首钢京唐1580mm热连轧定宽压力机二级系统设计及应用-冶金自动化

首钢京唐1580热连轧定宽压力机二级系统设计及应用 董占奎1，田  华2，宋向荣2 （1.首钢京唐钢铁联合有限责任公司 热轧部，河北 唐山 063210； 2.北京金自天正智能控制股份有限公司） 摘要：首钢京唐1580热连轧定宽压力机自动化工程项目的二级控制系统是国内第1套自主集成具有自主知识产权的定宽压力机过程控制系统。系统主要功能包括：轧件跟踪、模型设定计算、模型自学习、数据采集、数据通信等。目前系统运行状况非常稳定，实测宽度达到工艺考核指标，完全满足现场生产的要求。 关键词：热连轧；定宽压力机；轧件跟踪；模型设定计算；模型自学习 文献标志码：B    文章编号：1000-7059（2012）0 -00  0 Design and application for L2 system of slab sizing press in Shougang Jingtang 1580mm Hot Strip Mill DONG Zhan-kui1，TIAN Hua2，SONG Xiang-rong2 (1. Hot Metal Dept.,Shougang Jingtang United Iron and Steel Company, Tangshan 063210 China; 2.Beijing Aritime Intelligent Control Co., Ltd.) Abstract: Based on the automation project of Shougang Jingtang 1580mm hot strip mill, the level 2（L2） software of slab sizing press (SSP) has been designed and developed, which is constructed independently by domestic companies. The main functions of the system include plate tracking, model setup calculating, model self-learning, data acquisition and data communication, etc. At present, the operation of the system is very stable, and measured width is of the process evaluation index, which fully meet the requirements of the production. Key words: hot strip mill; slab sizing press; plate tracking; model setup calculating; model self-learning 0 引言 近几年我国冶金重型装备制造技术和板材生产技术有了很大进步，为减少板坯的宽度种类，提高连铸与轧钢的一体化水平[1-2]，定宽压力机（Slab Sizing Press，以下简称SSP）设备在热轧生产线上已经得到广泛应用。目前国内已经投入使用的SSP及其自动控制系统主要是从国外引进的[3-5]。 京唐1580热连轧SSP自动化项目，由北京金自天正智能控制股份有限公司自主开发，设计出具有自主知识产权的热连轧SSP二级系统，系统功能主要包括：物料跟踪、模型设定、模型自学习、数据采集、数据通信等。2011年7月SSP二级系统已经投入使用，系统运行状况非常稳定，宽度控制良好，完全满足现场生产要求。 1  工艺 配备SSP的热轧生产线上的调宽设备主要有SSP和立辊轧机，SSP在锻压状态下以中间坯目标宽度为目标对板坯全长进行大的侧压，最大减宽量为350mm[6]；立辊轧机通常与平辊轧机配合使用，主要作用是微量调宽，经过几个道次的轧制，控制后续粗轧平辊轧机轧制后带来的自然宽展，其减宽量一般不大于100mm。SSP和立辊轧机分工明确，通过合理控制保证宽度指标。 SSP位于除鳞箱和粗轧机之间。板坯出加热炉后经过除鳞箱，去除表面氧化铁皮，由SSP前的侧导板完成水平对中；再由辊道和入口夹送辊将板坯送至挤压室预设定位置，通过两个对称的锤头进行宽度方向的第1次侧压，之后锤头打开，板坯通过导向辊的作用向前步进某一长度，锤头第2次侧压，之后锤头再打开，板坯再向前步进，按照预设定规程侧压N道次后，由出口夹送辊将板坯传递到SSP出口辊道，进行后续工序的加工。 2  系统组成 SSP自动控制系统主要是指基础自动化级（L1）与过程自动化级（L2），系统配置的总体原则：先进、可靠、开放、经济、合理。 L2系统采用Server/Client结构，由1台高性能PC服务器和1台高性能PC客户端组成，均采用当前主流配置。其中PC服务器置于过程机房，用于运行数据库和应用程序；PC客户端置于粗轧操作室，用于显示SSP设定规程画面和进行相应操作。 SSP的L2系统通信主要是指PC服务器与L1和人机界面（HMI）及仪表的通信。与L1的通信功能主要是L1给L2上传生产过程的实测数据，L2根据L1上传的数据做出判断，从而给L1下发SSP设定规程。与HMI的通信功能主要是将SSP的规程发送到画面以及接收人工干预数据。与仪表的通信包括与高温计和SSP前测宽仪的通信，在设置高温计时，每个站位采用两个高温计，同时获取板坯温度实际值，两组数值通过L1上传给L2系统，一用一备；与测宽仪之间有两种通信方式，一是L2系统与测宽仪直接通信，以该通信方式为主，二是测宽仪数据通过L1上传给L2系统，L2系统根据时间和上传次数求平均值，这种通信方式留作备用，这种一用一备的通信方式，可以避免某一通信方式中断时，数据不能及时传递的问。 L2系统采用Windows 2003 Server操作系统，依托金自天正具有自主知识产权的过程控制开发平台HDP，利用Oracle 10g数据库系统管理数据，采用Visual Studio 2008开发工具和VC++语言实现SSP的L2控制系统功能。 3  系统功能 L2系统主要对SSP区域进行工艺参数设定计算，实现生产过程的优化控制：通过轧件跟踪触发模型设定计算，进行数据采集、HMI干预和数据通信等（见图1 ）。其中，轧件跟踪是实现模型设定计算的基础，而模型设定计算是其核心功能。SSP模型设定计算主要包括SSP锤头开口度设定、SSP入口和出口夹送辊的位置设定等关键参数的计算。 图1 SSP的L2系统控制功能图 Fig.1 System control function graph for SSP L2 图2中，PDI修改是指板坯原始数据信息修改。 1 2 3 3.1 轧件跟踪 通过轧件跟踪，一方面为操作员显示正确的生产信息，包括轧件位置、状态和相关的工艺参数以及轧线工况；另一方面依据轧件跟踪信息触发相应的程序：操作数据库、调用模型计算、产生控制信息等。 SSP的区域跟踪是通过L1上传的SSP入口和出口热金属检测器信号的检得和检失以及夹送辊的实测压力来判断跟踪区域是否有钢，并在共享内存中创建跟踪数组以存储这些变量，然后将数值转换后发送到HMI画面上显示。 3.2 模型设定计算 如图2所示，L2系统在4个时刻自动触发模型设定计算（见表1第1~4行），在粗轧第1道次出口测得宽度实测值后，延时进行模型自学习计算（见表1第5行）。 表1 L2模型设定触发时机表 Table 1 Trigger time of SSP L2 model setup 次数 触发时机 触发的功能 数据来源 HMI 与L1通信 1 板坯入炉 SSP一次预设定 PDI 显示 否 2 板坯即将出炉 SSP二次预设定 PDI、化学成分 显示 否 3 板坯出炉 SSP三次预设定 PDI、高温计实测值 显示 根据跟踪区域是否有钢判断 4 SSP入口 SSP四次预设定 PDI、高温计实测值、SSP入口测宽仪实测值 显示 发送设定数据 5 粗轧第1道次 出口 SSP自学习 粗轧第1道次测宽仪实测值 无 无             表1中SSP一次和二次预设定完成数据有效性检查，设定结果不下发一级系统；三次预设定由于采集到温度的实测值，因此其设定较一次和二次设定更准确，如果SSP区域有钢，则该次设定不下发，否则，下发该次设定到一级系统；四次预设定则是在采集到温度和宽度的实测值后进行，该次设定与前三次设定相比更加准确，其设定结果下发一级系统。 在通过SSP模型进行设定计算时，首先确定减宽量，计算轧制力；其次判断轧制力是否在限定范围内，若轧制力超限，则给出新的板坯步进长度，再重新迭代计算，直到给出合理的SSP锤头开口度；然后计算入口和出口夹送辊的位置设定；最后当板坯经过SSP，并且由粗轧第1道次出口的测宽仪测得实际宽度后，SSP设定模型进行自学习。SSP模型设定计算流程如图2所示。 图2 SSP模型设定计算流程图 Fig.2 Calculating flow chart of SSP model setup 3.2.1 轧制力模型 在计算轧制力时，需要先计算SSP的减宽量，然后再根据减宽量大小计算SSP一次击打板坯的偏移量，最后再代入轧制力模型计算出轧制力。 （1）计算减宽量 假设板坯为弹塑性体、SSP为刚体，考虑侧压后的狗骨回复量和过压量，根据SSP入口宽度 和出口目标宽度 ，可以确定SSP的减宽量 ，即                 （1） 式中， 为中间目标宽度，mm； 为SSP引起的狗骨回复量，mm； 为SSP过压量，mm。 （2）计算一次击打板坯的偏移量 一次击打板坯的偏移量 （2） 式中， 为SSP锤头角度1，o； 为SSP锤头角度2，o； 为SSP锤头尺寸，mm。SSP锤头尺寸如图3所示。 —SSP一次击打板坯步进量，mm。 图3 SSP锤头尺寸示意图 Fig.3 Diagram of dimension for SSP hammers （3）计算轧制力 轧制力模型基本方程如下： （3） 式中， 为平均变形抗力，MPa； 为轧制力模型系数； 为修正系数； 为板坯厚度，mm。 3.2.2 SSP开口度模型 根据SSP轧制力 和出口目标宽度 ，可以确定SSP开口度 ，即 （4） 式中， , , 为SSP设备常数，由工艺设备参数确定。 3.2.3  夹送辊位置模型 根据板坯的原始数据信息PDI和板坯温度进行计算，得出板坯的热值，在某一偏移量的基础上可确定入口夹送辊的高度。而出口夹送辊的高度，需要考虑板坯经过侧压后产生的狗骨峰值，在峰值基础上偏移一定高度，进行夹送辊位置设定。 （1） 入口上夹送辊高度                 （5）