi)存緩沖區(qū)接收到一級機的初始數(shù)據(jù)時，必須轉(zhuǎn)換工程單位。監(jiān)控軋機進程的事件是由二級機的監(jiān)視器觸發(fā)的，隨后再讓事件監(jiān)控子系統(tǒng)對一級控制信號進行監(jiān)控，同時將檢測到的事件進程信息傳達給事件監(jiān)視動作分配器。每次接收到一個事件，事件監(jiān)視動作分配器都會將執(zhí)行相關(guān)動作的指令傳達給應用程序，待應用程序收到并完成動作之后，再返回事件信息，冷軋自動控制的動作鏈就是由“傳達―等待―接收”一系列的重復動作構(gòu)成的。

5 計算二級控制機的規(guī)程

在接收到信息指令之后，軋制規(guī)程計算進程就會對入口處的鋼卷號加以獲取，同時對原材料卷的初始數(shù)據(jù)予以檢索出來，然后再根據(jù)軋制工藝規(guī)范與產(chǎn)成品技術(shù)數(shù)據(jù)，并結(jié)合軋輥直徑、模型參數(shù)、彎輥數(shù)據(jù)、自學習因子以及軋機限制等來計算軋制規(guī)程，并對計算規(guī)程的結(jié)果加以存儲，最后再將完成信息傳達給事件監(jiān)視動作分配器。

5.1 采集模型數(shù)據(jù)

在將鋼卷放入軋機之后，當接收到事件監(jiān)視動作分配器傳達的開始信息之后，采集數(shù)據(jù)的進程就會立即完成分析、采樣及儲存穿帶與最小最大中間穩(wěn)態(tài)速度軋制過程中所測量的數(shù)據(jù)。

5.2 對給定進行預先設置

軋制過程的控制參數(shù)是由計算軋制規(guī)程的數(shù)據(jù)構(gòu)成的，由預先設置的進程依據(jù)所獲得的信息，預先設置鋼卷與軋機的各項技術(shù)質(zhì)量標準。同時對目前的軋機限制、軋輥數(shù)據(jù)以及模型參數(shù)予以預先設置并檢索出來。依據(jù)標志來對是否在進行穿帶加以判定。

5.3 自適應學習

為了獲取軋制力、功率及前滑的校正因子，需要借助數(shù)學模型來對采集到的帶鋼寬度、厚度、軋制力、張力及速度等數(shù)據(jù)進行重新計算。將計算理論數(shù)據(jù)與測量數(shù)據(jù)之間的偏差找出來，每次完成軋制鋼卷時，事件監(jiān)視動作分配就會將信息激活自學習因子予以傳達出來。通過對鋼卷進行確認以及對數(shù)據(jù)、所測量到的數(shù)據(jù)、預報的軋制規(guī)范數(shù)據(jù)以及所應用的學習校正因子進行提取，自適應學習進程就會形成新的學習因子，同時把它們保存至此卷的數(shù)據(jù)記錄之中，最后再將完成學習的信息傳達給事件監(jiān)視動作分配器。

6 結(jié)語

綜上所述，我們可以得知，冷軋是一項具有高效、高精確度、不間斷性以及較高自動化程度的工藝，所以，其所配備的計算機控制系統(tǒng)也必須具有較快的反應能力、較高的精確度、較高的穩(wěn)定性以及較快的速度，這樣才能使冷軋技術(shù)實現(xiàn)更好的發(fā)展。

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（作者單位：河鋼樂亭鋼鐵有限公司）