CN115193916B - 一种宽幅镁合金热轧机组的过程控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽幅镁合金热轧机组的过程控制系统及控制方法，包括：L1系统、L2系统和L3系统；L1系统是镁合金热轧生产线现场自动化系统，包括生产线上的感知单元、执行单元和现场控制单元；述L3系统是生产信息化管理系统，能够提供包括制造数据管理、计划排产管理、生产过程控制、生产调度管理等功能；L2系统是进程管理及人机交互管理系统，作为L1系统和L3系统之间沟通的桥梁；L2系统包括服务端和客户端，服务端配置一台进程服务器和一台数据库服务器，客户端运行HMI界面。本发明实现了对于宽幅镁合金热轧生产线的全流程自动化生产管控，极大的提高了宽幅镁合金热轧生产线的自动化程度和生产效率。
Description
技术领域
本发明属于热轧生产技术领域，具体涉及一种宽幅镁合金热轧机组的过程控制系统及控制方法。
背景技术
目前，宽幅镁合金热轧生产线及其过程控制系统在国内尚处于技术研发阶段，并没有实际工业应用案例。宽幅镁合金轧制机组中，过程自动化水平偏低，基本处于半自动或手动状态。此外，由于镁合金的散热速度快，加之宽幅镁合金板的板宽较大，使得容易造成宽幅镁合金板的边部与中部形成较大的温度差，因此在轧制过程中容易导致镁合金板边裂情况的出现。本发明实现了对于宽幅镁合金热轧生产线的全流程自动化生产管控。极大的提高了宽幅镁合金热轧生产线的自动化程度和生产效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽幅镁合金热轧机组的过程控制系统及控制方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种宽幅镁合金热轧机组的过程控制系统及控制方法，包括：L1系统、L2系统和L3系统；
所述L1系统是镁合金热轧生产线现场自动化系统，包括生产线上的感知单元、执行单元和现场控制单元；
所述L3系统是生产信息化管理系统，能够提供包括制造数据管理、计划排产管理、生产过程控制、生产调度管理等功能；
所述L2系统是进程管理及人机交互管理系统，作为L1系统和L3系统之间沟通的桥梁；L2系统包括服务端和客户端，服务端配置一台进程服务器和一台数据库服务器，客户端运行HMI界面；
服务端的进程服务器的后台服务进程包含以下模块：
1、suporprocess超级管理进程模块，用于对后台各应用服务进程管理，当某一个进程出现异常终止时，suporprocess将自动启动该进程，保证系统稳定运行；
2、log报警日志进程模块，用于对报警及相关日志记录；
3、tagman标签管理进程模块，用于对进程间通讯的tag标签转发及管理；
4、clisrv客户端HMI的服务进程模块，负责与客户端HMI程序交互数据；
4、gw_l1通讯网关进程模块，负责与L1系统进行网络通讯；
5、gw_l3通讯网关进程模块，负责与L3系统进行网络通讯；
6、mattrack物料跟踪进程模块，负责跟踪连轧线上镁板或镁卷的位置，并负责采集实测数据；
7、setupmo设定值管理进程模块，负责对镁合金工艺控制参数的管理；
在生产过程中，L2系统根据L1系统实时发送来的板坯位置信息，来实现对板坯的位置宏跟踪，L2系统的主要工作流程如下：
步骤1：L2系统接收L3系统下发的生产计划，将计划存储在数据库服务器的oracle数据库；
步骤2：L2系统接收L1系统发送来的板坯出炉报文，触发创建物料跟踪镜像；
步骤3：随着生产进行，板坯移动，L1系统实时发送生产线上所有板坯位置信息至L2系统，L2系统根据接收到的位置信息，跟踪生产线所有板坯的位置及生产状态，并实时采集生产参数；
步骤4：L2系统在板坯分别到达产线的热轧机、温轧机位置前特定位置，下发工艺控制参数至L1系统，L1系统根据收到的工艺控制参数控制生产线上的执行机构进行相应轧制工作；
步骤5：在轧制过程中，L2系统实时采集L1系统的实测值，供客户端HMI查看生产状态；
步骤6：当最后经生产线的地下卷取机卷取成品镁卷时，L2系统生成一条成品数据，存储在oracle数据库，并上传至L3系统。
在上述技术方案中，L1系统发送的板坯位置信息包括以下几个关键信息：原材料号、头部位置和尾部位置。
在上述技术方案中，整条镁合金热轧生产线包括依次设置的出炉辊道、运输辊道、热轧入口运输辊道、机前工作辊道、立辊热轧机、平辊热轧机、热轧出口运输辊道、中间板坯下线区、中间板坯保温区、入口卷取炉、温轧机、出口卷取炉和地下卷取机。
在上述技术方案中，所述进程服务器和数据库服务器均使用Windows Server2016操作系统，客户端使用Windows 10操作系统。
在上述技术方案中，所述客户端HMI与服务端交互数据通过服务端的clisrv客户端HMI的服务进程模块进行，基于TCP/IP协议；服务端各进程与客户端HMI根据不同业务需求，分别访问数据库服务器的oracle数据库，读写数据。
在上述技术方案中，L2系统启动时，首先启动suporprocess超级管理进程模块，suporprocess超级管理进程模块将根据配置文件中定义的启动顺序，依次启动其它各进程模块，并在启动过程中，建立进程间或与L1系统和L3系统的通讯连接。
在上述技术方案中，在L2系统的控制下，L1系统的镁合金热轧生产线完成以下工作过程：
镁合金板坯从加热炉出炉，经出出炉辊道、运输辊道、热轧入口运输辊道、机前工作辊道运送至热轧机组，在热轧机组进行若干道次的可逆轧制；经过热轧机组轧制后，得到符合工艺要求规格和温度的中间板坯；中间板坯经过中间板坯下线区后，进入中间板坯保温区在线保温，以使中间板坯以合理的温度进入温轧机组；温轧机组包含入口卷取炉、温轧机、出口卷取炉，中间板坯在温轧机组进行若干道次的可逆轧制；板坯经温轧机轧制后，进入地下卷取机，生成成品卷。
在上述技术方案中，中间板坯经过中间板坯下线区时，可以根据生产需要直接下线，作为成品板坯入库，也可以继续进行后续轧制。
在上述技术方案中，入口卷取炉和出口卷取炉也具备在线加热保温功能，可以在轧制时，防止板坯温降过快，保证工艺要求的轧制温度。
本发明的优点和有益效果为：
本发明基于计算机技术，采用了模块化开发流程，多进程协同合作，不同的模块进程实现不同的业务功能。通过L2系统进程间通讯与外部系统间(L1系统、L3系统)的通讯，实现了数据的高效快速流通，实现了对于宽幅镁合金热轧生产线的全流程自动化生产管控，极大的提高了宽幅镁合金热轧生产线的自动化程度和生产效率。
本发明针对宽幅镁合金轧制，由于镁合金特性，在轧制过程中，尤其是温轧阶段，温降较快。并且板坯宽度越大，板坯边部与中部的温差也越难控制。通过在产线上设置在线加热保温装置，来保证轧制温度，并且减少宽幅镁板边部与中部的温度差，以此减少轧制过程中镁板边裂情况的出现，同时板坯温度的控制，使得成品的目标厚度、宽度、板形以及材料性能得到了有效保证。更重要的是，在线加热装置，使板坯生产过程中无需离线加热保温，从而实现了镁板的连续生产轧制，即保证了产品质量，也大幅度提高了产量。
附图说明
图1是本发明的宽幅镁合金热轧机组的过程控制系统的架构示意图。
图2是本发明中的L2系统的主要工作流程示意图。
图3是本发明中的镁合金热轧生产线示意图。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
参见附图1，一种宽幅镁合金热轧机组的过程控制系统及控制方法，包括：L1系统、L2系统和L3系统。
所述L1系统是镁合金热轧生产线现场自动化系统，包括生产线上的感知单元、执行单元和现场控制单元；其中，所述感知单元包括各种温度、位置传感器等，执行单元包括各种驱动电机、气动机构、液压机构、加热装置、阀门、开关等，现场控制单元包括PLC、微控制器等。进一步的讲，参见附图3，整条镁合金热轧生产线包括依次设置的出炉辊道1、运输辊道2、热轧入口运输辊道3、机前工作辊道4、立辊热轧机5、平辊热轧机6、热轧出口运输辊道7、中间板坯下线区8、中间板坯保温区9、入口卷取炉10、温轧机11、出口卷取炉12和地下卷取机13。
所述L3系统是生产信息化管理系统，能够提供包括制造数据管理、计划排产管理、生产过程控制、生产调度管理等功能。还可以融合库存管理、质量管理、人力资源管理、采购管理、成本管理、项目看板管理等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。
所述L2系统是进程管理及人机交互管理系统，作为L1系统和L3系统之间沟通的桥梁。L2系统采用的是C/S架构，包括服务端和客户端，所述服务端配置两台服务器，其中一台为进程服务器，运行服务端所有的服务进程；另一台为数据库服务器，运行oracle数据库；所述客户端的数量根据实际需求设置，客户端运行HMI界面(人机交互界面)。
本实施例中，所述进程服务器和数据库服务器均使用Windows Server 2016操作系统，客户端使用Windows 10操作系统。使用VC++开发服务端服务进程，使用VB.Net开发客户端HMI。
服务端的进程服务器的后台服务进程包含以下模块：
1、suporprocess超级管理进程模块，用于对后台各应用服务进程管理，当某一个进程出现异常终止时，suporprocess将自动启动该进程，保证系统稳定运行。
2、log报警日志进程模块，用于对报警及相关日志记录。
3、tagman标签管理进程模块，用于对进程间通讯的tag标签转发及管理。
4、clisrv客户端HMI的服务进程模块，负责与客户端HMI程序交互数据。
4、gw_l1通讯网关进程模块，负责与L1系统进行网络通讯。
5、gw_l3通讯网关进程模块，负责与L3系统进行网络通讯。
6、mattrack物料跟踪进程模块，负责跟踪连轧线上镁板或镁卷的位置，并负责采集实测数据。
7、setupmo设定值管理进程模块，负责对镁合金工艺控制参数的管理。
所述客户端HMI与服务端交互数据通过服务端的clisrv客户端HMI的服务进程模块进行，基于TCP/IP协议。服务端各进程与客户端HMI根据不同业务需求，分别访问数据库服务器的oracle数据库，读写数据。
L2系统启动时，首先启动suporprocess超级管理进程模块，suporprocess超级管理进程模块将根据配置文件中定义的启动顺序，依次启动其它各进程模块，并在启动过程中，建立进程间或与L1系统和L3系统的通讯连接。
在生产过程中，L2系统根据L1系统实时发送来的板坯位置信息，来实现对板坯的位置宏跟踪，L1系统发送的板坯位置信息包括以下几个关键信息：原材料号、头部位置和尾部位置。
L2系统的主要工作流程如下(参见附图2)：
步骤1：L2系统接收L3系统下发的生产计划，将计划存储在数据库服务器的oracle数据库。
步骤2：L2系统接收L1系统发送来的板坯出炉报文，触发创建物料跟踪镜像。
步骤3：随着生产进行，板坯移动，L1系统实时发送生产线上所有板坯位置信息至L2系统，L2系统根据接收到的位置信息，跟踪生产线所有板坯的位置及生产状态，并实时采集生产参数。
步骤4：L2系统在板坯分别到达产线的热轧机(包括立辊热轧机和平辊热轧机)、温轧机位置前特定位置，下发工艺控制参数至L1系统，L1系统根据收到的工艺控制参数控制生产线上的执行机构进行相应轧制工作。
步骤5：在轧制过程中，L2系统实时采集L1系统的实测值，供客户端HMI查看生产状态。
步骤6：当最后经生产线的地下卷取机卷取成品镁卷时，L2系统生成一条成品数据，存储在oracle数据库，并上传至L3系统。
在L2系统的控制下，L1系统的镁合金热轧生产线完成以下工作过程：
镁合金板坯从加热炉出炉，经出出炉辊道1、运输辊道2、热轧入口运输辊道3、机前工作辊道4运送至热轧机组(立辊轧机5+平辊轧机6)，在热轧机组进行若干道次的可逆轧制；经过热轧机组轧制后，得到符合工艺要求规格和温度的中间板坯。中间板坯向后运输，在经过中间板坯下线区8时，可以根据生产需要直接下线，作为成品板坯入库，也可以继续进行后续轧制；当需要后续轧制时，板坯经过中间板坯下线区8后，此时温降幅度较大，需进入中间板坯保温区9在线保温，以保证中间板坯以合理的温度进入温轧机组；温轧机组包含入口卷取炉10、温轧机11、出口卷取炉12，中间板坯在温轧机组进行若干道次的可逆轧制，其中，入口卷取炉和出口卷取炉也具备在线加热保温功能，可以在轧制时，防止板坯温降过快，保证工艺要求的轧制温度；板坯经温轧机轧制后，进入地下卷取机13，生成成品卷。
在整条镁合金热轧生产线轧制过程中，轧制温度的控制尤为重要，所以在温轧机前设置了在线中间板坯保温区，并设置了具备在线加热功能的温轧机入口、出口卷取炉。轧制温度的控制直接影响镁板厚度、宽度、板形及成品的材料性能。由于机组需要轧制宽幅镁板，板坯越宽，边部与中部温差越大，越容易产生边裂，对于板坯的温度控制及合理的道次压下量，也将大幅度减少板坯的边裂程度。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种宽幅镁合金热轧机组的过程控制方法，其特征在于：包括：L1系统、L2系统和L3系统；
所述L1系统是镁合金热轧生产线现场自动化系统，包括生产线上的感知单元、执行单元和现场控制单元；
所述L3系统是生产信息化管理系统，能够提供包括制造数据管理、计划排产管理、生产过程控制、生产调度管理功能；
所述L2系统是进程管理及人机交互管理系统，作为L1系统和L3系统之间沟通的桥梁；L2系统包括服务端和客户端，服务端配置一台进程服务器和一台数据库服务器，客户端运行HMI界面；
服务端的进程服务器的后台服务进程包含以下模块：
suporprocess 超级管理进程模块，用于对后台各应用服务进程管理，当某一个进程出现异常终止时，suporprocess将自动启动该进程，保证系统稳定运行；
log 报警日志进程模块，用于对报警及相关日志记录；
tagman 标签管理进程模块，用于对进程间通讯的tag标签转发及管理；
clisrv 客户端HMI的服务进程模块，负责与客户端HMI程序交互数据；
gw_l1 通讯网关进程模块，负责与L1系统进行网络通讯；
gw_l3 通讯网关进程模块，负责与L3系统进行网络通讯；
mattrack 物料跟踪进程模块，负责跟踪连轧线上镁板或镁卷的位置，并负责采集实测数据；
setupmo 设定值管理进程模块，负责对镁合金工艺控制参数的管理；
在生产过程中，L2系统根据L1系统实时发送来的板坯位置信息，来实现对板坯的位置宏跟踪；L2系统的工作流程如下：
步骤1：L2系统接收L3系统下发的生产计划，将计划存储在数据库服务器的oracle数据库；
步骤2：L2系统接收L1系统发送来的板坯出炉报文，触发创建物料跟踪镜像；
步骤3：随着生产进行，板坯移动，L1系统实时发送生产线上所有板坯位置信息至L2系统，L2系统根据接收到的位置信息，跟踪生产线所有板坯的位置及生产状态，并实时采集生产参数；
步骤4：L2系统在板坯分别到达产线的热轧机、温轧机位置前特定位置，下发工艺控制参数至L1系统，L1系统根据收到的工艺控制参数控制生产线上的执行机构进行相应轧制工作；
步骤5：在轧制过程中，L2系统实时采集L1系统的实测值，供客户端HMI查看生产状态；
步骤6：当最后经生产线的地下卷取机卷取成品镁卷时，L2系统生成一条成品数据，存储在oracle数据库，并上传至L3系统。
2.根据权利要求1所述的宽幅镁合金热轧机组的过程控制方法，其特征在于：L1系统发送的板坯位置信息包括以下几个关键信息：原材料号、头部位置和尾部位置。
3.根据权利要求1所述的宽幅镁合金热轧机组的过程控制方法，其特征在于：整条镁合金热轧生产线包括依次设置的出炉辊道、运输辊道、热轧入口运输辊道、机前工作辊道、立辊热轧机、平辊热轧机、热轧出口运输辊道、中间板坯下线区、中间板坯保温区、入口卷取炉、温轧机、出口卷取炉和地下卷取机。
4.根据权利要求1所述的宽幅镁合金热轧机组的过程控制方法，其特征在于：所述L2系统的进程服务器和数据库服务器均使用Windows Server 2016操作系统。
5.根据权利要求1所述的宽幅镁合金热轧机组的过程控制方法，其特征在于：所述L2系统的客户端使用Windows 10操作系统。
6.根据权利要求1所述的宽幅镁合金热轧机组的过程控制方法，其特征在于：所述客户端HMI与服务端交互数据通过服务端的clisrv 客户端HMI的服务进程模块进行，基于TCP/IP协议；服务端各进程与客户端HMI根据不同业务需求，分别访问数据库服务器的oracle数据库，读写数据。
7.根据权利要求1所述的宽幅镁合金热轧机组的过程控制方法，其特征在于：L2系统启动时，首先启动suporprocess 超级管理进程模块，suporprocess 超级管理进程模块将根据配置文件中定义的启动顺序，依次启动其它各进程模块，并在启动过程中，建立进程间或与L1系统和L3系统的通讯连接。
8.根据权利要求1所述的宽幅镁合金热轧机组的过程控制方法，其特征在于：在L2系统的控制下，L1系统的镁合金热轧生产线完成以下工作过程：
镁合金板坯从加热炉出炉，经出炉辊道、运输辊道、热轧入口运输辊道、机前工作辊道运送至热轧机组，在热轧机组进行若干道次的可逆轧制；经过热轧机组轧制后，得到符合工艺要求规格和温度的中间板坯；中间板坯经过中间板坯下线区后，进入中间板坯保温区在线保温，以使中间板坯以合理的温度进入温轧机组；温轧机组包含入口卷取炉、温轧机、出口卷取炉，中间板坯在温轧机组进行若干道次的可逆轧制；板坯经温轧机轧制后，进入地下卷取机，生成成品卷。
9.根据权利要求8所述的宽幅镁合金热轧机组的过程控制方法，其特征在于：中间板坯经过中间板坯下线区时，根据生产需要直接下线，作为成品板坯入库，或者继续进行后续轧制。
10.根据权利要求8所述的宽幅镁合金热轧机组的过程控制方法，其特征在于：入口卷取炉和出口卷取炉也具备在线加热保温功能。
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