自主研發過程控制系統在鍍鋅線的應用

王燕偉

摘要：本篇文章是對某鋼廠老舊的過程控制系統平臺不能滿足精確化的生產要求，所以產線需要研發新的過程控制系統來實現產線模型化計算的淺述。本次研發根據原有的過程控制系統架構，設計新的模型化過程控制系統，此系統可根據參數的設定來實現定制化生產。

關鍵詞：過程控制系統 模型化

引言

智能制造是當今制造業變革的大勢所趨，生產過程的自動化系統穩定高效運行是實現智能制造的重要基石。在以鋼鐵企業為代表的制造型企業中，目前大多存在產線時間長，系統老舊的情況，并且不能完美實現定制生產品。為此，如何使得老舊產線以最小的成本保持相對穩定的生產，是企業管理者面臨的一大問題。冶金行業相關生產制造技術和設備控制水平的要求逐漸提高，用戶對于冷軋的帶鋼質量的要求也逐步提高。為了提高產品的質量和性能，鋼鐵生產企業越來越重視產線二級過程控制系統。因此如何提高帶鋼的質量、產量及產線自動控制技術水平，如何采用現代化的控制方法來滿足生產工藝的要求。

本文以國內某鋼冷軋廠1#鍍鋅產線二級系統為平臺，進行自動化二級系統的研發。此鋼廠鍍鋅產線原有系統不能滿足產線更加精確化的生產需求，而且隨著鋼產品轉型升級，產線需要更多的模塊來實現產線模型計算、帶鋼跟蹤等功能。決定自主開發研制一款通用的自動化二級系統，以期在提高產線自動化控制水平的基礎上提高產品產量和質量，同時實現技術創新和自主管理。

1總體設計思路

本項目成果結合產線現場管理模式、自動控制理論款件工程理論、PC與PLC通訊技術、網絡通訊及信息化技術，引用當前最先進的軟件架構理念，通過對生產計劃管理、生產狀態跟蹤、讀寫PLC、軋制力計算、設備控制、大數據處理、EXCEL報表自動生成等核心技術的研究與突破，形成具有完全自主知識產權的通用二級非控平臺系統（不包括控制模型），將某鋼廠產線自動化控制系統面貌煥然一新，由此堅實地步人根據需求靈活定制的智能制造時代。

2系統總體結構

二級系統（ Leve12）作為一級與三級系橋梁紐帶，其業務內容是不可或缺的，并且隨著信息化的大發展，二級系統功能性不斷增強，作為自動化和信息化的紐帶層，其業務的重要性不斷提升。

通用二級非控平臺的開發實現基于微軟公司的.NET框架，采用c#高級語言，數據存儲及數據共享采用oracle lOg數據庫，系統各個核心功能模塊采用windows消息機制進行通訊。主要模塊有通訊模塊、生產計劃管理，上線跟蹤管理，班組管理，PDO報表管理、停機管理等模塊。基于系統整體設計思路，整個系統分兩級，分別是數據通訊級和數據處理級，數據處理級包括生產計劃管理、上線跟蹤管理，班組管理，PDO報表管理、停機管理等模塊。為保證二級系統運行安全可靠，級與模塊之間交錯控制，級與級之間通過TCP/IPsocket進行數據交互，模塊與模塊之間通過數據庫數據共享進行數據交互，操作顯示畫面采用WindowsForm程序。

3系統功能模塊

不論是煉鐵、煉鋼工藝，還是熱軋、冷軋工藝，為了實現產線級的優化控制完整的產線二級控制系統功能均可細致劃分為通訊管理、PDI生產計劃管理、上線跟蹤管理、設定值管理、班組管理、PDO報表管理、停機管理等基本功能模塊及根據產線需求定制的模型管理、數據分析等擴展模塊。因為產線工藝流程的不同及產線設備機械工作原理的不同，控制模型模塊、數據分析模塊只能作為通用非控平臺的擴展功能。

因為產線工藝的特異性，不同工藝擁有不同服務于精準生產控制的數學模型，無法通用，所以，模型模塊不作為通用二級非控平臺的基本組成部分，而是作為擴展功能單獨開發。每次平臺推廣應用，都會首先進行數據采集，為針對產線設備進行相應模型研究做準備。隨后，經過產線模型的研究開發，再利用平臺提供的模型管理接口，建立模型模塊的擴展。

本項目成果吸收某鋼廠一鍍鋅產線原有簡易指導模型，結合相關機理模型理論，重新設計開發了一套冷軋鍍鋅線生產工藝模型。此套模型主要包含鍍鋅線26個工藝參數設定值的計算。首先根據帶鋼的入口鋼種和出口鋼質進行智能分類把屬性相近的加工對象加以聚類。然后，針對每個工藝參數建立了關于鋼種組、帶鋼厚度和帶鋼寬度等相關自變量的分段線性函數，完成一整套數學模型的函數表達。最后可根據不同產品的需求，來設定參數，可以實現智能化定制生產產品。

4設定值功能

二級系統另外一個重要功能是實現生產過程設定值計算和下發。設定值是二級過程控制系統的關鍵所在，設定值的合理與否直接影響著帶鋼能否正常生產。該平臺基于產線的生產實際數據，建立了參數表，并基于這些參數表格設計設定值計算模型和算法為每一卷鋼卷計算設定值，經過系統判定和操作工校正后，最終下發給PLC系統。

設定值預計算：二級系統在接收到三級下發的新計劃時，由后臺程序進行自動計算，計算的設定值存入設定值歷史數據庫。同樣，支持操作工手動增加的鋼卷、修改生產狀態或者PDI數據的鋼卷進行自動計算設定值，即設定值的重新計算功能。

設定值自動檢驗與報警：根據現場設備情況，首先進行設定值的上下限設定，即所有對應到設備上的參數均有范圍，不能過大也不能過小。預計算產生的設定值要經過自動判定，符合要求的設定值通過綠色指示燈標識，不符合要求的設定值用紅色指示燈標識。

設定值手動校正：針對紅色指示燈標識的鋼卷，操作工需要手動點擊設定值按鈕，進入設定值修改畫面，出現錯誤的設定值同樣會以紅色警告，操作工可以進行修改。修改后的設定值會重新下發給一級PLC。

設定值下發：對于計算無報警的設定值，會根據一級能夠接收的數據緩存容量自動下發。

5總結

冶金行業中老舊產線繼續相對穩定高效的，并實現定制化生產，是企業的迫切需求。主要依靠經驗的傳統生產方式已經很難滿足現在生產對產品精度和生產效率的要求，利用二級過程控制系統的數學模型自動計算得到生產過程控制中需要的工藝參數設定值，現場執行機構根據設定值對相應設備進行調整控制，以期得到符合客戶質量要求的成品帶鋼。模型化技術的應用為實現這一目的提供了可能性。此過程控制模型化系統在鍍鋅產線成功應用，為打造智能制造工廠實現定制化生產打下了基礎。

舊系統缺乏準確的工藝參數指導，模型研究立足于本項目成果通用非控平臺的推廣應用，收集生產數據，逐漸深入研究不同產線的工藝模型。通過二級系統設計改造，完善了生產計劃管理功能，實現了與三級生產計劃的完全同步，極大的減輕了操作工手動輸入計劃的工作量;優化了張力設定參數算法，張力控制更加穩定;出口增加的二級客戶機，自動生成PDO數據，不再需要操作工手動錄入;自主開發大大提高了系統的靈活性，并且根據需求開發了許多定制化的功能，從而實現智能化工廠的定制化生產的需求。

參考文獻

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