CN101382798A - 单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法，根据单机架双卷取铝热轧的工艺特点建立相应的轧制规程设定模型，将轧制规程设定模型程序编译成动态链接库，各设定模型程序中的数据共享应用内存共享方式，所有动态链接库程序采用WINCC为调用平台，WINCC与基础自动化级采用以太网通讯，具有数据采集、设定程序调用、设定模型自学习、轧线跟踪等功能，实现单机架双卷取铝热轧规程的自动设定和在线修正。明显提高了铝热轧带卷的厚度和凸度等质量精度，充分保证了铝热轧单机架生产的稳定性。

Description

单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法

技术领域

本发明涉及一种铝热轧生产中的过程设定方法，尤其涉及一种应用于单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法。

背景技术

单机架双卷取铝热轧机是21世纪在国内应用较多的一种轧机，由于其投资相对于连轧要小，能够提供给轧较性能好的坯料。但目前在单机架双卷取铝热轧机生产中，自动化水平低，基本以人工经验设定与控制为主，由于操作水平不一，使得产品质量特别是厚度、凸度、温度等性能不能得到保证，生产不稳定造成生产效率不高，企业的生产利润受到影响。

在冶金企业特别是钢铁企业如热连轧和冷连轧、中厚板生产中由于生产节奏要求高，生产过程庞大而复杂，为了有序地实现整个生产过程的自动化，必需配备相应的计算机控制系统。目前国际著名的自动化驱动公司在连轧过程设定系统多采用中间过程控制软件，在中间过程软件中实现数据采集、模型设定、轧线跟踪等功能，但开发这种中间过程控制软件周期长、开发成本也较高、价格也高昂，不适合在单机架轧制的推广。

针对单机架轧制的特点特别是单机架铝冷轧轧制中，国外也有相关自动化驱动公司研发了过程设定系统，但同样面临着设定软件成本高、不适合推广的缺点。而在针对单机架双卷取铝热轧的上，目前尚未有较好的且易于推广的过程设定方法及系统。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法，特点是：在坯料轧制前，通过WINCC客户端画面输入原始坯料数据，经以太网传送给WINCC服务器画面，当坯料出炉时由热金属探测器向PLC计算机发送跟踪信号，PLC计算机将此跟踪信号传送给WINCC服务器画面，WINCC服务器画面触发工艺设定模型，进行轧制规程的预设定并传给WINCC服务器画面，WINCC服务器画面将设定数据通过以太网再下传给WINCC客户端画面，此时根据轧制情况进行设定修改，如果确定修改则WINCC客户端画面将修改值传给WINCC服务器画面，WINCC服务器画面再触发规程修改模型，规程修改模型计算结束后将新规程经WINCC服务器画面再传送给WINCC客户端画面，如果确认此轧制规程则WINCC服务器画面将值下传给PLC计算机，根据规程进行轧制；

轧制过程中，PLC计算机将实测值及跟踪信号经以太网传给WINCC服务器画面，WINCC服务器画面调用自学习及重计算模型进行模型系数的自学习和规程的再计算，并由WINCC服务器画面将修正后的规程下传给PLC计算机，提高后续道次的设定精度；同时WINCC服务器画面触发轧线跟踪模型，计算出轧件位置并传给WINCC服务器画面，实时显示出坯料的轧制情况；同样根据实际轧制情况对自学习及重计算后的规程进行修改，WINCC服务器画面调用规程修改模型进行修改计算；

在所有道次轧制结束后，WINCC服务器画面将预设定规程数据、自学习及重计算后的规程数据、各道次实测数据传给数据库，供工艺分析；在每次轧机换辊后，WINCC服务器画面从数据库中读取材料参数值、自学习参数值、轧机参数值，并触发内存共享程序写入内存，供工艺设定模型、规程修改模型、自学习及重计算模型共享和调用。

进一步地，上述的单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法，所述工艺设定模型的程序和自学习及重计算模型的程序采用Visual C++编译成动态链接库的形式，动态链接库中提供程序输入接口和输出接口，供WINCC服务器画面触发调用。

更进一步地，上述的单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法，自学习及重计算模型采用道次间的自学习与再计算，在轧制过程中根据实测轧制参数，进行模型的自学习并修正相关模型系数，进而将新的模型系数应用在后续道次的轧制规程计算中，同时修改后续道次轧制规程。

再进一步地，上述的单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法，工艺设定模型采用厚度自动分配方法，分配压下规程；单机架双卷取厚度分配划分为无卷取道次部分和有卷取道次部分，无卷取道次的厚度分配根据压下规律曲线进行，并用权重系数对压下率进行调整，卷取道次的厚度分配按轧制压力分配比或等压下率两种方式进行分配，在初步完成厚度分配的基础上进行轧制力矩及轧制功率的校核，并调整至满足负荷要求。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法，结合了单机架双卷取热轧生产工艺特点，应用WINCC作为程序的调用平台，开发成本低，易实现和推广，实用性较强。另外，此方法运用实际生产较成熟的多种合金的厚度分配工艺，只需要根据厚度要求、合金要求，就可自动分配出厚度规程，并进行在线修正厚度规程，具有计算速度快、灵活适用等特点。此设定方法实现了单机架双卷取铝热轧规程的自动设定和在线修正，大大提高铝热轧带卷的厚度、凸度、温度等质量精度，进而显著提高了产品的成品率，有效保证了铝热轧单机架生产的稳定性。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：单机架双卷取铝热轧过程设定系统的示意图；

图2：过程设定系统轧线跟踪示意图；

图3：厚度自动分配的示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

 

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
						1	WINCC服务器画面	2	工艺设定模型	3	规程修改模型
4	自学习及重计算模型	5	轧线跟踪模型	6	WINCC客户端画面
						7	PLC计算机	8	数据库	9	工程师站
10	内存共享程序	11	加热炉	12	右卷取机
						13	立辊	14	左卷取机	15	左重型剪
16	左轻型剪	17	右重型剪	18	加热炉热探测仪
						19	右测温仪	20	左测温仪	21	左测厚仪
22	热金属探测仪	23	热金属探测仪	24	热金属探测仪

具体实施方式

针对单机架双卷取铝热轧机的过程设定系统，即HASS(Hot AluminumSetting System)，HASS将设定模型程序编译成动态链接库，各设定模型程序中的共享数据应用内存共享方式，所有动态链接库程序采用WINCC为调用平台，WINCC与基础自动化级采用以太网通讯，从而实现数据采集、设定程序调用、设定自学习等功能，实现单机架双卷取铝热轧规程的自动设定和在线修正，提高铝热轧带卷的厚度和凸度等质量精度，保证铝热轧单机架生产的稳定性。

单机架双卷取铝热轧机过程设定系统的主要功能有：铝热轧工艺设定模型、铝热轧自学习及重计算模型、数据存储、数据采集与下传、轧线跟踪、人机界面等。工艺设定模型、自学习及重计算模型编译成DLL，热金属探测器及相应仪表向WINCC发送跟踪信号及实测数据，WINCC界面触发DLL，进行预设定计算及自学习和重计算，并通过以太网下传给PLC，每块板坯轧制结束后将轧制规程及工艺数据存储到数据库中。

具体实现过程为：在每块铝坯出加热炉后，轧线跟踪程序向WINCC发送程序启动信号，WINCC画面触发工艺设定模型的动态链接库(DLL)，工艺设定模型程序计算出此块铝板坯的轧制规程；在轧制过程中PLC通过以太网向WINCC传送实测数据与启动信号，WINCC画面触发自学习与重计算模型程序的动态链接库，进行设定模型系数的调整与设定道次厚度分配值的更新，同时通过WINCC将更新的轧制规程由以太网下传给PLC，另外轧制跟踪程序根据PLC的位置检测信号进行轧件位置的实时跟踪。

HASS给用户提供规程修改功能，由工艺设定模型程序自动计算的轧制规程，用户根据实际轧制情况可以进行修改，当修改确认后WINCC将修改值传给并触发规程修改模型，规程修改模型进行调整计算并输出新规程。

HASS将工艺设定模型程序、自学习及重计算模型程序用Visual C++编译成动态链接库的形式，动态链接库中提供了相关的程序输入、输出接口供WINCC画面触发调用。工艺设定模型动态链接库输入接口为操作工输入板坯原始和目标数据，输出接口为轧制规程的初始设定计算值。自学习及重计算模型动态链接库输入接口为轧制过程中的实测数据，输出接口为轧制规程的重新计算值及模型系数更新值。

工艺设定模型动态链接库与自学习及重计算模型动态链接库的数据共享采用内存共享的方式，由于自学习及重计算模型需要应用到工艺设定模型的计算值，而工艺设定模型又需要调用自学习及重计算模型的系数值，这样需要进行数据共享；在HASS中应用了内存共享技术，即在HASS启动时由内存共享程序将自学习系数值、材料系数值、轧件设备参数等需要共享的数据值，从数据库读入到内存中，在每块铝板坯轧制结束后保存到数据库中。

自学习及重计算模型采用了道次间的自学习与再计算，以提高设定精度；其过程为：当铝板坯进入轧机进行轧制后，测厚仪、凸度仪、温度仪等检测仪表将检测到的轧制力、辊缝、凸度、温度等数据经WINCC传送给自学习及重计算模型，自学习及重计算模型根据实测和预测值的误差修正相关设定变量模型的相应系数，如由实测的温度可修正温度预报模型系数，从而提高轧制力的预报精度，也可对后续道次的轧制力进行修正，提高轧件的厚度精度；而通过凸度的实测值又可修正弯辊力的设定量，提高带卷板形质量；在对已轧道次的模型系数进行修正后，进行自学习的计算；自学习系数按照铝合金的种类、厚度、宽度等层别进行存储，以应用在下一块同样的板坯轧制中。

工艺设定模型采用厚度自动分配方法，分配压下规程。将单机架双卷取厚度分配划分为无卷取和有卷取两部分，无卷取道次的厚度分配根据压下规律曲线进行，再用权重系数对压下率进行调整，在卷取道次时厚度分配按轧制压力分配比或等压下率两种方式进行分配，在初步完成厚度分配的基础上进行轧制力矩及轧制功率的校核，并调整至满足负荷要求。通过经验分配曲线的积累与权重系数的调整工艺相结合，实现不同厚度、不同合金的板坯各道次的厚度自动分配，分配方法简洁实用、效率高。

单机架双卷取铝热轧的跟踪功能具有显示轧线位置和发送程序启动信号的作用，整个轧线跟踪从加热炉出炉开始至热轧带卷卸卷结束，跟踪功能向WINCC画面发送模型程序启动信号，同时根据轧件在轧线不同位置向WINCC画面发送跟踪信号，演示轧线轧制过程。

为满足L2级设定功能及跟踪功能需要，在检测仪表配置上需要四种基本配置，即加热炉出口的热探测仪、轧机入口和出口两个测温仪、测厚仪/凸度仪，这四种仪表解决厚度、温度的实测问题，也为实现设定模型的自学习提供基础；从提高设定模型的运行精度考虑增加三种辅助检测仪表，即左、右厚剪处的热探测仪，轻剪处的热探测仪，这主要是从提高温度控制精度方面出发，进行第三次设定修正计算。

以单机架双卷取铝热轧机为例，已知条件：5052铝合金入口厚度450mm，出口厚度6.0mm，宽度1450mm，目标卷取厚度20mm，卷取道次数3，无卷取道次数18，额定轧制功率10000kW，额定轧制力矩2600kN.m，工作辊辊径965mm，开轧温度450℃，目标温度340℃，目标凸度60um，卷取张力200kN，最大咬入角0.3弧度。

如图1所示，HASS系统包括WINCC服务器画面1、工艺设定模型2、规程修改模型3、自学习及重计算模型4、轧线跟踪模型5、WINCC客户端画面6、PLC计算机7、数据库8、工程师站9及内存共享程序10。

由于在没有三级生产管理系统情况下，坯料原始数据需要操作工输入，在坯料轧制前操作工通过WINCC客户端画面6输入原始坯料数据，经以太网I传送给WINCC服务器画面1，当坯料出炉时热金属探测器向PLC计算机7发送跟踪信号，PLC计算机7将此跟踪信号传送给WINCC服务器画面1，WINCC服务器画面1触发工艺设定模型2，进行轧制规程的预设定并传给WINCC服务器画面1，WINCC服务器画面1将设定数据通过以太网再下传给WINCC客户端画面6，此时操作工可以根据轧制情况进行设定修改，如果确定修改则WINCC客户端画面6将修改值传给WINCC服务器画面1，WINCC服务器画面1再触发规程修改模型3，规程修改模型3计算结束后将新规程经WINCC服务器画面1再传送给WINCC客户端画面6，如果操作工确认此轧制规程则WINCC服务器画面1将值下传给PLC计算机7，此时将根据HASS系统计算的规程进行轧制。

轧制过程中PLC计算机7将实测值及跟踪信号经以太网传给WINCC服务器画面1，WINCC服务器画面1调用自学习及重计算模型4进行模型系数的自学习和规程的再计算，并由WINCC服务器画面1将修正后的规程下传给PLC计算机7，提高后续道次的设定精度；同时WINCC服务器画面1触发轧线跟踪模型5，计算出轧件位置并传给WINCC服务器画面1，实时显示出坯料的轧制情况。操作工同样也可以根据实际轧制情况对自学习及重计算后的规程进行修改，WINCC服务器画面1可以调用规程修改模型3进行修改计算。

在所有道次轧制结束后，WINCC服务器画面1将预设定规程数据、自学习及重计算后的规程数据、各道次实测数据传给数据库8，供工艺人员分析，在每次轧机换辊后，WINCC服务器画面1从数据库8中读取材料参数、自学习参数、轧机参数等值，并触发内存共享程序10写入内存，供工艺设定模型2、规程修改模型3、自学习及重计算模型4共享和调用；另外工艺人员可以通过工程师站9对设定模型进行修改。

如图2所示的单机架双卷取的跟踪示意，整条轧线由7个跟踪区域组成，即加热炉11、右卷取机12、立辊13、左卷取机14、左重型剪15、左轻型剪16、右重型剪17。在这7个跟踪区域内设置7个检测仪表，其中4个为必需配置的仪表，即加热炉热探测仪18、右测温仪19、左测温仪20、左测厚仪21，这4个配置仪表起发送程序启动信号的作用，如坯料出炉后由加热炉热探测仪18检测到此信号，向WINCC服务器画面1发送启动信号，WINCC服务器画面1触发工艺设定模型2进行规程的初次计算，右测温仪19、左测温仪20、左测厚仪21发送实测数据及启动信号，由WINCC服务器画面1触发4进行规程的再计算，对规程进行实时修正，为了更好的反映轧件的实际位置及提高轧件温度的可控性(进行三次设定计算)，也可在左重型剪15、左轻型剪16、右重型剪17三个区域分别配置热金属探测仪22、热金属探测仪23、热金属探测仪24。

如图3所示工艺设定模型中采用了厚度自动分配的工艺方法，通过收集各种合金的实际生产厚度分配值，提取厚度分配曲线；将单机架双卷取分为无卷取轧制和有卷取轧制两种情况，在无卷取轧制道次先采用提取的厚度分配曲线进行初次分配，之后再应用权重系数的方法进行无卷取道次的厚度自动调整；在卷取道次时厚度分配按轧制压力分配比或等压下率两种方式进行分配，在初步完成厚度分配的基础上进行轧制力矩及轧制功率的校核，并调整至满足负荷要求。

HASS系统根据输入的坯料原始数据及目标数据应用工艺设定模型计算出5052的轧制规程，如表1所示。

表1 单机架双卷取5052合金轧制规程设定表

 

轧制道次	入口厚度/mm	出口厚度/mm	绝对压下量/mm	轧制压力/t	辊缝/mm	轧制功率/kW	入口速度m/s	出口速度m/s	入口张力/t	出口张力/t	弯辊力/t
												1	450	440	10	300	442	133.79	147	1.5	0	0	40
2	440	415	25	705.84	415.84	995.45	2.85	3.02	0	0	40
												3	415	390	25	732.25	390.77	1032.69	2.84	3.02	0	0	40
4	390	365	25	759.25	365.69	1070.77	2.83	3.03	0	0	40
												5	365	340	25	786.85	340.61	1109.69	2.82	3.03	0	0	40
6	340	315	25	815.02	315.53	1149.43	2.81	3.03	0	0	40
												7	315	290	25	843.76	290.45	1189.95	2.8	3.04	0	0	40
8	290	265	25	873.01	265.36	1231.21	2.78	3.04	0	0	40
												9	265	240	25	902.73	240.28	1273.12	2.76	3.05	0	0	40
10	240	215	25	932.83	215.19	1315.57	2.74	3.05	0	0	40
												11	215	190	25	963.19	190.11	1358.39	2.71	3.06	0	0	40
12	190	165	25	993.64	165.02	1401.33	2.67	3.07	0	0	40
												13	165	140	25	1024.83	139.93	1445.32	2.62	3.09	0	0	40
14	140	115	25	1077.64	114.78	1519.8	2.56	3.11	0	0	40
												15	115	90	25	1142.75	89.59	1611.63	246	3.14	0	0	60
16	90	65	25	1232.41	64.34	1738.07	2.31	3.2	0	0	65
												17	65	40	25	1385.5	38.9	1953.97	2.04	3.31	0	0	66

 

18	40	20	20	1509.99	18.54	1722.76	1.73	346	0	29.6	60
												19	20	11.56	8.44	1124.58	11.2	1677.94	3.26	5.63	29.6	17.11	55
20	11.56	7.65	391	895.8	7.95	904.89	3.63	5.49	17.11	11.32	50
												21	7.65	6	1.78	633.87	7.05	417.39	4.15	5.29	11.32	8.88	60

综上所述，本发明单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法，结合了单机架双卷取热轧生产工艺特点，应用WINCC作为程序的调用平台，开发成本低，易实现和推广，因此实用性较强。另外，此方法运用实际生产较成熟的多种合金的厚度分配工艺，只需要根据厚度要求、合金要求，就可自动分配出厚度规程，并进行在线修正厚度规程，具有计算速度快、灵活适用的特点。此设定方法实现了单机架双卷取铝热轧规程的自动设定和在线修正，大大提高铝热轧带卷的厚度、凸度、温度等质量精度，进而有效提高产品的成品率，充分保证铝热轧单机架生产的稳定性；其应用将为铝板带生产管理系统的实现提供重要技术支撑，也为铝板带冷轧的过程控制提供重要技术基础。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (4)

1.单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法，其特征在于：在坯料轧制前，通过WINCC客户端画面输入原始坯料数据，经以太网传送给WINCC服务器画面，当坯料出炉时由热金属探测器向PLC计算机发送跟踪信号，PLC计算机将此跟踪信号传送给WINCC服务器画面，WINCC服务器画面触发工艺设定模型，进行轧制规程的预设定并传给WINCC服务器画面，WINCC服务器画面将设定数据通过以太网再下传给WINCC客户端画面，此时根据轧制情况进行设定修改，如果确定修改则WINCC客户端画面将修改值传给WINCC服务器画面，WINCC服务器画面再触发规程修改模型，规程修改模型计算结束后将新规程经WINCC服务器画面再传送给WINCC客户端画面，如果确认此轧制规程则WINCC服务器画面将值下传给PLC计算机，根据规程进行轧制；

轧制过程中，PLC计算机将实测值及跟踪信号经以太网传给WINCC服务器画面，WINCC服务器画面调用自学习及重计算模型进行模型系数的自学习和规程的再计算，并由WINCC服务器画面将修正后的规程下传给PLC计算机，提高后续道次的设定精度；同时WINCC服务器画面触发轧线跟踪模型，计算出轧件位置并传给WINCC服务器画面，实时显示出坯料的轧制情况；同样根据实际轧制情况对自学习及重计算后的规程进行修改，WINCC服务器画面调用规程修改模型进行修改计算；

在所有道次轧制结束后，WINCC服务器画面将预设定规程数据、自学习及重计算后的规程数据、各道次实测数据传给数据库，供工艺分析；在每次轧机换辊后，WINCC服务器画面从数据库中读取材料参数值、自学习参数值、轧机参数值，并触发内存共享程序写入内存，供工艺设定模型、规程修改模型、自学习及重计算模型共享和调用。

2.根据权利要求1所述的单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法，其特征在于：所述工艺设定模型的程序和自学习及重计算模型的程序采用Visual C++编译成动态链接库的形式，动态链接库中提供程序输入接口和输出接口，供WINCC服务器画面触发调用。

3.根据权利要求1所述的单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法，其特征在于：自学习及重计算模型采用道次间的自学习与再计算，在轧制过程中根据实测轧制参数，进行模型的自学习并修正相关模型系数，进而将新的模型系数应用在后续道次的轧制规程计算中，同时修改后续道次轧制规程。

4.根据权利要求1所述的单机架双卷取铝热轧机的过程设定方法，其特征在于：工艺设定模型采用厚度自动分配方法，分配压下规程；单机架双卷取厚度分配划分为无卷取道次部分和有卷取道次部分，无卷取道次的厚度分配根据压下规律曲线进行，并用权重系数对压下率进行调整，卷取道次的厚度分配按轧制压力分配比或等压下率两种方式进行分配，在初步完成厚度分配的基础上进行轧制力矩及轧制功率的校核，并调整至满足负荷要求。

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