CN112941298B - 一种冷轧工艺中钢卷生产时间优化计算方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷轧工艺中钢卷生产时间优化计算方法及其应用，属于冷轧带钢领域。针对现有技术中存在的冷轧带钢过程中钢卷在生产线上的生产时间准确性低的问题，本发明提供了一种冷轧工艺中钢卷生产时间优化计算方法，包括：步骤1：电气一级系统获取钢卷生产动作时间信息；步骤2：二级过程控制系统将步骤1收集的时间数据进行运算得出各子卷生产开始时间和生产结束时间，再将运算结果通过接口以数据电文形式上传至三级制造执行系统；步骤3：三级制造执行系统将接收数据归纳整理后，收集到生产实绩中，工作人员通过客户端软件查阅生产实绩数据。它可以提高连退或连镀工艺中生产时间准确性，便于生产工艺控制和产能释放。

Description

一种冷轧工艺中钢卷生产时间优化计算方法及其应用

技术领域

本发明涉及冷轧带钢领域，更具体地说，涉及一种冷轧工艺中钢卷生产时间优化计算方法及其应用。

背景技术

随着钢铁企业生产技术的不断进步及市场需求的不断提升，新工艺新技术层出不穷，近十年来，在这场钢铁业技术大发展中，冷轧带钢的连续退火(CAL)和连续镀锌(CGL)迅速成为当今世界最先进、最流行的冷轧生产工艺，此机组将带钢的焊接、脱脂、清洗、高温退火、冷却、时效处理、平整、检查等工序集中在一条大型作业线上，具有运作资金庞大、自动化程度高、生产周期短，布置紧凑、便于管理、生产效率高、表面清洁、性能均匀性好、产品质量优良及利润高等优点，尤其适合生产高档的家电板和汽车板，被迅速推广应用到全球钢铁业。因此，对此生产技术的研究已迅速成为全球钢铁业技术攻关的重点和热点。

时间和空间是物质世界两大基本属性，在连退(连镀)生产工艺研究中，我们着重研究一个最基础的理论参数：生产时间。准确的生产时间对指导连退(连镀)生产组织、物料跟踪、产能释放、速度控制、性能分析及智慧制造等都具有重要作用，因此，研究时间这一基本参数，不仅具有理论价值，更有指导生产现实意义。

连续退火和连续镀锌生产线自动化程度都非常高，通常由三级计算机系统控制管理，生产线上集中许多电气设备，每个设备的重要操作，都产生相应的时间数据，通常，一级PLC控制系统将各时间数据采集上来，发送到二级过程控制系统，二级系统将接收到的时间数据，通过电文发送到三级制造执行系统(MES)，生产人员可通过MES客户端，查阅所需数据。

目前，国内外冷轧生产厂或设计院(如马钢冷轧总厂、西门子(中国)有限公司)，对计算连续退火钢卷生产时间，主要采用两种理论：

一是所有退火(镀锌)卷均以电气一级系统中出口飞剪切分时间作为上一卷结束时间、下一卷的开始时间；二级控制系统没有经过运算处理，直接转发三级MES，因此，此理论得到的时间实际上是成品卷的生产下线时间，没有反映钢卷在生产线上的生产时间，对指导生产过程没有实际意义。

另一种广泛应用的理论是将母卷冷硬卷上线焊机焊接的时间作该母卷在连退下线第一子卷的开始时间，该母卷其他子卷则以出口飞剪切分时间作为上一卷结束时间、下一卷的开始时间。此理论在二级控制系统也没有运算，二级收到一级时间数据后直接传送到三级MES。国内外大多数连退(连镀)生产线，普遍采用这种方法获得生产时间数据，此方法只有第一子卷生产时间正确，后面子卷生产时间数据失真。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的冷轧带钢过程中钢卷在生产线上的生产时间准确性低的问题，本发明提供了一种冷轧工艺中钢卷生产时间优化计算方法，它可以实现冷轧工艺中生产时间准确性的提高。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种冷轧工艺中钢卷生产时间优化计算方法，包括以下步骤：

步骤1：电气一级系统PLC获取钢卷生产动作时间信息；

步骤2：二级过程控制系统(PCS)将步骤1收集的时间数据按照本发明的公式进行运算，得出各子卷生产开始时间和生产结束时间，针对以往时间数据准确度低，所以对所述时间数据进行补偿运算，将补偿运算后得到的时间数据通过接口以数据电文形式上传至三级制造执行系统；

步骤3：三级制造执行系统(MES)将接收数据归纳整理，收集到连退或连镀的生产实绩数据，上传至系统服务器，工作人员可以通过MES客户端软件查阅相关信息。

进一步地，所述步骤1中，获取的生产动作时间信息包括母卷开始上线时在焊机处的焊接时间和各子卷下线时在飞剪处的剪切时间。

进一步地，所述步骤2中，各子卷生产开始时间和生产结束时间运算公式如下：

子卷n生产开始时间＝Y₁+(X_n-X₁)

子卷n生产结束时间＝X_(n+1)

其中，n表示子卷数，Y₁表示母卷钢卷带头焊接时间，X₁表示钢卷带头焊缝到达飞剪切焊缝时间，X_n表示第n个子卷带尾切分时间。

进一步地，所述生产开始时间为各子卷进入口焊机时间。

进一步地，所述生产结束时间为出口飞剪切分各子卷带尾时间。

进一步地，所述步骤3中归纳整理包括计算各子卷实际生产时长：

子卷n实际生产时长＝X_(n+1)-(Y₁+(X_n-X₁))

其中，其中，n表示子卷数，Y1表示母卷钢卷带头焊接时间，X1表示钢卷带头焊缝到达飞剪切焊缝时间，Xn表示第n个子卷带尾切分时间。

进一步地，所述生产时长为子卷头部进入口焊机到尾部从出口飞剪下线时间。

进一步地，生产实绩包括生产订单号、生产机组号、物料号、生产班次、长度、宽度、厚度、钢种、缺陷、内径、外径、生产开始时间、生产结束时间。

进一步地，上述钢卷生产时间优化计算方法在冷轧工艺中的应用。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

数据正确性大幅提升，更准确地反映了每个钢卷从焊接上线、清洗、退火、平整、检查、到飞剪切分下线的全过程生产时间，对指导连续退火和连续镀锌的生产组织、产能释放、控制系统、性能分析及智慧制造等都具有重要意义，进一步完善冷轧制造的理论基础。

附图说明

图1为本发明的连续退火机组生产工艺流程图；

图2为现有技术中第一连退子卷生产时间界面图；

图3为现有技术中第二连退子卷生产时间界面图；

图4为现有技术中第三连退子卷生产时间界面图；

图5为本发明的钢卷生产时间数学模型；

图6为本发明的程序设计流程图；

图7为本发明实施例2的第一连退子卷生产时间界面图；

图8为本发明实施例2的第二连退子卷生产时间界面图；

图9为本发明实施例2的第三连退子卷生产时间界面图；

图10为本发明实施例3的第一连退子卷生产时间界面图；

图11为本发明实施例3的第二连退子卷生产时间界面图；

图12为本发明实施例3的第三连退子卷生产时间界面图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例公开一种冷轧工艺中钢卷生产时间优化计算方法，包括以下步骤：

步骤1：电气一级系统获取钢卷生产动作时间信息；获取的生产动作时间信息包括母卷开始上线时在焊机处的焊接时间和各子卷下线时在飞剪处的剪切时间。

现有技术将母卷冷硬卷上线焊机焊接的时间作该母卷在连退下线第一子卷的开始时间，该母卷其他子卷则以出口飞剪切分时间作为上一卷结束时间、下一卷的开始时间。此方法在二级控制系统(PCS)没有运算，二级系统收到一级系统传来的时间数据后直接传送到三级MES。国内外大多数连退(连镀)生产线，普遍采用这种方法获得生产时间数据，但其准确性值得商榷，现举例证明之。

例如：一母卷号S155432330的冷硬卷，经1号连续退火机组连续退火后，生产3个连退子卷分别如下：

第一连退子卷，卷号：Q155008191，生产时间见图2，由图可知：

生产开始时间：2015年5月9日0时2分53秒，生产结束时间：2015年5月9日0时27分52秒；

第二连退子卷，卷号：Q155008192，生产时间见图3，由图可知：

生产开始时间：2015年5月9日0时27分52秒，生产结束时间：2015年5月9日0时33分43秒；

第三连退子卷，卷号：Q155008193，生产时间见图4，由图可知：

生产开始时间：2015年5月9日0时33分43秒，生产结束时间：2015年5月9日0时40分06秒；

图2、图3和图4是生产线上3个子卷的生产实绩，每个图中都有每个子卷的生产开始时间和生产结束时间，问题是各图中标明的时间是否正确？需要进行进一步验证，我们通过推算出每个子卷的生产时长：即以生产结束时间减生产开始时间，检验数据的正确性，得到如下数据：

第一子卷：24分59秒；

第二子卷：5分51秒；

第三子卷：6分23秒。

对照工艺流程，不难看出，第一卷生产时间24分59秒，第二子卷5分51秒，第三子卷6分23秒，第一子卷与另外两个子卷生产时长差别太大，显然不符合生产实际，在正常生产时，同一母卷生产出的每个子卷在入线和出线时间上有先后顺序，但每个子卷在生产线上的生产时长是相差不大的，因此，此理论导出的生产时间存在一定问题，只有第一子卷生产时间正确，后面子卷生产时间数据失真。

以上理论得到的时间数据都是通过一级数据上传来实现，虽然数据采集方法简单，但得出的时间数据与生产实际不合，为此，我们开展如下研究分析。

连续退火(连续镀锌)生产是一个动态的连续过程，如果把钢卷到达焊机焊接点作为进入生产线开始生产的标志，则每个子卷头部到达焊机焊接点位置的时间即为各子卷生产开始时间；一个母钢卷头部在到达焊机，与前一钢卷焊接上后，此焊接时间即为该母钢卷的生产开始时间，同时也可认为该母卷第一子卷的生产开始时间，而第二子卷头部实际上还没到焊机焊接点位置，认为还没进入生产线，当第二子卷的头部到达焊机时，因焊机上没操作动作，一级没上传数据，直观上无法判定，此位置应是个虚拟点，因此，要想得到第二子卷生产开始时间，无法从一级直接获得时间数据，为解决此问题，我们另开思路，充分利用计算机二级过程控制系统(PCS)运算功能，通过构建一个数学模型，按照一定的规则，推导出相关补偿运算公式，将一级采集到时间数据，通过二级过程控制系统(PCS)运算，得到第二子卷生产开始时间；第三子卷的生产时间计算方法原理相同，由此类推。

根据以上分析，我们提出一种新的连退(镀锌)卷生产时间计算方法，解决了连退(连镀)生产时间准确性问题，基本原理如下：以各子卷进入口焊机时间为开始时间，以出口飞剪切分该子卷带尾时间作子卷生产结束时间，每个子卷的生产时长指子卷头部进入口焊机到尾部从出口飞剪下线时间。主要信息流如下：一级(PLC)系统收集入口焊机焊接和出口飞剪切分时间数据并上传到二级：二级(PCS)系统将接收到的一级时间数据，按照数学模型及推导的计算公式进行编程运算，得到每个子卷生产开始时间和结束时间并上传到三级，三级(MES)系统将收到的数据供用户查阅。

如图1所示，连退(连镀)工艺主要包括以下生产流程：

焊机——清洗段——入口活套——炉子段——出口活套——平整机+拉矫机——检查活套——切边剪——去毛刺机——检查台——静电涂油机——出口飞剪。

步骤2：二级过程控制系统将步骤1收集的时间数据进行运算得出各子卷生产开始时间和生产结束时间，对所述时间数据进行运算和补偿，将补偿后的数据通过接口以数据电文形式上传至三级制造执行系统。

各子卷生产开始时间和生产结束时间运算公式如下：

子卷n生产开始时间＝Y₁+(X_n-X₁)

子卷n生产结束时间＝X_(n+1)

其中，n表示子卷数，Y₁表示母卷钢卷带头焊接时间，X₁表示钢卷带头焊缝到达飞剪切焊缝时间，X_n表示第n个子卷带尾切分时间，所述生产开始时间为各子卷进入口焊机时间，所述生产结束时间为出口飞剪切分各子卷带尾时间。

根据新的计算方法，我们建立一个钢卷生产时间数学模型，如图5所示：

图5中S1为一未退火的冷硬母卷，在进入连续退火或连续镀锌生产线后，入口焊机和出口飞剪将进行相应动作，并得到几个时间参数：Y₁和X_n(包括X₁、X₂、X₃、X₄)，其中：Y₁为母卷开始上线时在焊机处的焊接时间，X_n(包括X₁、X₂、X₃、X₄)为各子卷下线时在飞剪处的剪切时间。

我们根据以上数学模型和时间参数进行如下推理。

现原料母卷S1上线生产，根据产品在线质量判定和生产订单要求，产品下线时有分子卷和不分子卷两种情况：

情况1：母卷S1钢卷分子卷(正常生产时，大多分为三个子卷)，并且假设：Y₁-----母卷S1钢卷带头焊接时间；X₁-----S1钢卷带头焊缝到达飞剪切焊缝时间；X₂-----S1钢卷第一子卷带尾切分时间；X₃-----S1钢卷第二子卷带尾切分时间；X₄-----S1钢卷第三子卷带尾切分时间(即S1与S2钢卷焊缝到达飞剪切除时间)。

对照数学模型，可算出母卷S1各子卷开始和结束时间，推导出如下时间运算公式：

子卷1：生产开始时间为Y₁，即入口焊接时间，生产结束时间为X₂；

子卷2：生产开始时间：Y₁+(X₂-X₁)，生产结束时间：X₃；

子卷3：生产开始时间：Y₁+(X₃-X₁)，生产结束时间：X₄；

子卷的实际生产时长为：生产结束时间-生产开始时间，所以各子卷的生产时长如下：

子卷1：生产时长＝X₂-Y₁；

子卷2：生产时长＝X₃-(Y₁+(X₂-X₁))；

子卷3：生产时长＝X₄-(Y₁+(X₃-X₁))。

情况2：若母卷S1钢卷不分卷，则：生产开始时间：Y₁，即S1钢卷带头焊接时间；生产结束时间：S1与S2钢卷的焊缝到达飞剪切焊缝时间。

步骤3：三级制造执行系统将接收数据归纳整理，收集到连退或连镀的生产实绩数据，上传至系统服务器，归纳整理包括计算各子卷实际生产时长：

子卷n实际生产时长＝X_(n+1)-(Y₁+(X_n-X₁))

其中，其中，n表示子卷数，Y₁表示母卷钢卷带头焊接时间，X₁表示钢卷带头焊缝到达飞剪切焊缝时间，X_n表示第n个子卷带尾切分时间，生产实绩包括生产订单号、生产机组号、物料号、生产班次、长度、宽度、厚度、钢种、缺陷、内径、外径、生产开始时间、生产结束时间。

数学模型中的各时间点Y₁，X₁，X₂，X₃，X₄……X_n，均从电气一级PLC中获取动作时间信息，计算机二级系统(过程控制系统)将收集的时间数据按上述数学公式运算，再将运算结果通过接口发送电文上传到计算机三级系统MES(制造执行系统)，MES将数据归纳整理收集到连退(连镀)实绩，生产工艺等相关人员即可通过MES客户端登陆，查看到每个钢卷生产时间。运算流程如图6所示。

我们将上述新方法模型及公式，应用到连退生产线，通过二级过程控制系统编程，得到每个钢卷的生产时间数据，生产管理人员可通过三级MES系统中随时查阅：如：一母卷号S154420920的冷硬卷，经2号连续退火机组连续退火后，生产3个连退子卷的生产时间：

第一连退子卷，卷号：J155000061，生产时间见图7所示，生产开始时间：2015年5月1日0时57分33秒，生产结束时间：2015年5月1日1时25分18秒；

第二连退子卷，卷号：J155000062，生产时间见图8所示，生产开始时间：2015年5月1日1时3分9秒，生产结束时间：2015年5月1日1时31分3秒；

第三连退子卷，卷号：J155000063，生产时间见图9所示，生产开始时间：2015年5月1日1时8分54秒，生产结束时间：2015年5月1日1时36分49秒；

图7、图8和图9是根据新方法得到的三个子卷的生产开始和结束时间，将每卷的结束时间与开始时间之差，即推算出各子卷的生产时长，通过运算，结果如下：

第一子卷：27分45秒；

第二子卷：27分54秒；

第三子卷：27分55秒。

运算结果看出，三个子卷的生产时长差别不大，证明新方法得出的三个子卷生产时间，比以前理论得到的时间准确性有了很大的提高，更准确地反映了各子卷从入口焊机焊接点到出口飞剪的全过程时间。

实施例2

系统稳定性检验：

我们应用新方法模型在连退生产线上运行5年，2020年8月，对一母卷号S207165930冷硬卷，经连续退火后，生产3个连退子卷的生产时间：

第一连退子卷，卷号：J208002691，生产时间见图10所示，生产开始时间：2020年8月6日21时57分47秒，生产结束时间：2020年8月6日22时23分01秒；

第二连退子卷，卷号：J208002692，生产时间见图11所示，生产开始时间：2020年8月6日22时03分17秒，生产结束时间：2020年8月6日22时30分15秒；

第三连退子卷，卷号：J208002693，生产时间见图12所示，生产开始时间：2020年8月6日22时11分31秒，生产结束时间：2020年8月6日22时37分47秒；

从图10、图11和图12，根据公式，推算出三个连退子卷的生产时长分别为：

第一子卷：25分14秒；

第二子卷：25分58秒；

第三子卷：26分16秒。

从上看出，三个子卷的时长相差不大，系统经过多年运行，新方法得出的三个子卷生产时间，更准确地反映从入口焊机焊接点到出口飞剪的全过程生产时间，证明系统稳定可靠。

综上所述，我们经过研究发明了连续退火和连续镀锌生产时间的优化计算方法，通过建立数学模型，推导出相关公式，借助计算机二级过程控制系统(PCS)，运算出每个钢卷的时间数据，新方法应用到马钢(合肥)板材公司生产线，经过五年运行，系统稳定，与以前理论相比，数据正确性大幅提升，更准确地反映了每个钢卷从焊接上线、清洗、退火、平整、检查、到飞剪切分下线的全过程生产时间，对指导连续退火和连续镀锌的生产组织、产能释放、控制系统、性能分析及智慧制造等都具有重要意义，进一步完善冷轧制造基础理论。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令对应的系统来完成，所述系统包括：电气一级子系统，用于获取钢卷生产动作时间信息；二级过程控制子系统，用于将电气一级系统收集的时间数据进行运算得出各子卷生产开始时间和生产结束时间，再将运算结果通过接口以数据电文形式上传至制造执行系统；三级制造执行子系统，用于将接收数据归纳整理，收集到连退或连镀的生产实绩数据，存贮至系统服务器。所述系统的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (7)

1.一种冷轧工艺中钢卷生产时间优化计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：电气一级系统获取钢卷生产动作时间信息；

步骤2：二级过程控制系统将步骤1收集的时间数据进行运算得出各子卷生产开始时间和生产结束时间，对所述时间数据进行运算和补偿，将补偿后的数据通过接口以数据电文形式上传至三级制造执行系统；

步骤3：三级制造执行系统将接收数据归纳整理，收集到连退或连镀的生产实绩数据，存贮至系统服务器；

所述步骤1中，获取的生产动作时间信息包括母卷开始上线时在焊机处的焊接时间和各子卷下线时在飞剪处的剪切时间；所述步骤2中，各子卷生产开始时间和生产结束时间运算公式如下：

子卷n生产开始时间＝Y₁+(X_n-X₁)

子卷n生产结束时间＝X_(n+1)

其中，n表示子卷数，Y₁表示母卷钢卷带头焊接时间，X₁表示钢卷带头焊缝到达飞剪切焊缝时间，X_n表示第n个子卷带尾切分时间。

2.根据权利要求1所述的一种冷轧工艺中钢卷生产时间优化计算方法，其特征在于，所述生产开始时间为各子卷进入口焊机时间。

3.根据权利要求2所述的一种冷轧工艺中钢卷生产时间优化计算方法，其特征在于，所述生产结束时间为出口飞剪切分各子卷带尾时间。

4.根据权利要求1所述的一种冷轧工艺中钢卷生产时间优化计算方法，其特征在于，所述步骤3中归纳整理包括计算各子卷实际生产时长：

子卷n实际生产时长＝X_(n+1)-(Y₁+(X_n-X₁))

其中，n表示子卷数，Y₁表示母卷钢卷带头焊接时间，X₁表示钢卷带头焊缝到达飞剪切焊缝时间，Xn表示第n个子卷带尾切分时间。

5.根据权利要求4所述的一种冷轧工艺中钢卷生产时间优化计算方法，其特征在于，所述生产时长为子卷头部进入口焊机到尾部从出口飞剪下线时间。

6.根据权利要求1所述的一种冷轧工艺中钢卷生产时间优化计算方法，其特征在于，所述步骤3中生产实绩包括生产订单号、生产机组号、物料号、生产班次、长度、宽度、厚度、钢种、缺陷、内径、外径、生产开始时间、生产结束时间。

7.权利要求1-6中任一所述的钢卷生产时间优化计算方法在冷轧工艺中的应用。

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