自主研发过程控制系统在镀锌线的应用

王燕伟

摘要：本篇文章是对某钢厂老旧的过程控制系统平台不能满足精确化的生产要求，所以产线需要研发新的过程控制系统来实现产线模型化计算的浅述。本次研发根据原有的过程控制系统架构，设计新的模型化过程控制系统，此系统可根据参数的设定来实现定制化生产。

关键词：过程控制系统 模型化

引言

智能制造是当今制造业变革的大势所趋，生产过程的自动化系统稳定高效运行是实现智能制造的重要基石。在以钢铁企业为代表的制造型企业中，目前大多存在产线时间长，系统老旧的情况，并且不能完美实现定制生产品。为此，如何使得老旧产线以最小的成本保持相对稳定的生产，是企业管理者面临的一大问题。冶金行业相关生产制造技术和设备控制水平的要求逐渐提高，用户对于冷轧的带钢质量的要求也逐步提高。为了提高产品的质量和性能，钢铁生产企业越来越重视产线二级过程控制系统。因此如何提高带钢的质量、产量及产线自动控制技术水平，如何采用现代化的控制方法来满足生产工艺的要求。

本文以国内某钢冷轧厂1#镀锌产线二级系统为平台，进行自动化二级系统的研发。此钢厂镀锌产线原有系统不能满足产线更加精确化的生产需求，而且随着钢产品转型升级，产线需要更多的模块来实现产线模型计算、带钢跟踪等功能。决定自主开发研制一款通用的自动化二级系统，以期在提高产线自动化控制水平的基础上提高产品产量和质量，同时实现技术创新和自主管理。

1总体设计思路

本项目成果结合产线现场管理模式、自动控制理论款件工程理论、PC与PLC通讯技术、网络通讯及信息化技术，引用当前最先进的软件架构理念，通过对生产计划管理、生产状态跟踪、读写PLC、轧制力计算、设备控制、大数据处理、EXCEL报表自动生成等核心技术的研究与突破，形成具有完全自主知识产权的通用二级非控平台系统（不包括控制模型），将某钢厂产线自动化控制系统面貌焕然一新，由此坚实地步人根据需求灵活定制的智能制造时代。

2系统总体结构

二级系统（ Leve12）作为一级与三级系桥梁纽带，其业务内容是不可或缺的，并且随着信息化的大发展，二级系统功能性不断增强，作为自动化和信息化的纽带层，其业务的重要性不断提升。

通用二级非控平台的开发实现基于微软公司的.NET框架，采用c#高级语言，数据存储及数据共享采用oracle lOg数据库，系统各个核心功能模块采用windows消息机制进行通讯。主要模块有通讯模块、生产计划管理，上线跟踪管理，班组管理，PDO报表管理、停机管理等模块。基于系统整体设计思路，整个系统分两级，分别是数据通讯级和数据处理级，数据处理级包括生产计划管理、上线跟踪管理，班组管理，PDO报表管理、停机管理等模块。为保证二级系统运行安全可靠，级与模块之间交错控制，级与级之间通过TCP/IPsocket进行数据交互，模块与模块之间通过数据库数据共享进行数据交互，操作显示画面采用WindowsForm程序。

3系统功能模块

不论是炼铁、炼钢工艺，还是热轧、冷轧工艺，为了实现产线级的优化控制完整的产线二级控制系统功能均可细致划分为通讯管理、PDI生产计划管理、上线跟踪管理、设定值管理、班组管理、PDO报表管理、停机管理等基本功能模块及根据产线需求定制的模型管理、数据分析等扩展模块。因为产线工艺流程的不同及产线设备机械工作原理的不同，控制模型模块、数据分析模块只能作为通用非控平台的扩展功能。

因为产线工艺的特异性，不同工艺拥有不同服务于精准生产控制的数学模型，无法通用，所以，模型模块不作为通用二级非控平台的基本组成部分，而是作为扩展功能单独开发。每次平台推广应用，都会首先进行数据采集，为针对产线设备进行相应模型研究做准备。随后，经过产线模型的研究开发，再利用平台提供的模型管理接口，建立模型模块的扩展。

本项目成果吸收某钢厂一镀锌产线原有简易指导模型，结合相关机理模型理论，重新设计开发了一套冷轧镀锌线生产工艺模型。此套模型主要包含镀锌线26个工艺参数设定值的计算。首先根据带钢的入口钢种和出口钢质进行智能分类把属性相近的加工对象加以聚类。然后，针对每个工艺参数建立了关于钢种组、带钢厚度和带钢宽度等相关自变量的分段线性函数，完成一整套数学模型的函数表达。最后可根据不同产品的需求，来设定参数，可以实现智能化定制生产产品。

4设定值功能

二级系统另外一个重要功能是实现生产过程设定值计算和下发。设定值是二级过程控制系统的关键所在，设定值的合理与否直接影响着带钢能否正常生产。该平台基于产线的生产实际数据，建立了参数表，并基于这些参数表格设计设定值计算模型和算法为每一卷钢卷计算设定值，经过系统判定和操作工校正后，最终下发给PLC系统。

设定值预计算：二级系统在接收到三级下发的新计划时，由后台程序进行自动计算，计算的设定值存入设定值历史数据库。同样，支持操作工手动增加的钢卷、修改生产状态或者PDI数据的钢卷进行自动计算设定值，即設定值的重新计算功能。

设定值自动检验与报警：根据现场设备情况，首先进行设定值的上下限设定，即所有对应到设备上的参数均有范围，不能过大也不能过小。预计算产生的设定值要经过自动判定，符合要求的设定值通过绿色指示灯标识，不符合要求的设定值用红色指示灯标识。

设定值手动校正：针对红色指示灯标识的钢卷，操作工需要手动点击设定值按钮，进入设定值修改画面，出现错误的设定值同样会以红色警告，操作工可以进行修改。修改后的设定值会重新下发给一级PLC。

设定值下发：对于计算无报警的设定值，会根据一级能够接收的数据缓存容量自动下发。

5总结

冶金行业中老旧产线继续相对稳定高效的，并实现定制化生产，是企业的迫切需求。主要依靠经验的传统生产方式已经很难满足现在生产对产品精度和生产效率的要求，利用二级过程控制系统的数学模型自动计算得到生产过程控制中需要的工艺参数设定值，现场执行机构根据设定值对相应设备进行调整控制，以期得到符合客户质量要求的成品带钢。模型化技术的应用为实现这一目的提供了可能性。此过程控制模型化系统在镀锌产线成功应用，为打造智能制造工厂实现定制化生产打下了基础。

旧系统缺乏准确的工艺参数指导，模型研究立足于本项目成果通用非控平台的推广应用，收集生产数据，逐渐深入研究不同产线的工艺模型。通过二级系统设计改造，完善了生产计划管理功能，实现了与三级生产计划的完全同步，极大的减轻了操作工手动输入计划的工作量;优化了张力设定参数算法，张力控制更加稳定;出口增加的二级客户机，自动生成PDO数据，不再需要操作工手动录入;自主开发大大提高了系统的灵活性，并且根据需求开发了许多定制化的功能，从而实现智能化工厂的定制化生产的需求。

参考文献

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