厚板厂轧制区域自动化控制系统整合优化分析

2019-02-13刘虎成韩学敏

数字通信世界 2019年3期

刘虎成，韩学敏

（山信软件股份有限公司莱芜自动化分公司，莱芜 271104）

随着客户都厚板产品精度与性能要求不断提高，我国许多厚板厂对轧制区域自动化控制系统进行了优化升级，但是在整个设备系统的改造中，各厂家侧重于设备基础自动化控制的设计与调试，忽略轧制区域自动化控制系统自动化操作过程、数据信息有效衔接，使得整个轧制区域控制系统产生较大波动，直接影响到整个厚板厂的生产质量指标。因此整合优化厚板厂轧制区域自动化控制系统具有重要意义。

1 轧区系统结构规划

为了改善轧制工艺，提高钢板性能指标与块品种率指标，厚板厂对轧区的设备控制系统优化整合成同一个网络结构架。另外，为保证基础自动化与过程控制系统的网络安全，决定以以太网技术通过物理隔离连接方法连接各系统端口，防止现场工业和外界网络连接时存在运行不稳定性，使用数据交换平台连接制造执行系统与过程控制系统数据通讯。然后在计算机中录入生产线检查信号与设备本体采集的信息，利用模型计算加以修正，利用过程控制计算机系统连接以太网和PLC进行数据通信，顺利完成过程工艺采集储存、工艺数据采集实时物料跟踪和规程优化计算工作，并通过制造执行系统编制生产计划、管理产品和设定轧制工艺，直到产品生产结束为止。

2 过程控制系统

2.1 数据通讯

轧制区域控制系统由加热控制区、ACC冷却控制区与热轧控制区等3个区域形成，每个区域的运行都有一个过程控制服务器，而数据通讯作为过程控制系统的重要部分，主要应用COM作为连接客户端，规划与开发整个控制系统，完成数据的接收与传送[1]。以重钢中厚板厂4100mm轧机的数据通讯为例，在改造过程中，通过过程计算机和人机交互界面、区域间过程计算实现数据通讯，基于COM技术上连接人机界面服务器中OPC客户端，对出炉触发、跟踪队列修正、人工轧废触发和轧机调零触发等出发变量值进行监控，并做过滤与解释处理，整合成系统可识别的处理事件。待进入区域间过程时计算机通讯与事先设定的发送、接收电文数据类型与长度连接，按照信号产生处理之间发送与接收数据。

2.2 数据记录和管理

为了增强轧制区自动化工业以太网的安全性，将物理隔断应用于1.3级制造执行系统和1.2级控制网络上，待到制造执行系统完成编制调度计划工作后，由三级数据交换平台向轧区1.2级ORACLE数据库传送调度计划与各区域工艺控制系数，方便数据记录和管理模块详细写入出炉、入炉的时间。然后由过程控制系统自动向1.2级数据库传输出炉、开扎、中扎、开冷和返红等具体执行工艺数据，最终通过三级数据交换平台Biztalk系统向制造执行系统输送1.2级数据库的实际生产工艺参数。可见利用该种数据管理方式有利于在1.3级制造执行系统与1.2级控制系统的网络构建中完成物理隔离，提高整个轧制区域自动化系统与二级工业以太网运行的安全性。

2.3 钢板跟踪

钢板跟踪系统主要是跟踪与控制轧线上的物料，通过监控加热区、冷却区与轧制区中坯料位置、状态，然后结合物料所在的不同跟踪接触点调用数据通讯、模型计算和数据管理、记录系统，最终自动调用不同的跟踪逻辑实现对轧制区域位置与状态跟踪[2]。以重钢中厚板厂4100mm轧机的物料微跟踪优化为例，改造前应用的批轧模式包括2种：一轧两待与一扎三待。其中前者在精轧机入口位置放置1块待轧板，待温辊道中摆放2块可摆动的中间坯，由于中间坯长度不超过8m，成品长度小于28m，使得成材率低，无法满足生产需求。而后者将1块待轧板放置于精轧机入口位置，待温辊道中摆放3块摆动中间坯，但轧制要求为四块，因此无法满足生产节奏的需要。针对上述情况对批轧进行提前判断、分钢处理等优化，有空间剩余法替代空间累加法，从原先的3块中间坯增加到5块，增强钢板在批轧区的跟踪容错性，然后由逻辑信号取代热金属检测器的检测信号，在分钢前预设钢板跟踪位置分离功能，自动跟踪批轧钢板上的物料，提升批轧钢板分钢的效率。

2.4 模型计算

模拟轧制过程的数据计算对测试与调试具有重要意义，有利于工作人员利用模拟功能对轧制顺序与修理故障实时监控，并通过“虚假的轧制”测试模式模拟跟踪，防止逻辑信号的干扰。但需要注意的是，该模式的运行必须建立在轧机空了的条件下进行，才能够确保轧机轧制。且在选择模型计算操作时，应检查加热炉至热矫直机的工作状态，禁止与轧制融合，避免轧机设备运行失去控制。另外，工作人员也可利用主操纵台中人机交互界面终端取消或者是选择进行操作。且在模拟轧制时，还应同步模型计算信号，其他操作亦是如此。

3 优化效果

经过优化调试轧制区域自动化控制系统后，厚板厂分阶段运行，改变了轧区6大控制模块与2个大型仪表，提升了轧区的粗轧向加热炉自动空冷、粗精轧自动打高压水、厚度及宽度自动测量反馈、粗精轧机自动轧钢等区域性能，减少轧制期间的人工干预操作，缓解工作压力的同时，提升轧制节奏，改善轧制工艺，提升钢板性能指标与块品种率指标，确保整个自动化控制系统正常运行，达到引进系统的改造水平[3]。