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中厚板轧机二级过程自动化功能描述

2016/10/11    来源:e-works    特约撰稿人:岳临萍      
关键字:二级L2  轧制表  轧制策略  MIPA TM  
本文介绍了中厚板轧机自动轧钢控制设计的主要思路,对二级控制系统的主要功能进行了描述说明,较为全面的解释了L2的工作原理和功能设计。
    前言
 
    在中厚板轧机自动轧钢控制系统中,二级系统(Level2)是整个系统的控制中枢,一般包括温度模型、物料跟踪模型、预计算模型、轧制模型等多个控制模型组成。这几个模型之间互相关联,由二级的控制和无控制功能块进行相关的计算和发送指令,轧机的计算功能是整个二级系统的神经中枢,决定了功能的设计、实现以及轧制效果。
 
    1、初始数据PDI
 
    初始数据记录包括所有轧制钢板所必需的数据。为了粗轧机和精轧机间钢板的自动排列,必须将下述变量加到初始数据记录里。初始数据一般包括钢坯的化学成份、材质、钢种、钢坯号、钢坯的长、宽、厚,钢坯加热温度、加热时间、出炉温度;成品钢板的目标厚度、数据模型计算出来的道次、温度、轧制代码、转钢次数,冷却模式、允许的TM排列、轧机操作、轧制序列等轧制数据。是整个二级模型计算的基础。这些数据可以来自L3(MES)企业信息系统直接通过TCP/IP传送到L2数据库中,也可以人工手动进行输入。
 
    2、轧制的两个主要阶段:粗轧阶段和精轧阶段
 
    轧制只有粗轧或只有精轧或粗轧、精轧(双机架轧制)取决于初始数据PDI所指示的模式或操作工的选择模式,有以下四种不同的控制模式。
 
    2.1简单模式:这种模式下,粗轧机先进行尺寸轧制和宽边轧制然后再到精轧机上精轧。
 
    2.2质量模式:.品质轧制模式,粗轧机先进行尺寸轧制和大部分宽边轧制,然后到精轧机进行板面形式控制(PVPC)轧制。如果粗轧机不能进行PVPC轧制,但是操作工已强行进行质量模式轧制,那么在粗轧机上进行尺寸轧制和宽边轧制,在精轧机上进行精轧序列。在所有其他情况下,质量模式自动转换到时间模式。 通常情况下,质量模式的产量小于时间模式的产量。
 
    2.3时间模式:.轧制时间平均分给两个轧机,产量最大。
 
    2.4热机轧制TM模式:在粗轧机上钢板轧制到TM的中间厚度然后输送到传送辊道上冷却到要求的温度后,再输送到精轧机上进一步最终成品轧制。
 
    3、轧机计算的设定功能
 
    轧机计算的设定功能包括两部分:控制部分和无控制部分,各部分分别执行不同的功能,具体描述如下表所示: 
 
    3.1控制部分功能描述

中厚板轧机二级过程自动化功能描述
中厚板轧机二级过程自动化功能描述
 
    3.2无控制部分功能描述
 
中厚板轧机二级过程自动化功能描述
中厚板轧机二级过程自动化功能描述
中厚板轧机二级过程自动化功能描述
中厚板轧机二级过程自动化功能描述
 
    3.3控制部分功能的具体实现
 
    3.3.1轧制表预计算
 
  • 轧制表计算用于处理粗轧机和精轧机,由轧制模型来实现计算功能。轧机由自动化系统的模型来控制,不是由操作工操作,可以根据轧制表进行自动轧钢,在发生突发状况时,操作工可以手动干预。轧制表计算步骤流程图如下:
 
  轧制表计算步骤流程图
    图1 轧制表计算步骤流程图
 
    3.3.2轧制策略
 
  • 轧制策略是操作工与过程控制和数学模型间的连接。轧制策略将确定优化道次数量和合理的轧制力和荷载分布。操作工能手动干预HMI的轧制表计算,操作工可以输入下述变量:补偿目标厚度和宽度、补偿双机架时间模式的粗轧机-精轧机中间厚度、补偿导卫、修改轧制表的极限值、RM/FM模式、PVPC模式、TM排列等。轧制策略,预计算,后计算及自适应控制流程图如下所示:
     
轧制策略流程图
  
    图2 轧制策略流程图
 
    3.3.3 轧制表计算
 
    轧制表重复计算不受轧机影响。轧制表后计算应用在完成测量后进行后计算,再用测量数据重复计算刚完成的测量事项,如一个道次完成后,将使用该道次的测量数据重复计算该道次。后计算的数据作为修改模型的基础,将扩充后计算和修改以处理轧机的测量数据。
 
    3.3.4板型和平整度的控制
 
    轧机的板型和平整度控制算法模型是钢板质量控制的十分重要的模型之一,具有较复杂的工艺算法和数学计算,模型的有效实施体现出了设计者的水平。轧制表计算必须考虑在轧机上使用板型控制和PVPC控制的可能性,也可以使用锥度模型(TAC)即:多点(7点)设定非常适合轧制船板和桥梁板使用的变厚度钢板生产,可以轧制多种厚度不规则的钢板,如下图所示:

多种厚度轧制示例
 
    图3 多种厚度轧制示例
 
    3.3.5 MIPA-TM排列
 
    MIPA是指多张钢板同时轧制控制,是产能组织的必要手段;TM控制主要是中阶段钢板的温度控制,在轧制特殊钢板的时候必须控制相应的温度以便达到质量水准。在TM轧制期间,会使用IC冷却和ACC冷却以便于达到钢板的目标温度。一次轧一块钢板会减少产线生产能力,影响产线节奏。为了避免发生该事件,在粗轧机和精轧机间要有等待排列,这样就可以使多块钢板同时冷却,等待轧制,意思是只有第一块TM钢板和第二块TM板生产能力会降低。当一连串的TM钢板列入计划后,加热炉的出钢序列几乎与此相同,好像没有间歇冷却。当前面的钢板向精轧机移动时,当前单传辊道上的这块钢板会移到下一个辊道上,现有的自动化系统跟踪模型会控制处理此种情况。跟踪模型控制具有更精细的辊道分类,这样就可以自动排列更多的钢板。轧机进度控制必须执行自动排列钢板。钢板的TM排列如下: 
 
 
钢板的TM排列
 
    图4 钢板的TM排列
 
    3.3.5.1轧制序列
 
    通过游荡达到冷却的厚度前,在粗轧机上轧制批量板中的每块板。在粗轧机上轧制下一块板,当达到冷却温度后,连接到粗轧机和精轧机间的排列中。剩下的TM钢板重复步骤。当第一块板的冷却时间结束后,将在精轧机上轧制。这样可同时在粗轧机和精轧机上轧制多块板,两轧机间的空间用于冷却钢板。
 
    3.3.5.2排列控制
 
    轧制区域自动轧制物料,自动排列监测。按照精轧机确定的行程和粗轧机后的HMD限定,在HMD前自动控制冷却区的批量钢板的往返(游荡)的。在冷却区增加一块钢板是自动完成的。在冷却区从排列里移出一块钢板是自动完的。
 
    3.3.5.3排列条件
 
    在排列中同时处理钢板的数量取决于下述参数:
 
    ⑴ 冷却间歇必须是一致的即接近相等
 
    ⑵ 游荡期间的钢板长度总合小于游荡用的辊道长度
 
    ⑶冷却时间 > Σ 粗轧机总的时间(钢板数量2 ~ N)
 
    ⑷冷却时间> Σ精轧机总的时间(钢板数量2 ~ N)
 
    3.4无控制部分功能的具体实现
 
    3.4.1HMI界面
 
    所有与操作工的通讯使用基础自动化的终端。操作工可以通过HMI进行现场的观察,并通过HMI进行数据的输入输出互动,对自动控制系统进行必要的干预等。原则上,操作工能调用两个不同型号的掩码:过程控制掩码和Oracle数据库中的初始数据、轧制序列和测量数据存档的掩码,这些掩码也包括HMI、PVPC、弯辊、处理TM排列信息的变量等。
 
    3.4.2物料跟踪
 
    物料跟踪控制是轧机基础自动化系统的主要组成部分。物料跟踪的基本功能是跟踪钢坯从装炉开始,经过出炉、经过轧机区域,从除磷入口处辊道开始直到热矫直机出口辊道。物料跟踪主要以钢板号为主键,准确记录钢板的头尾位置和钢板在辊道上的长度位置等。
 
    3.4.3记录
     
    轧制过程中所有的数据并形成记录进行存储,主要有运行记录、测量记录、校准记录等。
 
    3.4.4通讯
 
    轧机系统要求通讯流程,每个方向有单独的流程,主要通讯包括:与L3、L1级的通讯,与IC、测厚仪、ACC、矫直机的通讯,还包括与HMI的通讯等。以TCP/IP的协议进行数据传送,编制相应的报文代码,从L2传送到各个设备中枢。接口通讯如下表所例:
 
    中厚板轧机二级过程自动化功能描述
    4、小结
 
    目前国内大部分的中厚板轧机二级控制系统是由西门子设计实现的,具有较为成熟的方案和实施案例,在各大钢企的运行较为稳定。本文简要介绍了二级主要功能设计思路,并对各功能实现进行了解释,希望能够对模型的理解有所帮助。
 
责任编辑:李欢
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