第一节轧制过程的自动跟踪

第八章轧制过程计算机控制的应用

2023/2/61第一节轧制过程的自动跟踪轧件跟踪是轧制过程中计算机控制系统的主要功能之一。在轧制生产过程中，同一时刻往往有多根轧件在生产线的不同工序中进行加工处理，而每根轧件的原始条件(如钢种、坯料尺寸等)、加工状况(如加热温度、轧件速度、张力以及半成品尺寸等）又各不相同。2023/2/62

例如热连轧过程生产线较长，在生产线上，加热炉区、粗轧区以及精轧区和卷取区各有一块钢在加工，而各个区段对轧件的要求也不相同。为了对整个轧制生产过程进行自动控制，必须严格区别每根轧件的不向情况，针对它们在生产线上当时所处的加工环节和状况，及时地进行相应的自动控制。因此，必须对轧件进行跟踪。2023/2/63计算机控制系统的跟踪功能是通过轧件跟踪等一系列程序，根据生产线上各个区段的检测器(冷钢区段为冷金属检测器CMD，热钢区段为热金属检测器HMD)和负荷继电器LR等的状态，不断地更新各个区段跟踪指示字的内容来实现的。随着轧件在生产线上的移动，计算机根据各区段跟踪指示字的内容判断每根轧件的实际位置，针对轧制生产中的原始数据、生产数据和具体要求等分别进行自动控制。所以，本章以具有典型意义的热连轧为例，研究轧制生产过程中的数据区、数据流动以及轧件跟踪的基本方法。2023/2/64（一）轧制生产线上的数据区及数据流动现以某厂1700mm带钢热连轧计算机控制系统为例来说明此间题。在热连轧生产线上，同一时刻约有许多块钢存在，有的在加热炉入口的上料辊道和入炉辊道上、加热炉中、加热炉出口辊道上，有的在粗轧机组中、精轧机组中和卷取机组中，它们在各个工序中的参数各不相同，因此，对热连轧机的控制作用也各不相同。2023/2/65为了对生产线上的各种设备进行自动控制，必须掌握每块钢在各个区段中的数据和数据流动情况。根据生产工序要求的不同，现将数据区分为：原始数据区(IDA)、钢坯数据区(SDA)、生产数据区(PDA)、钢卷数据区(CDA)、运输链数据区(CVDA)以及其他数据区。2023/2/66

(一)原始数据区

原始数据区IDA(InitialDataArea)存贮板坯和轧制计划的原始数据。每根轧件都有自已的原始数据，例如钢号、材质、钢坯尺寸、成品尺寸和质量要求等。它们是设定计算和自动控制的必要参数。原始数据是以数据结构的形式构成，它分为钢坯数据和钢批数据。钢坯数据是指一块钢坯的有关数据，而钢批数据则是指若干块材质和尺寸等要求相接近的副坯组构成的一批数据。

2023/2/67在钢坯投入生产之前，计算机操作人员将上述数据通过键盘输入到磁盘中存贮。当一块钢的原始数据被输入列计算机的IDA数据区之后。这块钢坯就可以从板坯库中拿出来投入生产。当这一块钢坯被吊到上料辊道上，并在辊道上进到指定辊道时，其数据一直留在IDA数据区中。若钢坯已移到指定辊道上，上料操作台的操作员用肉眼可以看到写在这块钢上的号码。此时操作室内的CRT上也显示出这块钢坯的IDA数据区中的数据，操作人员将写在钢坯上的号码与CRT上显示出来的号码进行校对(称为识别)。2023/2/68当这两个号码无误时，操作人员便按一下识别按钮，计算机就将IDA中属于该块钢坯的原始数据转移到钢坯数据(SDA)中，IDA数据区的结束使用时间就是SDA数据区的开始使用时间．移动数据是以识别按钮的按下开始的。同时该块钢坯原来在IDA中所占据位置就腾了出来，供后面装入的新原始数据使用。

IDA数据区中的数据是轧钢生产中极为重要的参数，随着轧件沿轧制线的流动，此数据应按每块每批的内容无误地一直往下面的数据区传递，直到钢卷加工完毕为止。2023/2/69(二)钢坯数据区

钢坯数据区，也称板坯数据区SDA(SlabDataArea)。SDA存贮已经完成“板坯核对处理”和仍旧在加热炉里的板坯数据。这些数据是进行加热炉顺序控制、加热炉温度控制、轮制节奏控制所需要的。一块钢坯在SDA数据区中的内容基本上包括三个部分：一是钢坯数据，二是钢批数据，此两部分构成这块钢坯在SDA中的原始数据；除了这些原始数据之外，随着钢坏沿生产线前进，又要加进对这块钢坯进行控制用的各种必要的参数，这是SDA中的第三部分数据。2023/2/610例如，在上料辊道上对钢坯进行识别时，对该钢坯要进行称重，于是实际称重值就进入了SDA数据区。新加进SDA中的数据还有钢坯在入炉辊道上定位的设定计算值、装炉时间、设定出炉时间、出炉温度。在加热期间计算出的轧制时间和轧制间隔时间等，也都要送入SDA数据区中。当要对入炉辊道、加热燃烧和轧制节奏进行控制时，就可以从SDA数据区中取用必需的有关参数。SDA数据区的结构形式如图8—1所示。钢坯从加热炉中抽出时，此钢坯的数据便由SDA数据区转到PDA数据区中。

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生产数据区PDA(ProductionDataArea)存储一块板坯从加热炉抽出以后，直到钢卷从卷取机上卸下(翻卷)为止的生产过程中的数据。PDA中的数据除一部分来源于SDA以外，大部分来源于粗轧、精轧、卷取几个生产工序，包括设定计算数据、实际测量数据、生产统计数据。当钢坯从炉内抽出时，其数据就从SDA数据区转移到PDA数据区中。考虑到从抽钢至翻卷为止，在整个轧制线上只能同时容纳8块钢，故PDA数据区设计成可容纳8块钢的数据，每块钢的数据占用存贮器若干字。(三)生产数据区

2023/2/612由于PDA数据涉及到粗轧至精轧整个轧制过程，数据比较多，所以将PDA数据又分为粗轧PDA数据区和精轧PDA数据区。当钢坯未到达R4之前，它所用的PDA数据区叫做粗轧生产数据区，简称为粗轧PDA。而当钢坯己到R4轧机或已过R4之后，它所用的PDA数据区叫做精轧生产数据区，简称为精轧PDA。实际上精轧PDA就是粗轧PDA的名称改变。2023/2/613当钢坯从加热炉抽出后，这块钢坯原先在SDA数据区中的部分数据使被移送到PDA中，这一部分称为原始数据。另外，当轧件沿轧制生产线前进时．各检测器动作的时刻都应记录下来，并记入PDA中，这部分数据粗轧和精礼都要用到，所以叫做粗精轧共同数据。原始数据和粗轧精轧共同数据对粗轧PDA和精轧PDA都是共有的。当钢坯已到达R4之后．粗轧PDA改名为精轧PDA时，这两部分数据要原封不动地转移到精轧PDA中。2023/2/614

粗轧生产数据区PDA中除有上述两部分数据外，它主要用来存放粗轧机轧制过程中的各种参数。当钢坯从加热炉中抽出后，必须按粗轧模型进行计算，计算出粗轧各架轧机轧辊的开口度和各立辊开口度的设定值。当轧件沿粗轧生产线前进时，在粗轧机上采样得到的各种实测值，这些设定值和实测值也都要放到粗轧PDA中，并用这些数据来对粗轧机进行控制。2023/2/615精轧生产数据区PDA主要用来存放精轧机和卷取机的各种参数。当一块钢坯已到达R4时，原来的粗轧生产数据区PDA就改名为精轧生产数据区PDA，其中的原始数据和粗精轧共同数据仍应保留下来继续使用。精轧和卷取模型设定计算的新结果存放在精轧的PDA中。此外，当带钢经过精轧到达卷取机时所实测的精轧和卷取机数据，也要存放到精轧PDA的数据区中，并用这些数据对精轧机和卷取机进行控制。当带钢已被卷完并翻卷时，该钢卷的数据便从精轧PDA数据区中分别送到运输链数据区CVDA中去，而精轧PDA数据区的位置就让出来给下根带钢使用。2023/2/616(四)运输链数据区

运输链数据区CVDA(ConVeyerDataArea)用来存贮已经在运输链上的钢卷数据。其中包括从精轧PDA中传下来的数据、钢卷质量分类结果数据、钢卷在运输链上的称重值和对钢卷的各种质量检查结果。运输链数据区保存成品钢卷数据，供钢卷产品报表使用。以上4个数据区中的数据是顺序关联的。当一个轧件沿着加热炉入口辊道到运输链分叉口流动时，该轧件的数据也相应地按如下方式在各数据区之间流动：IDA→SDA→PDA→CVDA。当轧件在某道工序进行加工时，与控制这个轧件有关的数据不断地被加进相应的数据区里。2023/2/617

利用数据区的指针(pointer)和数据区图(map)，使用轮换法来管理这类数据区。以PDA为例，管理图是PDAMAP(i)(i＝1，2，…，10)。当PDAMAP(i)的值为TRUE时，表示PDA(i)已经被轧件占用；当PDAMAP(i)的值为FALSE时，表示PDA(i)是空闲的。依次查询空闲的数据区，供“当前”轧件使用。数据区的建立与占有、清除和释放，由应用程序来完成。2023/2/618二、轧件跟踪的目的和方法从上一节所述的内容可以知道，用计算机控制生产过程，其关键是使轧件在轧制线上移动必须与该轧件的数据流向完全一致，并能随时存取所必需的原始数据和轧制过程中出现的新数据，只有这样才能使计算机根据实际情况进行控制。跟踪的目的就是使计算机随时了解轧件在轮制生产线上的实际位置及其控制状况。以便计算机能在规定的时间内启动各有关功能程序，对指定的轧件准确地进行各种控制、数据采样、操作指导等，从而防止事故的产生。所以，轧件的跟踪是轧制过程计算机控制系统的主要功能之一。

(一)跟踪的目的

2023/2/619以往在生产过程没有计算机控制的条件下，一般是采用接近开关、接触链、接触器、变压继电器和光电继电器等，作为轧件位置的检测装置来完成轧件沿轧制线的跟踪。这种方法虽然在当时的生产中起到一定作用，但是它远远满足不了轧制过程计算机控制迅速发展的需要。(二)跟踪的方法2023/2/620在现代化的轧钢车间里，由于广泛采用了计算机对轧制过程进行控制。在硬件方面是由设置在生产流程线上的高精度、高灵敏度的检测器进行轧件位置的观察和及时发出跟踪信号来实现跟踪的。为了正确地对轧件进行跟踪，必须对某跟踪区有无轧件下一个定义。现规定：不论轧件在生产线上是正向还是反向输送，只要轧件的头部(即位于下游侧的那一端)位于某跟踪区内，或轧件的头部巳离开此跟踪区，但轧件的其他部分仍在跟踪区内，则认为该跟踪区有轧件。现结合图8—2中的示例来进一步说明。2023/2/6212023/2/622由于轧件头部已在i区，如图中的(a)，(b)，(c)，(d)所示，因此就称i区有轧件；轧件的头部已离开i区，但轧件其他部分仍使此跟踪区的检测器处于接通状态，所以也称该区有轧件，如图中的(e)所示。如果轧件头部已离开i区，而此区的跟踪检测器又已处于断开状态，如图中的(f)，(g)，(h)所示，便认为i区无轧件。2023/2/623

根据生产条件变化情况的不同，轧件在生产线上可以正向输送，也可以反向输送。例如，R2轧机是可逆的，轧件在R2轧机的入口和出口辊道上应能正反输送。为了准确地对轧件进行各种控制，所以除丁要了解轧件的实际位置外，还应判定轧件的输送方向。为此．在轧件跟踪系统中设置有判定跟踪方向的功能，可根据前后两区辊道的转向来判定此时的跟踪方向。2023/2/624

在轧制过程中，计算机对轧件进行跟踪的方法一般有如下两种：

(1)可以针对生产线上的每一个跟踪区，在计算机内存设置一组单元作为跟踪指示器，正如前面所述的PDAMAP；当轧件在生产线上移动时，可以通过各种跟踪程序将指示器的内容(或称为跟踪指示器)随着轧件的移动而移动，这样便可以使计算机内存中的跟踪指示器的内容与生产线上各轧件的实际情况建立起对应的关系。计算机只要检查一下内存中的跟踪指示器的内容，就可以了解生产线上轧件的实际情况。2023/2/625

(2)可以针对生产线上的每一根轧件，在计算机内存相应的一组单元上设置一个跟踪指示器，并使该指示器中的某些位与各跟踪区对应起来。如果此轧件在某跟踪区时，则与此跟踪区相对的位就置“1”，否则置“0”。当轧件在生产线上移动时，跟踪指示器反映此轧件控制情况的部分就不必移动了，而只要将此轧件到达或离开某跟踪区的信息通过相对应的位置为“1”或置为“0”就可以了。2023/2/626虽然各类跟踪指示器的形式和内容有所不同，但是它们都必须包括下述内容：要指示该跟踪区是否有轧件存在；要指示该跟踪区内轧件的数据地址。这样计算机就可以随时通过跟踪程序去检查计算机内存中与该跟踪区相对应指示器的内容，从而便能知道此跟踪区中是否有轧件，此区的检测器是否接通，以及轧产的数据地址．然后根据指示的数据地址去读取轧件的各种数据。计算机了解到这些情况之后，使可以启动有关的功能程序，去控制各种设备动作。2023/2/627三、热连轧轧制线上的轧件跟踪轧制线上轧件跟踪的目的是要跟随轧件在轧制线上的位置，还必须随时收集各种数据，协调各程序之间的动作，以便在规定的时间内准确地对轧件的轧制过程进行控制。此跟踪自板坯从炉内抽出并使抽钢检测器接通开始，一直到钢卷翻卷结束。

全轧制线共划分为16个跟踪区，其中C辊道区有5个；粗轧和D辊道区有5个；精轧区有3个；卷取区有3个。在每个跟踪区的入口处，设置有热金属检测器(HMD)或γ射线检测器，用来传送跟踪信号。2023/2/628在上述这些跟踪区内，由于D2区和D12区只能容纳一根轧件，所以只要准备一个跟踪指示字，而其他所有跟踪区都可容纤两根轧件，所以要准备两个跟踪指示字。因此共有30个跟踪托示字(顺字]组成跟踪指示表(MY表)，其结构形式与前述目相似。

在轧制线上，轧件跟踪的方法与前述的完全相同。当检测器检得信号之后，便通知计算机，在MPT表中的MPT字，始终跟随着轧件在轧制线上的位置，使轧件的位置与MPT表中的跟踪指示字的位置始终保持一一对应的关系。由于轧制过程类型不同．其跟踪区域的划分、跟踪功能的内容要求也各不相同。2023/2/629四、冷连轧轧制线上的轧件跟踪就五机架冷连轧轧制过程而言，在轧件位置跟踪方面有：入口侧运输机、钢卷定位器、轧制过程、钢卷车、出口侧运输机和称重机等各点的轧件跟踪；而在轧制状态方面有：喂料过程、加速过程、稳速轧制过程、过焊缝和抛钢的减速过程中的各种状态的判别和核实。

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1．进轧机前钢卷的跟踪

首先应对入口侧运输机送来的钢卷进行核对。按照事先输入计算机的预定轧制的各种数据，由计算机按照轧制顺序向入口侧运输机附近操作点显示钢卷编号。操作人员将显示的情况与钢卷上的实际编号相对照，看顺序和位置是否一致，并将核对的结果通知计算机：此外也可以在入口侧运输机上或在钢卷定位器附近，对钢卷的直径和宽度等进行自动测量，或自动读取打印在钢卷端部的标记来自动判别钢卷的编号。2023/2/631将经过校对的钢卷编号，按照钢卷在入口侧运输机上的位置，顺序地登记在跟踪用的钢卷跟踪指示表中。随着作业过程的进行，钢卷从入口侧运输机向前移送时，钢卷跟踪指示表里的内容，也相应地改写下去。由入口侧运输机到1号轧机入口侧的一系列的钢卷处理，也都是通过依次地核实各自动操作装置的顺序控制信号、限位开关和压力传感器等信号的变化情况，来核实钢卷的实际位置和状况。如果顺序控制上需要正确核实带钢头部位置，应设置喂料检测装置，利用它的信号进行判断。所核实的结果应