中冶京诚自主研发具有完全知识产权的中厚板冷区过程控制系统

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中冶京诚自主研发具有完全知识产权的中厚板冷区过程控制系统     中冶京诚工程技术有限公司（以下简称“中冶京诚”）成功实施了众多具有国际先进水平的中厚板工程，是国内中厚板工程服务领域的领跑者。为了填补中厚板过程控制领域的空白、打破外商的垄断，中冶京诚组织专项研发团队，一方面对已建成的中厚板生产线进行深入分析，另一方面积极消化吸收国外先进的控制技术，历时一年研发出具有完全知识产权的中厚板冷区过程控制系统。目前该系统已经完成产品化设计并且被成功应用于多个大型项目，在不断完善与升级后，该系统的控制功能及效果已经达到国际同类系统先进水平。     中厚板冷区过程控制系统研发背景     随着国民经济的飞速发展，市场对中厚板产品的需求日趋强烈。2003年后，一批高水平的中厚板项目纷纷投产。这些新建成的中厚板厂比传统生产厂在装备及电控方面更为先进，尤其是在自动控制领域，全自动的现代化生产控制开始应用于各个工序。自动轧钢、自动上料、自动剪切、自动物流在全方位得到实现，通过与计算机控制的完美结合将中厚板生产的自动化推向了一个新的高度。     冷区过程控制系统作为中厚板自动控制的重要组成部分，为实现轧制后钢板的自动化生产提供了主要动力。该系统的主要功能是实现在线材料跟踪并向主要控制设备发送控制信息。由于控制范围广、实时性要求高、信息处理量大等因素，需要结合现代计算机技术及信息技术才能实现。国外在该领域起步较早，几家专业性厂商已经进行了多年的研究与设计。因此，在最先引进的一批项目中，冷区过程控制系统一直被国外供应商垄断。高昂的设备价格、现场调试及后期维护费用使很多国内用户难以承受。但是中厚板冷区的产品跟踪很复杂，人工工作量大、误差率高、钢板管理困难，实际生产中存在寻找困难，丢失量大的问题。如对已轧制的钢板不能及时加工、交货，造成的经济损失往往更大。     为了解决上述问题，打破外商的垄断局面，中冶京诚的专业研发团队以国内先进且技术成熟度高的生产厂为参考基础，同时从物流运输、机械加工等行业借鉴控制理念，最终结合自身工艺、设备优势对中厚板冷区过程控制系统进行了产品化开发。     中厚板冷区过程控制系统的设计思想及主要功能     通过实时获取现场设备、材料信息并实时调整生产节奏，指导在线设备针对不同材料对象进行生产的自动控制是进行系统设计的核心思想。由于该系统是在工业生产中应用的控制系统，所以必须保证其稳定性、实时性、开放性及可复用性。研发人员在设计中采用高可靠性的硬件方案，并且使用成熟的数据库技术进行产品化开发。系统由HMI、数据通信、数据处理、数据存储四部分组成。通过数据通信与数据处理完成了所有的信息反馈与自动控制。     中厚板冷区过程控制系统的主要功能如下：      数据中心     数据中心集成了原始数据、设定数据、生产实绩以及工艺参数。原始数据一般是在MES根据生产计划、材料设计、生产实绩等信息为每块钢板制定生产计划，并以生产指令的形式发送给过程控制系统，过程控制系统以此为依据控制钢板生产。中厚板冷区包含多种工艺设备，钢板按工艺物流路径进入这些设备前，过程控制系统需要向基础自动化系统发送设定数据以指示设备操作。设定数据的内容一般依据MES发送的原始数据、先前工序处理的实绩数据、模型计算结果以及工艺参数等。当材料处理完成后，基础自动化系统或工艺设备将所有的操作实绩数据发送给过程控制系统。收到实绩数据后，过程控制系统向MES发送这些实绩数据。对于没有通过数据通信连接到本系统的设备，实绩数据将通过终端输入（例如表面检查实绩）并发送至MES系统。对于具体的设备参数及控制要求，过程控制系统对数字化后的生产数据提供专门的存储、维护功能。      材料跟踪     要顺利完成物流跟踪，绝对重要的是不论何时钢板位置发生变动（与运行方式无关，即无论是前进、后退、上线、下线等），过程控制系统都应能由相关系统的特定事件信号或操作人员的手工输入（如：行车吊运）得到通知。自动材料跟踪是跟踪系统的核心，它需要在规定的物流区域内跟踪钢板——单板跟踪或成组跟踪；确定设定值数据并及时向其它系统下达或通知操作人员；接收由下级系统或操作人员发出的生产过程中的实绩数据和特殊事件信号，并将这些数据或事件信号分发到相应的钢板或钢板组。     通过自动材料跟踪，过程控制系统就可能了解钢板的实际位置和过程的实际状态，这是对生产过程进行优化的基础，另外是获得更为有效的质量控制的前提条件。自动材料跟踪根据从生产过程中获得的信息（即基础自动化发来的信息——表示某一事件）跟踪钢板或者钢板组（跟踪对象）。一个事件可能是描述了对象的移动或对象的处理。另外这一事件可以包括从下级系统获得的生产实绩和质量数据。自动材料跟踪还提供了一个特别的功能，它能通过参数配置将工艺进程分配给事件（标准的或用户指定的工艺进程）。这些工艺进程运行材料跟踪的基本功能，比如：对象移动的执行；对象数据的更新；从下级自动化系统接收事件信号（钢板移动数据）；更新区段数据和区域数据。      数学模型     冷区过程控制系统中的数学模型包括：冷床温度跟踪模型、动态物流调度模型、钢板剪切计算模型。他们保证了控制区域内钢板的流向、剪切及质量的优化控制。     冷床温度跟踪模型用于计算钢板在冷床上的热传导及热辐射，进而得出钢板在冷床上的冷却温度曲线，指导操作员作业。该模型周期性地对冷床上的钢板进行温度计算，并采用高温计测量结果进行校核。热交换的方式一般有三种，辐射、对流和传导，钢板在辊道和冷床上散热的方式主要为热辐射和热传导，热传导又分为钢板下表面和冷床的接触热传导以及热量由钢板中心向表面的传导。     冷区钢板的物流非常复杂，过程控制系统的主要作用之一就是控制区域内钢板的流向。钢板的路径主要是由生产工艺和钢板本身属性决定，但有时在同一工艺流程下，钢板也会面对多种物理路径的选择。复杂的工艺和现场情况的多变使得系统需要对线上物料作出及时的物流控制，动态物流调度模型会根据相关设备负荷、出钢节奏、钢板上下冷床时机、位置、顺序等，通过模型计算，为钢板选择合理路径，以确保区域内物流的顺畅有序和生产节奏的稳定。     剪切计算模型的作用是根据MES下达的剪切原始数据及实测数据，按照实际情况计算剪切顺序、剪切位置、剪刃间隙并向基础自动化下达剪切指令，结合材料跟踪实现自动剪切。通过自动化剪切可以降低操作者的劳动强度并有效提高收得率。      系统维护     系统维护提供进程监控、数据维护、日志消息等功能。过程控制系统提供可配置的功能模块，使数据监控可以按照开发者的意愿，对运行中的进程、业务数据、日志消息等进行周期性监控及维护。进程监控可以有效地提供进程的当前状态，并且在发生系统异常时能够根据预定义的规则进行中断、重启动、停止等操作。数据维护则是按照在数据维护模块中定义的规则进行实体分析、数据清理、备份等操作。数据维护主要包含数据清理周期、清理条件、分析周期、分析规则、备份周期、备份条件等内容。为了避免数据库事务特性对写入日志的影响，系统采用管道发送技术进行日志记录操作。在日志消息模块中，预定义的管道将会按照设计好的数据结构填充日志内容。这种形式的日志记录既可以输出预定义的异常信息也可以体现业务流程的调用堆栈，它是故障分析的主要手段。     中厚板冷区过程控制系统应用效果     中冶京诚自主研发的中厚板冷区过程控制系统已经成功应用于宝钢5000mm厚板热处理线、包钢4100mm厚板剪切精整线、宝钢5000mm剪切线二期改造等项目。其中宝钢5000mm厚板剪切线二期改造之后，通过与基础自动化、MES更为密切地配合，不仅降低了操作员劳动强度，还大大提高了剪切线的应用效率，使剪切线的月剪切量超过16万吨。另外，在包钢4100mm厚板剪切精整线项目中，由于成功应用了冷区过程控制系统，使得在线钢板信息能够在任何地方实时反应，减少了钢板错误调运、错误切割的比例，使用户真正从管理中收到了效益。     中厚板冷区过程控制系统研发团队     中冶京诚非常重视中厚板冷区过程控制系统的研发，其下属子公司北京京诚鼎宇管理系统有限公司抽调了精锐力量，组织了研发团队。主任工程师宋元力亲自带队，他数十年在中厚板过程控制系统领域积累的宝贵经验是研发工作成功的坚实基础，部门经理邵丽萍、杨平带领骨干员工兢兢业业，积极开展系统工程的开发及测试。国际先进水平的定位以及产品化的设计方向为具体项目的实施提供了有效保障。每一次工程项目的结束都是中厚板冷区过程控制系统优化升级的开始。中厚板冷区过程控制系统研发团队并没有满足于今天的成果，提高系统性能、降低维护成本，为用户创造更好的经济效益是他们不懈的追求。