京唐2250热轧过程控制系统的应用与研究_张春杰

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1、在 冶金生产过程中 ， 热轧是各种高科技术应用最为广泛的一个领域 。 按照国际惯例 ，工业控制过程自动化系统分为四级 ，即 ：传 动 级 （Drive）简 称 Level 0，基 础 自 动 化 级 （Basic Au-tomation）简 称 Level 1，过 程 控 制 级 （Process Control）简 称Level 2，生产控制级 （Production Control）简称 Level 3。1 系统简介首钢京唐联合钢铁公司 2250 热轧生产线采用的日本东芝三菱 （TMEIC） 公司的过程控制系统 ， 整个系统主要包括非控（NoControl）和模型两个部分 。 非控部分主要

2、包括了对轧线现场各种传感器数据的采集 ，提供准确的模型计算时刻 ，及时地把模型计算结果传送给轧线设备 ，提供与 L3、加热炉 、轧辊间等的外部接口以及提供良好的人机接口给操作者使用或者开发 。 模型部分主要是根据基础自动化级发送的现场数据和来自加热炉的 PDI（Primary Data Input），在规定的时刻触发模型计算 ，并进行自学习 。系统硬件主要有应用程序服务器 SCC（Supervisory Con-trol Computer），数据库服务器 EDS（Engineering Data Sys-tem），开发机服务器 Dev，材料性能预报服务器 MPPS（MaterialProper

3、ty Prediction System），板型控制服务器 PCFC（Profile,Contour Flatness Control） 和人机接口界面 HMI 组成 。 其中 ，应用程序服务器 SCC 是整个系统的核心 ，它要完成对轧线板坯的实时跟踪 ，与操作台各个 HMI 计算机的通信以及与轧辊间 、加热炉 、L3 等外界系统的通信 ，另外 ，模型计算程序的运行也在 SCC 上 ；数据库服务器 EDS 实现对报警 、历史 、模型 、操作 、PDI、轧辊等数据的存放和读取 ；开发机服务器 DEV 具有与SCC 服务器相同的应用程序 ，唯一地不同就在于它是离线状态的 ，用于调试人员修改程序后进

4、行功能测试的 。2 非控部分21 网络结构2250 热轧生产线过程控制系统在网络上存在四个网络 ，来满足不同的功能需求 。 第一个网络为过程控制系统内部网络 ，也称 L2 网 ，如图 1 所示 。L2 监控网络的主要设备有 SCC 服务器 、EDS 服务器 、DEV服务器 、C3、各操作台 HMI，另外还有一台 HMI 开发机 。其中 C3有三种类型 ，一是接口 C3，是基础自动化级与过程控制级的接口 ， 内装 Windows 2000 操作系统和 TMEIC 的 PASolution 软件 ，负责一 、二级之间的信号交换 ；另外两种 C3 分别是 FDTCC3 和 CTC C3，分别用于精轧

5、出口温度和卷取温度的控制 。 由于所有 HMI 上安装的都是 InTouch 组态软件 ，所以 HMI 开发机也称 InTouch Server， 便于根据不同的生产情况和需求来对画面进行修改 。 此网络的通讯协议采用的普通的 TCPIP 协议 ，进程之间的通讯使用 IOServices。图 2 EGD 网络结构如图 2 所示 ，第二种网络结构为 EGD 网络 ，联入 EGD 网络的主要设备有中心厚度仪 、多功能仪 、凸度仪 、厚度仪 、SCC、京唐 2250 热轧过程控制系统的应用与研究张春杰 秦红波 （唐山钢铁股份有限公司自动化公司 ， 河北 唐山 063000）Application a

6、nd Research on Process Control System of JingTang 2250 Hot Strip Mill摘 要首钢京唐联合钢铁公司 2250 热轧生产线采用了日本 TMEIC 公司的过程控制系统 。 在系统结构设计上 ，采用了四级网络 ，并使用了 EGD 网络与特殊仪表进行通信以及对板型实时控制 ， 达到了良好的通信效果 。 引入了 zonedirector 和 Piecedi-rector 概念 ，对跟踪区和 piece 分别管理 。 另外在模型计算方面 ，结合了东芝和 GE 模型的优点 ，取得了满意的产品质量 。关键词 ：热轧 ，过程控制 ，网络 ，模型A

7、bstractThe process control system by Japanese TMEIC is used on the 2250 hot strip mill of Shougang Jingtang united iron steelThe system construction is divided into four lays network,and the EGD network is used to communication with out-standing gauge and realtime control the profileThe network syst

8、em is proved highquality communicationZonedirectorand Piecedirector are introduced in the system,which manage tracking zone and piece separatelyKeywords:hot strip mill,process control,network,model图 1 L2 监控网络结构京唐 2250 热轧过程控制系统的应用与研究68工业控制计算机 2009 年 22 卷第 9 期C3 以 及 用 于 板 型 控 制 的 PCFC 服 务 器 。 EGD 是 一

9、种 基 于UDPIP 的通讯协议 ，在网络上采用 EGD 共享内存 ，供相关节点设备进行数据交换 ， 支持单播 、 组播和广播方式 。 使用 PA-Solution 中的 EGD 诊断工具可以方便地对 EDG 各个节点状态进行监控和诊断 。 这个网络上特殊仪表测量的数据可以直接与SCC 和 PCFC 通讯 ，C3 负责一二级的数据转发 。 PCFC 结合了CVC（continuous variable crown）和弯辊对板型进行控制 ，由于特殊仪表都安装在精轧 F7 之后 ， 系统采用了 F1F6 为前馈控制 ，F7 为实时动态控制 。图 3 过程控制系统外围设备网络在过程控制系统网络中 ，

10、 还有一个网络用于连接外部设备的 ，如图 3 所示 ，联入这个网络的设备主要有二级服务器 SCC、L3 服务器 、加热炉服务器 、轧辊间服务器 、MPPS 和表面质量检测仪服务器 。 网络间的数据流有 L3 发送轧制计划和 PDI 数据给加热炉 ， 加热炉在装钢和出钢是发送轧制计划给轧线二级服务器 SCC；SCC 与轧辊间计算机交互轧辊的磨损信息和换辊信息等 ；完成轧制后 ，SCC 发送轧制报告给 L3 等 。此外 ， 过程控制系统二级服务器 SCC 也连接到 L1 画面的网络上 ，这是为了确保一二级之间时间同步 ，在所有计算机上设置了每天的计划任务 nettime 与 SCC 进行时间同步

11、，这种做法尤其在出现问题 ，解决问题的时候非常有用 。22 轧件跟踪非控部分另外一个重要的功能是轧件跟踪 。 轧件的形态从加热炉到卷取一般分为板坯 （Slab）、带坯 （Bar）、带钢 （Strip）和钢卷 （Coil）四种 ，本系统中为了程序方便 ，统一称之为 Piece。 在2250 轧线二级系统中 ，从加热炉出口到卷取分了 21 个跟踪区 ，其中实际的物理跟踪区有 12 个 ， 另外 9 个跟踪区用于模型courseT 计算的板坯将要出炉区 、卷的临时存放区等等 。 轧件的跟踪主要是对轧件头部的跟踪 ， 当轧线上高温检测计检测到轧件头部进入某个跟踪区时 ，即认为该轧件进入到此跟踪区 。

12、在二级系统程序中 ， 使用 zonedirector 对跟踪区进行管理 ，在zone 数组中包括 zoneid、zonename、zonetype、zonepiecec-nt、max No of piece data。 同一时刻 ，在某个跟踪区内可能有n 块 piece， 所以使用 piecedirector 指向 piece data 进行跟踪 ，在 piece 数组中包括 piece 的一些信息 ，如 pieceid、piece-name、piecetype 和 pieceseq 等 。另外在各个操作台的 HMI 上设置了跟踪修正功能 ，当实际轧件在轧线上的位置和计算机所跟踪的轧件位置产生

13、不一致时 ，操作人员可以通过 HMI，根据轧件的实际位置 ，对计算机所跟踪的轧件位置加以校正 ，避免造成跟踪混乱 。3 模型部分与通用的热轧数学模型分类方法类似 ，2250 热轧过程控制系统的模型也分为设定模型 、 控制模型和数学模型的自学习三大类 。 并且增加了 Mtool 和 Ctool 工具 ，可以方便地实现对模型的维护 。31 设定模型按照轧线生产区域划分为加热炉设定模型 、 粗轧设定模型RSU、精轧设定模型 FSU、板型设定模型 、卷取设定模型 CSU。此系统设计中 ，RSU、FSU 和 CSU 根据 Piece 在不同的跟踪区进行五次计算过程 。 当加热炉装钢完成后 ， 二级计算机

14、就对Piece 进行 RSU、FSU 和 CSU 的 CourseT 计算 ； 待准备出炉区时进行 Course0 计算 ；RSU Course1 在 piece 到达加热炉出口区是进行计算除鳞 、定宽机 、R1 和 R2 的设定 ；当除鳞机出口高温计监测到 piece 头部时 ，此时触发 RSU 的 Course2；RSU Course3 在 piece 进入除鳞机时进行 。 FSU Course1在 piece 被 R2 之后的高温计检测到时进行 ；Course2 在飞剪前进行 ；F1 咬钢后进行 FSU CourseF； 其中 ，Course1 和Course2 过程也包括了对卷取机的设

15、定计算 。32 控制模型控制模型的目的是计算控制量 ， 主要有自动宽度控制模型AWC、自动厚度控制 AGC、轧制节奏控制模型 MPC、精轧出口温度控制模型 FDTC、卷取温度控制模型 CTC。 其中精轧出口温度的控制模型是通过调整机架间冷却或精轧机速度来控制出口温度 ， 机架间冷却初始值由 FSU 计算 ， 设置了 FDTC1 和FDTC2 两种模式 。 FDTC1 只控制精轧速度来达到出口目标温度 ，用于出炉温度比较均匀 、除鳞效果较好的 piece；FDTC2以控制机架间冷却水为主 ， 当冷却水的控制达到最大限时还不能达到出口目标温度时 ，调节轧机速度加以控制 。CTC 由层流冷却系统实现

16、 ，分为主冷区和精冷区 。 冷却区域总共有 22 组 ， 其中主冷区 20 组 ， 每组又有上下分别四组阀门 ，精冷区 2 区 ，每组上下分别 8 组阀门 。 主冷区采用前馈动态模型控制 ，在冷却水阀门的开关模式 ，根据钢种和目标温度的分类 ，查表获得 ，也可以手动输入设置新的模式 ；精冷区根据实测温度进行反馈控制 。33 模型自学习过程控制系统中几乎每个模型都有自学习过程 ， 大致可以分为两种类型自学习 ：第一种为 Bar to Bar learning，在每块板坯轧制完成后 ，自学习系数将被更新 。 更新后的自学习系数应用于下一块要轧制的板坯 ， 这种自学习类型允许与时间相关变量的 改 变 ， 如 工 作 辊 表 面 条 件 的 改 变 。 第 二 种 为 Lot to LotLearning，自学习系数的更新是在一定数量的钢卷完成以后 ，新的自学习系数被存储在自学习系数表中 ，并以钢种 、厚度和其它关键项目划分 ， 这种方法更新的自学习系数用于下块相同钢种的轧件 。4 结束语从系统应