1 前言
天津荣程钢铁公司750mm中宽带热轧机于2004年初开始投产，设计年生产能力60万t。整个机组采用1/2连续式布置，其中精轧机8架：F1和F2为二辊轧机、F3～F8为四辊轧机，F1前设有立辊轧机，目前仅起对中作用。8架精轧机均只有电动压下，没有液压压下系统，2006年7月开始进行了液压AGC系统改造，包括F3～F8机架增加液压缸、增加一套液压AGC液压站、增设一套TDC计算机系统、一套过程计算机控制系统和一套与之相对应的工业以太网系统。通过相应的过程计算机和基础自动化系统应用软件的程序设计来实现F3～F8机架的液压AGC控制。本文对这次改造过程中的过程控制系统及其应用情况作一介绍。
2 精轧计算机控制系统结构
天津荣程750mm热轧AGC系统改造后精轧计算机控制系统结构如图1所示。精轧AGC过程机采用IBM高级PC服务器，与精轧S7—400PLC、SIMATIC TDC及AGC HMI之间通过工业以太网相连。AGC过程机操作系统采用Windows 2000Server，数据库采用SQL Server，过程控制系统软件采用Microsoft VC++6.0进行编程，在设计上采用了通讯与模型相分离的双进程结构，如图2所示。精轧过程控制系统由通讯进程和模型进程组成，两个进程之间通过事件传递信息，通过共享内存传递数据;通讯进程负责与PLC和人机界面通讯，是模型进程与外界沟通的桥梁和纽带。
3精轧过程控制系统功能
3.1原始数据接收功能
由于荣程750mm生产线仅精轧区增设了过程控制计算机，所以原始(PDI)数据由操作工通过操作台AGC HMI直接录入。操作工输入钢种、中间坯尺寸、终轧目标尺寸和终轧目标温度等信息后，点击确认按钮;过程机通讯进程接收到原始数据确认信号后，读取HMI上的原始数据送至共享内存，并发送事件至模型进程;模型进程监视到事件时，在共享内存中读取原始数据，并以此更新SQL Server数据库。
3.2物料跟踪与任务调度功能
过程计算机依据生产现场仪表信号，对精轧区轧线上的轧件进行逻辑跟踪，依据轧件的跟踪信息触发模型设定计算和模型自学习计算，并通过通讯接口及时将模型设定计算的基准值发送给基础自动化和人机界面。图3给出了精轧模型设定计算和自学习计算触发时序。
3.2.1一次设定计算的触发
当带钢头部到达粗轧出口高温计时，通讯进程读取粗轧出口高温计数据并送至共享内存，模型进程的跟踪调度模块对带钢头部前5个点的温度采样数据进行滤波处理，得到带钢头部表面实测温度，然后触发模型的一次设定计算，设定计算完成后，计算结果由通讯进程发送给基础自动化和人机界面。
3.2.2二次设定计算的触发
当带钢头部到达精轧机组入口高温计时，触发模型的二次设定计算，计算结果同样由通讯进
程发送给基础自动化和人机界面。二次设定计算与一次设定计算的区别在于，在一次设定计算时，中间坯从粗轧出口高温计到精轧入口高温计的运行时间采用的是模型估算值，而二次设定计算采用的则是实际运行时间。
3.2.3模型自学习计算的触发
精轧过程计算机将轧制过程中采集的实际数据实时发送至共享内存，模型进程的跟踪调度模块将共享内存的实时采样数据存储起来。当带钢头部到达精轧机组出口热检仪时，跟踪调度模块对存储的实时采样数据进行滤波处理，得到模型自学习计算所需的实际数据，然后触发模型的自学习计算，计算结束后更新SQL Server数据库中相应的自学习数据表。
3.3模型设定计算功熊
模型设定计算是精轧过程控制系统的核心，其基于轧制理论数学模型或经验统计模型，计算精轧区的各种物理参数(精轧各机架咬钢温度、轧件速度以及轧机负荷等)，从而设定精轧机以及精轧区其他辅助设备工艺参数，以使精轧机组出口轧件头部厚度及终轧温度达到目标精度要求。图4给出了精轧模型设定计算流程。
3.3.1输人数据处理功能
输入数据处理功能获取常数及层别数据，并处理操作工输人数据及实测数据，为精轧模型设定计算准备输入数据。精轧设定计算输入数据粗略划分为：
(1)原始数据：钢种、化学成分、中间坯尺寸、终轧目标尺寸和终轧目标温度等。
(2)系统常数：控制信息、物理常数、机械设备数据和设备间距等。
(3)层别数据：功能投入标识、模型参数和模型自学习系数等。
(4)实际数据：测量温度、轧件测量尺寸和轧机力能参数等。
(5)操作工输入数据：操作工干预模式或于预值等。轧制过程数学模型一般都是非线性模型，其计算精度取决于数学模型的非线性拟合程度。采用层别划分在某种意义上降低了模型的非线性程度，可以大幅度提高数学模型的计算精度。以往的层别划分方法是按碳当量、目标卷厚和卷宽来将模型参数分类的。但是国内一些热轧厂的应用实践表明，按碳当量来划分层别，在坯料化学成分发生波动时，有时会导致同一产品分属两个层别，在一定程度上降低了模型的预报精度。为了避免同一产品分属两个层别的现象，本过程控制系统对于每个钢种都指定了一个材料代号，过程计算机根据材料代号自动确定一个钢族号(一个钢族中包含性能相近的钢种)，然后根据钢族号、目标卷厚和卷宽来划分层别。
3.3.2确保精轧人口温度功能
利用运动学相关公式计算轧件从粗轧出口高温计到精轧人口高温计的运行时间或利用轧件实际运行时间(二次设定计算)来计算精轧的入口温度。可调节轧件在延迟辊道的摆钢时间来确保精轧人口温度达到目标值。
3.3.3确保目标负荷分配系数功能
荣程750mm精轧过程控制系统提供了压下量和轧制力两种负荷分配模式，操作工可以通过人机界面选择负荷分配模式，并可以对负荷分配系数进行干预。当采用压下量负荷分配模式时，通过简单的计算就能得到满足给定压下量负荷分配系数的各机架出口带钢厚度;当采用轧制力负荷分配模式时，采用Newton_Raphson的改进算法[1]，进行迭代计算来获得满足给定轧制力负荷分配系数的各机架出口带钢厚度。
3.3.4确保终轧目标温度功能
当精轧出口温度FDT不在目标范围内时，调节机架间喷水方式或穿带速度使FDT达到目标
值[2]。为了确保安全穿带，穿带速度的调节量一般不应超过10%。
3.3.5极限检查功能
负荷分配完成后，要进行轧制力、轧制功率和轧辊转速的校核。当任一机架的轧制力或轧制功率超限时，需修正目标负荷分配系数，对轧制规程重新进行计算，直到满足要求为止;若任一机架的轧辊转速超出速度锥的限制，则把相应机架的转速设为极限值，并按秒流量方程重新计算其他各机架转速及轧制过程参数。
3.3.6各种参数的计算
通过上述计算，最终确定精轧轧制规程的所有设定值，包括保温罩的开闭、带钢在中间辊道上的摆钢时间、穿带速度、加速度、轧辊转速、最大轧制速度、抛钢速度、压下位置、侧导板开口度、弯辊力、话套张办、除鳞方式和机架间喷水方式等。
3.4模型自学习功能
带钢热连轧过程具有多变量、强耦合、非线性及时变性等特点，而过程控制用数学模型由于其实时性要求，一般采用的都是一些简化公式，再加之检测仪表也存在一定的测量误差，因此设定模型中的参数必然存在一定的误差。精轧自学习功能通过将设定模型预测值与实际值进行比较，采用平滑指数法计算自学习系数，用于后续带钢的设定计算，从而使设定值更接近实际值。自学习内容包括轧制力、压下位置、电机功率、FDT和前
滑值5个方面。
3.5 系统监控与维护功能
过程计算机通讯进程可对与HMI、PLC和TDC的通讯数据进行监视，根据这些数据的变
化，可以清楚地监控通讯进程的通讯状态和系统的工作状态。通讯进程还提供对PLC和TDC发送的数据进行存储，这些数据按照时间先后次序以文本文件的形式被保存下来，这些数据具有时间同步性，为系统的故障诊断和分析提供了丰富的数据资源。过程计算机模型进程主画面设有监控窗口，用于监控任务的调用和完成情况，监控窗口的信息也可以保存到文本文件中，为模型系统的故障诊断和维护提供可用信息。
4 现场应用效果与问题
在精轧过程控制系统投入之前，荣程750mm生产线的轧制规程由各班组作业长给定，对于同一规格的产品通常按同一套辊缝和速度进行轧制，不能根据来料温度对辊缝和速度进行调整，因此厚度精度很差。精轧过程控制系统和液压AGC系统投入以后，带钢厚度控制精度得到了很大程度的提高。目标厚度为4mm以下的带钢头部厚度设定精度在±150之内，命中率达到了93%以上;目标厚度为4mm以上的带钢头部厚度设定精度在土200之内，命中率达到了95%以上，部分产品的头部厚度精度可控制在±50之内。精轧过程控制系统在现场应用过程中还存在一些问题：
(1)F1和F2机架未参与改造，目前仍为电动压下，辊缝由操作工参照过程计算机设定结果人工设定，一定程度上影响了穿带过程的稳定性。
(2)F1和F2机架压头信号偏差较大，导致该两机架无法进行轧制力的自学习，一定程度上
影响了厚度设定精度。
(3)精轧机组机架间没有喷水冷却装置，缺乏控制终轧温度的有效手段，所以过程控制系统中的终轧温度确保功能无法投入。
(4)轧线上高温计、测厚仪和测宽仪等仪表有时工作不正常，迫使各班组的操作人员频繁进行人工干预，影响了模型自学习功能的投入。
5 结语
天津荣程750mm生产线精轧过程控制系统具有原始数据接收、物料跟踪与任务调度、模型设定计算、模型自学习计算以及系统监控与维护等主要功能。这套系统于2007年11月调试完毕，调试完成后系统运行稳定，很大程度地提高了产品的厚度精度，减少了操作工的工作量。由于现场生产设备条件的限制，过程控制系统的能力还没有完全发挥出来，相信随着现场生产条件的改善，精轧过程控制系统的潜力将得到进一步发挥，其作用也将更加明显。
参考文献：
[1]LI HaHun，XU Jian—zhong，WANG Guo—dong，et al.Improvement on Conventional Load Distribution Algorithm in Hot Tandem Mills[J].Journal of Imn and Steel Research，International，2007，14(2)：36—41.
[2]李海军，徐建忠，王国栋，等.热轧带钢精轧温度的设定策略[J].东北大学学报(自然科学版)，2006，27(5)：501—504.
