首鋼4300mm寬厚板軋機物料跟蹤系統

摘 要:自動化軋鋼得到了越來越廣泛的應用，其中對軋件的精確跟蹤是實現軋鋼自動化的前提條件。首鋼4300mm寬厚板軋機采用德國西門子公司開發的物料跟蹤系統。本文講述了跟蹤系統的構成和原理，論述了物料的注冊注銷、板坯映像、道次計數器和跟蹤同步等系統功能。

關鍵詞:寬厚板;物料跟蹤;板坯映像;同步

中圖分類號:TG333 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2012) 12-0033-01

一、前言

首鋼4300mm寬厚板軋機主體設備從德國引進，裝備達到國際先進水平。寬厚板軋機的工藝和物流情況都非常復雜，而這些都要求易于操作、控制先進的自動化系統來實現。物料跟蹤系統作為自動化軋鋼的前提條件，對自動化控制具有非常重要的作用，值得我們深入研究[1]。

二、設備布置與跟蹤實現方式

(一)跟蹤設備布置

首鋼4300mm寬厚板軋機軋線從除磷機前1號熱檢開始到矯直機輸出輥道，全長284.83米，其中包括除磷機、粗軋機、精軋機、測厚儀、ACC(加速冷卻)和HPL(熱矯直機)各一臺。為了精確跟蹤軋線上的軋件，全線安裝了22臺Delta公司生產的熱金屬檢測器(HMD)。粗軋機和精軋機軋制力信號具有很高的可靠性，因而成為了軋機物料跟蹤的首選。另外，高溫計和三點測厚儀等設備的占用信號也應用到了該系統中，以增加跟蹤同步點，提高跟蹤精度。鑒于鋼板經ACC冷卻后溫度較低以及鋼板上面殘留的冷卻水和水蒸氣對HMD的影響，在ACC出口和HPL區域安裝有HMD的位置安裝6臺冷金屬檢測器(光柵)，以保證能夠可靠的檢測低溫鋼板。

(二)跟蹤實現方式

首鋼4300mm寬厚板物料跟蹤系統利用分組控制的原理，把軋線輥道分成23組，TDC控制系統將同一速度給定發送給每組輥道內的所有變頻器，同時變頻器將輥道電機的實際速度實時反饋給TDC控制系統。根據軋件所占用輥道的實際速度，程序中23個跟蹤模塊通過實時計算，可以提供軋線上最多10塊板坯的頭尾位置、長度、Basic ID、External ID、Color ID等信息，跟蹤系統將這些信息發送給基礎自動化和過程自動化的相關功能單元[2]。

三、物料映像

物料映像是為了更直觀的表示板坯的相關信息而定義的虛擬板坯，包括板坯ID、頭尾位置和某些特殊的位置占用信息(如軋機和測厚儀)。這些信號被反復的發送到二級，根據這些信息，二級為相應板坯進行設定值計算。物料跟蹤在軋線跟蹤每一塊板坯，并相應生成每一塊板坯的物料映像，用于順序控制(邏輯功能單元“軋線協調器”)。該映像同時也在HMI(人機接口)上進行動態顯示。預定義軋制方向是從加熱爐到冷床，這一方向稱為正向，反方向則是軋制負方向。

四、物料的注冊與注銷

(一)物料的注冊

每塊板坯在出爐前由軋機二級發送出爐報文通知軋機一級，報文包括板坯厚度等尺寸規格，用于除磷機上集管高度設定。軋機一級對接收到的設定數據進行有效性判斷，確定有效后板坯被注冊到除磷機前1號HMD所在的軋線起始位置。如果1號HMD檢測到軋件，且軋件是以正方向接近，將啟動物料跟蹤，此過程自動進行，無需操作工確認。新板坯的頭尾位置和ID等信息將被加進跟蹤系統，之后，跟蹤系統接收到后續的傳感器信號的變化將用于物料跟蹤和同步。

(二)物料的注銷

每正常軋完一塊鋼板或者異常下線都需要跟蹤注銷，有一下3種方式:(1)當鋼板正常軋完離開跟蹤區域時，跟蹤信息被自動注銷;(2)當設備故障或者鋼板軋制異常需要下線時，操作工可以手動注銷1塊或幾塊鋼板;(3)當需要一次性注銷軋線上所有鋼板或者程序發生錯誤時，操作工可以進行跟蹤復位(Tracking Reset)。

五、道次計數器

跟蹤系統為每塊板坯都分配一個Basic ID和道次計數器。Basic ID和道次計數器一同描述了軋機中的軋材。在這些數據的基礎上，每個執行單元(邏輯功能單元如機架控制系統、冷卻系統等等)可以要求設定值處理器為下一步程序提供實際道次數據。當有新材料時，道次計數器預置為1，此后物料跟蹤接管道次計數器的計算，在軋制的正、負方向，軋機卸載時，道次計數器將自動加一。例外情況是空過道次:比如最后一個道次為空過道次時，此時沒有軋制力，道次計數器根據板坯位置自加。在多塊軋制時，當整個批次的鋼板一起從軋機出口側移到軋機入口側時，道次計數器也增加，這時軋機輥縫是打開的，沒有負荷信號產生。

六、跟蹤同步和修正

(一)自動同步

由于跟蹤系統計算鋼板頭、尾位置所依據的輥道速度是計算得出的而并非是現場實測速度，并且考慮到鋼板和輥道之間的打滑、傳動系統的響應時間等因素，系統計算出來的鋼板頭、尾位置與現場實際位置勢必會產生一定的誤差。然而，在鋼板經過相應的HMD及其他用作跟蹤檢測的設備時，跟蹤系統會把計算的鋼板頭、尾位置修正為現場檢測設備的位置，從而將產生的誤差自動消除，這就叫做自動同步。

(二)同步窗口

由于在現場使用中HMD等檢測設備有時會出現異常觸發、信號閃爍等不穩定現象導致錯誤的自動同步觸發。只有當鋼板頭、尾位置在設定的同步窗口內并且同步信號觸發才是有效的并執行跟蹤同步。否則，觸發信號被認為是無效的從而不執行跟蹤同步，這樣就避免了因為觸發信號的不穩定造成錯誤的跟蹤同步。

(三)跟蹤修正

當由于種種原因出現跟蹤錯誤時，可以通過跟蹤修正功能進行修正。操作工可以在HMI上根據鋼板的實際位置基于某一個HMD進行位置修正。跟蹤系統根據修正值并利用最近1個HMD的同步來消除人工修正所造成的誤差。如果軋制道次錯誤也可以在HMI進行修正，修正后系統將通知過程計算機請求下發新的軋制規程。

七、結束語

首鋼4300mm寬厚板軋機物料跟蹤系統在粗軋機投產后已穩定運行半年，其在常規軋制、交叉軋機以及批軋制過程中表現出了十分優異的性能，極大地提高了軋制節奏和軋制效率。系統功能及跟蹤精度完全滿足生產工藝要求，為生產過程的自動控制提供了強有力的保證。

參考文獻:

[1]孫本榮，王有銘，陳瑛.中厚鋼板生產[M].北京:冶金工業出版社，1993

[2]廖研.寶鋼5m寬厚板軋機材料跟蹤系統[J].中國冶金2006，16，8:39-41