李嘉沛

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東 日照 276800）

1 控制模式

（1）手動控制。熱處理淬火機的控制方式可以設成手動模式。在手動模式下，淬火機PLC 的控制邏輯將根據生產工對現(xiàn)場鋼板的實際情況來設定。程序的參數(shù)由生產工在HMI 畫面上手動輸入，在主畫面上確認以后，淬火機的PLC 就根據HMI 上設定好的參數(shù)來執(zhí)行。手動模式下，淬火機的操作模式設置，即連續(xù)淬火或者NAC 控冷模式是需要生產工手動設置。另外還要對這些參數(shù)設置：高壓快冷噴嘴電動調節(jié)閥總流量和上下流量比設定；低壓噴嘴電動調節(jié)閥總流量和上下流量比設定；輥道速度的設定；輥道加速度的設定等。

（2）自動控制。在自動模式下，控制系統(tǒng)會依照目前的鋼板PDI 數(shù)據對之前已經設置好的規(guī)程進行調用。當鋼板在爐后輥道馬上進入水冷時，PLC 會根據檢測元件反饋回來的淬火前鋼板表面的溫度，自動來修正。當水冷結束以后，PLC 就會根據溫度計算模型進行自學習計算，下一張同種規(guī)格的鋼板也可以應用這種自學習。

2 綜合控制平臺

2.1 通訊組件

通訊組件為過程控制系統(tǒng)和外界的接口，主要完成淬火過程控制系統(tǒng)與基礎自動化系統(tǒng)、數(shù)據庫、人機界面系統(tǒng)等的數(shù)據通訊和處理，以支持整個過程自動化控制。本系統(tǒng)和其他外部設備通訊，為基于TCP/IP 協(xié)議的以太網通訊。以Libevent 網絡通訊中間件為基礎，采用Socket 異步通訊方式，以及無鎖消息隊列控制做數(shù)據收發(fā)緩沖。

2.2 通訊邏輯

淬火機L2 平臺同時與熱處理爐L2、淬火機L1 以及L3MES進行通訊。

（1）淬火機L2 與熱處理爐L2 通訊內容描述：鋼板出爐前若干秒，發(fā)送待出鋼板PDI 給淬火機L2，淬火機L2 根據PDI 信息獲得所需規(guī)程下發(fā)給淬火機L1，同時進行模擬計算，獲得溫度場變化數(shù)據。

（2）淬火機L2 與淬火機L1 通訊內容描述：將待出爐的鋼板規(guī)程信息發(fā)送給淬火機L1，在自動模式下L1 將根據規(guī)程信息控制調整集管的開啟方式以及流量、水比等信息。

（3）當鋼板運行于淬火機中時，L2 平臺實時采集淬火機L1傳遞過來的各項參數(shù)信息，一方面作為L2 平臺中跟蹤界面上鋼板運行狀態(tài)的同步顯示；另一方面將采集到的信息進行收集整理，作為生產實績數(shù)據。

（4）當鋼板下線時，L1 給L2 發(fā)送下線信號，L2 平臺將采集到的生產數(shù)據存儲到數(shù)據庫中，同時發(fā)送給L3MES。

（5）淬火機L2 與L3MES 通訊內容描述：鋼板下線時刻淬火機L2 發(fā)送生產實績給L3MES。

2.3 數(shù)據庫控制

數(shù)據庫訪問組件基于Windows 系統(tǒng)提供的ADO 通訊模型進行封裝，采用短連接方式進行與數(shù)據庫的通訊。

根據現(xiàn)場實際情況，二級過程控制系統(tǒng)采用Sql Server/Oracle 兩種數(shù)據庫中的一種，數(shù)據庫負責存儲工藝規(guī)程數(shù)據、生產實績以及PDI 數(shù)據等。

3 區(qū)域跟蹤系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要實現(xiàn)鋼板從進入淬火機開始到出淬火機結束整個過程的鋼板位置及狀態(tài)情況跟蹤，包括淬火隊列跟蹤和淬火機內跟蹤。該過程的實現(xiàn)需要通訊模塊，數(shù)據庫系統(tǒng)的配合。包括從PDI 錄入界面上輸入鋼板信息（包括批號、鋼種、爐號、板厚、板寬、板長）鋼板往爐內隊列中的加入和鋼板信息在爐內隊列中的顯示。淬火機內跟蹤包括入淬火機等待隊列，淬火機內隊列及鋼板在淬火機上的位置跟蹤。

圖1 淬火冷卻設備運行圖

（1）淬火機內鋼板位置跟蹤。位置跟蹤即將實際鋼板在淬火機中的位置、速度及擺動情況顯示到界面上，以便操作員判斷淬火情況。具體功內包括以下四點：對淬火輥道上的鋼板位置及其狀態(tài)進行跟蹤；對淬火冷卻設備狀態(tài)進行跟蹤；對基礎自動化傳遞的板材測量數(shù)據進行管理；協(xié)調熱處理線過程過程控制系統(tǒng)的生產節(jié)奏；位置跟蹤的實現(xiàn)通過計算輥速與入淬火機時間來實現(xiàn)。顯示功能及數(shù)據提供由基礎自動化來實現(xiàn)。

（2）淬火隊列跟蹤。淬火隊列跟蹤包括兩部分：等待入淬火機隊列和淬火機內鋼板隊列。

當淬火機接到熱處理爐發(fā)出的出鋼信號后，將PDI 操作區(qū)的鋼板信息顯示在等待入淬火機隊列中。同時，鋼板信息也將保存到HMI 數(shù)據庫中。等待入淬火機隊列顯示的內容包括：序號、批號、鋼種、爐號、板厚、熱處理模式和淬火模式7 項。

4 經驗管理系統(tǒng)

經驗管理系統(tǒng)用于將已調試過的淬火規(guī)程存入系統(tǒng)數(shù)據庫中，以備生產相同鋼種時調用。規(guī)程管理系統(tǒng)的操作主要是對數(shù)據庫的操作，包括：將現(xiàn)有規(guī)程存入系統(tǒng)數(shù)據庫中，修改已存在的規(guī)程，刪除多余規(guī)程及過期規(guī)程和調用已存在規(guī)程。

（1）保存規(guī)程。經過調試后，板形指標及溫度指標均達標的規(guī)程通過界面操作保存到系統(tǒng)數(shù)據庫中。同時需要保存的還有鋼種及淬火鋼板基本信息。

（2）修改及刪除規(guī)程。當需要對已存在淬火規(guī)程做進一步調整時，通過界面輸入，將新規(guī)程輸入到系統(tǒng)數(shù)據庫中并保存。對于無效或過期規(guī)程，可以通過界面操作將其刪除。

（3）規(guī)程調用。調用規(guī)程有手動和自動兩種方式。在自動模式下，區(qū)域跟蹤系統(tǒng)中給出出鋼信號，系統(tǒng)自動調用經驗管理系統(tǒng)調出相應鋼種及厚度的規(guī)程，并發(fā)到界面上；在手動情況下，操作人員通過界面操作輸入鋼板信息，調用系統(tǒng)存在的淬火規(guī)程。

（4）記錄及打印。該系統(tǒng)提供兩種記錄數(shù)據方式，分別為：按鋼板塊數(shù)記錄及按系統(tǒng)時間進行周期掃描記錄。

5 過程控制模型系統(tǒng)

此系統(tǒng)的主要作用就是設定淬火和NAC 控冷的規(guī)程。以數(shù)學模型為基礎，通過規(guī)程計算，保證熱處理后達到預期的溫度。設定計算功能的實現(xiàn)也是過程控制系統(tǒng)投入的根本所在。此功能由爐后的檢測儀表反饋信號來觸發(fā)，通過數(shù)學模型計算，將計算出來的的規(guī)程自動發(fā)送到淬火機HMI 上，主要是根據板厚、出爐溫度、鋼種等信息以及淬火后所要達到的淬火溫度等控制要求來進行計算。過程控制模型系統(tǒng)分為淬火過程控制模型系統(tǒng)和NAC 控冷過程控制模型系統(tǒng)。

5.1 淬火過程控制模型系統(tǒng)

當鋼板基本信息由熱處理爐的二級系統(tǒng)傳給淬火機二級過程控制模型系統(tǒng)后，系統(tǒng)自動來進行規(guī)程的預計算。輸入是鋼板的PDI 數(shù)據（由區(qū)域跟蹤系統(tǒng)提供） 模型參數(shù)（由數(shù)據庫提供）設備參數(shù)（由基礎自動化提供）等。輸出量為溫度控制參數(shù)（傳遞給HMI）、水量及水壓參數(shù)（傳遞給HMI 輥速（傳遞給基礎自動化）等。當淬火機接收到爐子下發(fā)的PDI 信息后，根據鋼板厚度對已添加的規(guī)程進行遍歷，如已有針對該厚度的規(guī)程，則直接進行調用。則選用厚度差最小的規(guī)程（包括輥速、水量、水比等）并根據厚度添加為新建規(guī)程。溫度場計算中，初始換熱系數(shù)通過對不同溫度不同水量對應的換熱系數(shù)值進行插值再乘上修正系數(shù)獲得，初始溫度場為加熱爐設定的加熱溫度，當計算心部溫度到達30℃時計算停止，根據所需要的時間確定淬火時輥速，將制定好的規(guī)程發(fā)送給一級進行執(zhí)行。

5.2 NAC 控冷過程控制模型系統(tǒng)

模型組成主要有規(guī)程計算和自學習計算。規(guī)程計算主要為空冷溫度場和水冷溫度場的計算。當淬火機接收到鋼板出爐信息后，根據現(xiàn)有工藝信息判斷是否需要添加新的規(guī)程，或者對現(xiàn)有的規(guī)程進行自學習。根據獲得的PDI 數(shù)據和設備參數(shù)進行規(guī)程計算，初始換熱系數(shù)通過對不同溫度不同水量對應的換熱系數(shù)值進行插值再乘上修正系數(shù)獲得，當計算溫度場表面位置處達到目標溫度，輸出計算時間，計入規(guī)程，NAC 控冷結束后，淬火機后的測溫裝置實測鋼板處淬火機溫度，計算值與實測值進行比較，對計算過程的綜合換熱系數(shù)值進行自學習，用與下一塊相同規(guī)格鋼板的溫度場計算。