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(xiàn)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(fā)的物料跟蹤系統(tǒng)。本文講述了跟蹤系統(tǒng)的構(gòu)成和原理，論述了物料的注冊注銷、板坯映像、道次計數(shù)器和跟蹤同步等系統(tǒng)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(tǒng)來實現(xiàn)。物料跟蹤系統(tǒng)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(xiàn)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(chǎn)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(tǒng)中，以增加跟蹤同步點，提高跟蹤精度。鑒于鋼板經(jīng)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(qū)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(xiàn)方式

首鋼4300mm寬厚板物料跟蹤系統(tǒng)利用分組控制的原理，把軋線輥道分成23組，TDC控制系統(tǒng)將同一速度給定發(fā)送給每組輥道內(nèi)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(tǒng)。根據(jù)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(tǒng)將這些信息發(fā)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(fā)送到二級，根據(jù)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(xié)調(diào)器”)。該映像同時也在HMI(人機接口)上進行動態(tài)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(fā)送出爐報文通知軋機一級，報文包括板坯厚度等尺寸規(guī)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(shù)據(jù)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(tǒng)，之后，跟蹤系統(tǒng)接收到后續(xù)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(qū)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(fā)生錯誤時，操作工可以進行跟蹤復位(Tracking Reset)。

五、道次計數(shù)器

跟蹤系統(tǒng)為每塊板坯都分配一個Basic ID和道次計數(shù)器。Basic ID和道次計數(shù)器一同描述了軋機中的軋材。在這些數(shù)據(jù)的基礎上，每個執(zhí)行單元(邏輯功能單元如機架控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)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(shù)據(jù)。當有新材料時，道次計數(shù)器預置為1，此后物料跟蹤接管道次計數(shù)器的計算，在軋制的正、負方向，軋機卸載時，道次計數(shù)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(shù)器根據(jù)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(cè)移到軋機入口側(cè)時，道次計數(shù)器也增加，這時軋機輥縫是打開的，沒有負荷信號產(chǎn)生。

六、跟蹤同步和修正

(一)自動同步

由于跟蹤系統(tǒng)計算鋼板頭、尾位置所依據(jù)的輥道速度是計算得出的而并非是現(xiàn)場實測速度，并且考慮到鋼板和輥道之間的打滑、傳動系統(tǒng)的響應時間等因素，系統(tǒng)計算出來的鋼板頭、尾位置與現(xiàn)場實際位置勢必會產(chǎn)生一定的誤差。然而，在鋼板經(jīng)過相應的HMD及其他用作跟蹤檢測的設備時，跟蹤系統(tǒng)會把計算的鋼板頭、尾位置修正為現(xiàn)場檢測設備的位置，從而將產(chǎn)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(xiàn)場使用中HMD等檢測設備有時會出現(xiàn)異常觸發(fā)、信號閃爍等不穩(wěn)定現(xiàn)象導致錯誤的自動同步觸發(fā)。只有當鋼板頭、尾位置在設定的同步窗口內(nèi)并且同步信號觸發(fā)才是有效的并執(zhí)行跟蹤同步。否則，觸發(fā)信號被認為是無效的從而不執(zhí)行跟蹤同步，這樣就避免了因為觸發(fā)信號的不穩(wěn)定造成錯誤的跟蹤同步。

(三)跟蹤修正

當由于種種原因出現(xiàn)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(jù)鋼板的實際位置基于某一個HMD進行位置修正。跟蹤系統(tǒng)根據(jù)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(tǒng)將通知過程計算機請求下發(fā)新的軋制規(guī)程。

七、結(jié)束語

首鋼4300mm寬厚板軋機物料跟蹤系統(tǒng)在粗軋機投產(chǎn)后已穩(wěn)定運行半年，其在常規(guī)軋制、交叉軋機以及批軋制過程中表現(xiàn)出了十分優(yōu)異的性能，極大地提高了軋制節(jié)奏和軋制效率。系統(tǒng)功能及跟蹤精度完全滿足生產(chǎn)工藝要求，為生產(chǎn)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(chǎn)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1993

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