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前言

    在中厚板軋機自動軋鋼控制系統中，二級系統（Level2）是整個系統的控制中樞，一般包括溫度模型、物料跟蹤模型、預計算模型、軋制模型等多個控制模型組成。這幾個模型之間互相關聯，由二級的控制和無控制功能塊進行相關的計算和發送指令，軋機的計算功能是整個二級系統的神經中樞，決定了功能的設計、實現以及軋制效果。

1、初始數據PDI

    初始數據記錄包括所有軋制鋼板所必需的數據。為了粗軋機和精軋機間鋼板的自動排列，必須將下述變量加到初始數據記錄里。初始數據一般包括鋼坯的化學成份、材質、鋼種、鋼坯號、鋼坯的長、寬、厚，鋼坯加熱溫度、加熱時間、出爐溫度；成品鋼板的目標厚度、數據模型計算出來的道次、溫度、軋制代碼、轉鋼次數，冷卻模式、允許的TM排列、軋機操作、軋制序列等軋制數據。是整個二級模型計算的基礎。這些數據可以來自L3（MES）企業信息系統直接通過TCP/IP傳送到L2數據庫中，也可以人工手動進行輸入。

.2、軋制的兩個主要階段：粗軋階段和精軋階段

    軋制只有粗軋或只有精軋或粗軋、精軋（雙機架軋制）取決于初始數據PDI所指示的模式或操作工的選擇模式，有以下四種不同的控制模式。

    2.1簡單模式：這種模式下，粗軋機先進行尺寸軋制和寬邊軋制然后再到精軋機上精軋。

    2.2質量模式：.品質軋制模式，粗軋機先進行尺寸軋制和大部分寬邊軋制，然后到精軋機進行板面形式控制（PVPC）軋制。如果粗軋機不能進行PVPC軋制，但是操作工已強行進行質量模式軋制，那么在粗軋機上進行尺寸軋制和寬邊軋制，在精軋機上進行精軋序列。在所有其他情況下，質量模式自動轉換到時間模式。通常情況下，質量模式的產量小于時間模式的產量。

    2.3時間模式：.軋制時間平均分給兩個軋機，產量最大。

    2.4熱機軋制TM模式：在粗軋機上鋼板軋制到TM的中間厚度然后輸送到傳送輥道上冷卻到要求的溫度后，再輸送到精軋機上進一步最終成品軋制。

3、軋機計算的設定功能

    軋機計算的設定功能包括兩部分：控制部分和無控制部分，各部分分別執行不同的功能，具體描述如下表所示：

    3.1控制部分功能描述

    ⑴軋制表計算根據軋制表組織軋制序列、粗軋機和精軋機共享組織的軋制計算、組織最后道次軋制、組織后計算、處理多鋼板的緩沖組織、計算數據存儲到日志文件等。

    ⑵軋制表預計算：道次數決定一個序列的循環、優化道次避免軋機過載、優化道次滿足板型和平整度的要求、TM軋制要到鋼板的目標溫度等。

    ⑶重復計算軋制表：發生在軋制期間。重復計算所有剩余的道次，而不改變初始分布。如果監測到超出限值，則啟動新的預計算計算后續道次。

    ⑷軋制表后計算：使用所有測量數據進行軋制完成數據后計算、頭部尾部道次間的自適應、板體部分道次間的自適應、長期自適應、短期自適應、零點校正、寬度檢測更新、溫度適用等。

    ⑸軋制表虛擬計算：與預計算一樣只是沒有設定點發送到1級。

    ⑹軋制策略：檢查初始數據PDI、如果不確定是否覆蓋初始數據則檢查操作工輸入值、上傳產品查閱表、尺寸軋制階段確定目標值、寬邊軋制階段確定目標值、精軋階段確定目標值等。

    ⑺多點設定：沿所有軋制的每個道次的長度方向選擇點，計算單個設定點。

    ⑻PVPC平面形式控制模式：平面形式控制模式、計算最終的平面和板邊長度TFFU。

    ⑼熱機械軋制模式TM：軋制速度和倒鋼時間的重復計算、冷卻時間計算、適用溫度模型等。

    ⑽軋機進度：軋制時間的預計算、在線軋制時間更新、TM軋制監測

    3.2無控制部分功能描述

    ⑴物料跟蹤：維護從加熱爐到熱矯直機的跟蹤圖像，L1控制跟蹤、維護加熱爐熱相圖，從L3選擇使用軋機序列、根據跟蹤情況啟動其他的過程、處理跟蹤新鋼坯的交接點、協調跟蹤介入、協調與其他系統的通訊。

    ⑵處理測量值：采集單個測量值（形成序列）、序列的平均值/標準偏差、過濾序列以消除錯誤影響和頭尾邊的影響、把測量值分類、板頭/尾的實際值處理、板體實際值處理。

    ⑶測量值存儲：將所有測量值存儲到共用的存儲緩沖器、歸檔測量值以便后續分析、存儲相關信息到數據庫，按要求打印文件。按照要求生成簡單文本軋制表。

    ⑷校準記錄：存儲軋輥和校準數據到數據庫，按要求打印。

    ⑸測量值記錄：打印屏幕上或文件里選擇的測量值/

    ⑹Oracle數據庫：初始數據處理、軋制序列處理、測量值匯總。

    ⑺與HMI通訊：軋制策略對話、軋機數據對話、軋機跟蹤數據、軋制表顯示（RM，FM，虛擬的和選擇的）、跟蹤介入的處理要求（刪除、跟蹤、跟蹤修正等）、軋制力和厚度表顯示。

    ⑻與L1通訊：跟蹤信息和信號、到1級的設定點、1級的測量值、校準數據。

    ⑼與測厚儀的通訊：測厚儀設定點、測厚儀測量的厚度。

    ⑽與L3通訊：從3級獲取初始數據，選擇接收軋制序列、接收軋制序列和加熱爐熱相圖，選擇適用軋制序列、接收出鋼通知、軋制或刪除后發送報告到3級、發送產線狀態到3級、從3級要求加熱爐熱相圖和出鋼序列。

    ⑾與中間坯冷卻（IC）通訊：發送計算要求、啟動IC設定值計算、發送測量數據到IC、接收IC模型結果、接收IC狀態數據。

    ⑿與ACC通訊：發送計算要求、啟動ACC設定值計算、發送鋼板刪除信息、接收ACC模式結果、接收ACC跟蹤和狀態數據。

    ⒀與矯直機（HL）通訊：發送計算要求、啟動HL、發送刪除信息、接收HL模式結果。

    3.3控制部分功能的具體實現

    3.3.1軋制表預計算

    軋制表計算用于處理粗軋機和精軋機，由軋制模型來實現計算功能。軋機由自動化系統的模型來控制，不是由操作工操作，可以根據軋制表進行自動軋鋼，在發生突發狀況時，操作工可以手動干預。軋制表計算步驟流程圖如下：

（圖1：軋制表計算步驟流程圖）

    3.3.2軋制策略

    軋制策略是操作工與過程控制和數學模型間的連接。軋制策略將確定優化道次數量和合理的軋制力和荷載分布。操作工能手動干預HMI的軋制表計算，操作工可以輸入下述變量：補償目標厚度和寬度、補償雙機架時間模式的粗軋機-精軋機中間厚度、補償導衛、修改軋制表的極限值、RM/FM模式、PVPC模式、TM排列等。軋制策略，預計算，后計算及自適應控制流程圖如下所示：        

（圖2：軋制策略流程圖）

    3.3.3軋制表計算

    軋制表重復計算不受軋機影響。軋制表后計算應用在完成測量后進行后計算，再用測量數據重復計算剛完成的測量事項，如一個道次完成后，將使用該道次的測量數據重復計算該道次。后計算的數據作為修改模型的基礎，將擴充后計算和修改以處理軋機的測量數據。

    3.3.4板型和平整度的控制

    軋機的板型和平整度控制算法模型是鋼板質量控制的十分重要的模型之一，具有較復雜的工藝算法和數學計算，模型的有效實施體現出了設計者的水平。軋制表計算必須考慮在軋機上使用板型控制和PVPC控制的可能性，也可以使用錐度模型（TAC）即：多點（7點）設定非常適合軋制船板和橋梁板使用的變厚度鋼板生產，可以軋制多種厚度不規則的鋼板，如下圖所示：

（圖3：多種厚度軋制示例）

    3.3.5MIPA-TM排列

    MIPA是指多張鋼板同時軋制控制，是產能組織的必要手段；TM控制主要是中階段鋼板的溫度控制，在軋制特殊鋼板的時候必須控制相應的溫度以便達到質量水準。在TM軋制期間，會使用IC冷卻和ACC冷卻以便于達到鋼板的目標溫度。一次軋一塊鋼板會減少產線生產能力，影響產線節奏。為了避免發生該事件，在粗軋機和精軋機間要有等待排列，這樣就可以使多塊鋼板同時冷卻，等待軋制，意思是只有第一塊TM鋼板和第二塊TM板生產能力會降低。當一連串的TM鋼板列入計劃后，加熱爐的出鋼序列幾乎與此相同，好像沒有間歇冷卻。當前面的鋼板向精軋機移動時，當前單傳輥道上的這塊鋼板會移到下一個輥道上，現有的自動化系統跟蹤模型會控制處理此種情況。跟蹤模型控制具有更精細的輥道分類，這樣就可以自動排列更多的鋼板。軋機進度控制必須執行自動排列鋼板。鋼板的TM排列如下：

（圖4：鋼板的TM排列）

    3.3.5.1軋制序列

    通過游蕩達到冷卻的厚度前，在粗軋機上軋制批量板中的每塊板。在粗軋機上軋制下一塊板，當達到冷卻溫度后，連接到粗軋機和精軋機間的排列中。剩下的TM鋼板重復步驟。當第一塊板的冷卻時間結束后，將在精軋機上軋制。這樣可同時在粗軋機和精軋機上軋制多塊板，兩軋機間的空間用于冷卻鋼板。

    3.3.5.2排列控制

    軋制區域自動軋制物料，自動排列監測。按照精軋機確定的行程和粗軋機后的HMD限定，在HMD前自動控制冷卻區的批量鋼板的往返（游蕩）的。.在冷卻區增加一塊鋼板是自動完成的。在冷卻區從排列里移出一塊鋼板是自動完的。

    3.3.5.3排列條件

    在排列中同時處理鋼板的數量取決于下述參數：

    ⑴冷卻間歇必須是一致的即接近相等

    ⑵游蕩期間的鋼板長度總合小于游蕩用的輥道長度

    ⑶冷卻時間>Σ粗軋機總的時間(鋼板數量2~N）

    ⑷冷卻時間>Σ精軋機總的時間（鋼板數量2~N）

    3.4無控制部分功能的具體實現

    3.4.1HMI界面

    所有與操作工的通訊使用基礎自動化的終端。操作工可以通過HMI進行現場的觀察，并通過HMI進行數據的輸入輸出互動，對自動控制系統進行必要的干預等。原則上，操作工能調用兩個不同型號的掩碼：過程控制掩碼和Oracle數據庫中的初始數據、軋制序列和測量數據存檔的掩碼，這些掩碼也包括HMI、PVPC、彎輥、.處理TM排列信息的變量等。

    3.4.2物料跟蹤

    物料跟蹤控制是軋機基礎自動化系統的主要組成部分。物料跟蹤的基本功能是跟蹤鋼坯從裝爐開始，經過出爐、經過軋機區域，從除磷入口處輥道開始直到熱矯直機出口輥道。物料跟蹤主要以鋼板號為主鍵，準確記錄鋼板的頭尾位置和鋼板在輥道上的長度位置等。

    3.4.3記錄

    軋制過程中所有的數據并形成記錄進行存儲，主要有運行記錄、測量記錄、校準記錄等。

    3.4.4通訊

    軋機系統要求通訊流程，每個方向有單獨的流程，主要通訊包括：與L3、L1級的通訊，與IC、測厚儀、ACC、矯直機的通訊，還包括與HMI的通訊等。以TCP/IP的協議進行數據傳送，編制相應的報文代碼，從L2傳送到各個設備中樞。接口通訊如下表所例：

4、小結

    目前國內大部分的中厚板軋機二級控制系統是由西門子設計實現的，具有較為成熟的方案和實施案例，在各大鋼企的運行較為穩定。本文簡要介紹了二級主要功能設計思路，并對各功能實現進行了解釋，希望能夠對模型的理解有所幫助。