过程控制级模拟轧钢系统.pdf

本发明提供一种模拟轧钢系统，其属于过程计算机层面的一种单层面模拟系统，可用于模拟应用系统的综合调试、现场冷负荷测试以及热负荷测试。其包括三大部分：1、计划模拟器，其可周期模拟从生产计划管理计算机来的轧制计划；2、抽钢模拟器，其可模拟从加热炉来的抽钢报文，生成轧线区域的跟踪起始指针，插入请求起始事件，并为后续事件的自动发送做好准备；3、事件自动发生模拟器，其可模拟由轧线基础自动化系统来的各种报文，每个报文根据板坯在生产线上的实际位置，动态产生模拟报文，再进一步自动产生后续事件；该事件自动发生模拟器还可模拟生产线上从水平除磷设备开始，到2号步进梁为止所有的与过程控制有关的事件。

权利要求书
1、  一种过程控制级模拟轧钢系统，其特征在于，包括：
计划模拟器，其可周期模拟从生产计划管理计算机来的轧制计划；
抽钢模拟器，其可模拟从加热炉来的抽钢报文，生成轧线区域的跟踪起始指针，插入请求起始事件，并为后续事件的自动发送做好准备；
事件自动发生模拟器，其可根据事件的启动顺序，模拟由轧线基础自动化层面来的各种跟踪、设定、实绩报文，每个报文根据板坯在生产线上的实际位置，动态产生模拟报文，依照信号跟踪的自然顺序，再进一步自动产生后续事件；
该事件自动发生模拟器还可模拟生产线上从水平除磷设备开始，到2号步进梁为止所有的与过程控制有关的事件。

2、  根据权利要求1所述的过程控制级模拟轧钢系统，其特征在于，所述的事件自动发生模拟器包括：
事件自动发生模拟器的模拟器本体，其检查事件请求表，如表中有事件请求信息登录，将需要触发的事件送给事件自动发生模拟器的自动处理装置；
事件自动发生模拟器的自动处理装置，其根据事件信息模拟相应的轧线基础自动化报文，并启动相应的应用程序；
事件自动发生模拟器的命令交互工具模块，其启动和停止模拟功能。

3、  根据权利要求2所述的过程控制级模拟轧钢系统，其特征在于，所述的事件请求表中存放当前需要处理的事件，事件自动发生模拟器的模拟器定其扫描事件请求表，当表中的事件延迟时间倒计时为0秒，则表明该事件需要被触发。

4、  根据权利要求2所述的过程控制级模拟轧钢系统，其特征在于，所述的事件自动发生模拟器还包括：事件定义表，其记录轧线SCC2与轧线基础自动化相关的所有事件，形成一个初始表格，表中的每一条记录代表一个事件的属性。

5、  根据权利要求4所述的过程控制级模拟轧钢系统，其特征在于，所述的事件定义表定义所有的周期事件时不考虑其后续事件。

6、  根据权利要求4所述的过程控制级模拟轧钢系统，其特征在于，所述的事件定义表中的各事件的延迟时间的设定值可由人工来随时修正。

7、  根据权利要求4所述的过程控制级模拟轧钢系统，其特征在于，所述的事件定义表中设立了粗轧、精轧、卷取进入许可标志。

8、  一种过程控制级模拟轧钢系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：计划模拟器模拟生成一个钢卷原始数据；
启动抽钢模拟器中的单一抽钢功能，模拟加热炉抽钢；
再启动事件自动发生模拟器，模拟这一块板坯被轧制的所有过程事件，以及所有相关的实绩电文，从板坯抽钢开始，一直到粗轧、精轧、卷取，直到最后称重完毕，检查事件自动发生模拟器的工作情况，确认项目包括事件是否被正确触发，延迟间隔时间是否按照设定来执行，可以依据输出LOG对上述项目进行全面确认，如果对总体运行时间不满意，则需要调整上述事件延迟时间和区域延迟时间，直到所有的结果满意为止。

9、  一种过程控制级模拟轧钢系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
用计划模拟器模拟生成一批钢卷原始数据，可以设置一定的容量，凡是计划中板坯原始数据不足时，就自动循环模拟板坯计划数据；
启动抽钢模拟器中的连续抽钢功能，模拟加热炉抽钢，可以设置连续时间间隔，来调整板坯抽钢节奏，也就是轧制节奏。
再启动事件自动发生模拟器，对已经抽出的每一块板坯模拟其在轧制过程中的所有事件，以及所有相关的实绩电文，通过抽钢模拟器进行连续抽钢，连续抽钢的作用主要是确认跟踪连锁情况，目前考虑粗轧、精轧、卷取三个区域的跟踪进入条件的连锁，另外，还需要确认当前材与后续材的设定值传送到PLC的时间点、并在画面显上示当前材与后续材数据切换时间点。

10、  一种过程控制级模拟轧钢系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
用计划模拟器模拟生成一批钢卷原始数据。可以设置一定的容量，凡是计划中板坯原始数据不足时，就自动循环模拟板坯计划数据。
启动抽钢模拟器中的连续抽钢功能，模拟加热炉抽钢。可以设置连续时间间隔，来调整板坯抽钢节奏，也就是轧制节奏。
过程控制级系统将模拟好的设定值直接发送给轧线基础自动化系统，轧线基础自动化系统再执行设定值，轧线基础自动化系统与过程控制级系统一起连续的模拟轧制。

说明书过程控制级模拟轧钢系统
技术领域
本发明涉及一种模拟轧钢系统。
背景技术
轧钢行业的特点是连续化强、实时性强、控制点多、工艺复杂，目前这方面的自动控制发展也是日新月异，原先大量的操作都逐步通过控制系统来实现。在不锈钢工程1780热轧项目中，用户要求在热轧投产时，上到生产计划管理计算机的合同管理、计划管理、实绩管理、库区管理、发货管理功能，包括中间过程控制级的所有应用、模型功能，中到过程控制级的所有过程控制功能，下到基础自动化所有的直接数字控制功能单元必须全部投入。面对这样一个庞大而复杂的系统工程，如何做到在短短的半年时间完成全部的现场测试？尤其是现场冷负荷测试，计划仅仅只有一个月时间，如何做到在冷负荷测试中对所有的设备运转状态的确认？如果按照传统的测试办法，要在上述那么短的时间内完成各项测试任务，几乎是不可能的。目前这种情况下，国外又是如何做的呢？为了降低开发成本，缩短开发周期，各集成厂商逐渐重视模拟轧钢的研制，一般是在新的生产线推出的同时推出模拟轧钢功能，目的是为了进行应用系统的综合调试、现场冷负荷测试以及热负荷测试。模拟轧钢在现场调试中以及热负荷生产产品规格扩大的试验中起着越来越重要的作用，一方面可以在轧钢生产之前模拟轧制过程中地模型设定参数，从而优化生产工艺参数，如各机架间的轧制力、轧制功分配，以代替试轧，避免轧制损失；另一方面可以随时检查现场的设备准备状态和现场信号间的传递情况，以保证在实物轧制前，现场设备已全部具备轧钢条件。在以往的项目开发中，如果没有模拟轧钢功能，则软件开发成本巨大、开发周期长，尤其是在现场测试时，没有模拟轧钢功能，直接通过实物来进行测试，将耗费大量的原材料，甚至对设备安全造成隐患。
模拟轧钢的发展从一开始并没有一个完整的系统概念，我们可以把模拟轧钢从模拟功能层次和工艺两个不同角度来考虑。
按功能层次可分为局部功能模拟、单层面模拟和多层面模拟三种形式。局部功能模拟是指在模拟单个信号、报文的基础上形成了以局部功能为主的模拟系统。在轧钢厂设备控制技术中，如轧辊换辊模拟及加热炉装钢模拟、抽钢模拟等都属于局部功能模拟。单层面模拟是指在一个完整的系统层面下，结合多个区域局部模拟，进行应用系统综合模拟，可以说是代表者现代轧钢模拟的一种整体思想，如过程控制级层面的整体模拟。多层面模拟是指同时将两个或多个单层面模拟有机地结合起来，对应大型多级控制系统的一种多层次的立体模拟。
如果把模拟轧钢按照工艺范围来分，又可以分为单区域模拟和多区域模拟，如热轧粗轧区域单独模拟或精轧区域单独模拟都可以称之为单区域模拟，而两个或两个以上的单区域模拟结合起来又可以称之为多区域模拟，如热轧中粗轧、精轧、卷取多区域联合模拟。
区域模拟与上述单层面与多层面组合，可以形成单区域单层面模拟、单区域多层面模拟、多区域单层面模拟、多区域多层面模拟，此处不一而论。
目前国内外一些知名轧钢厂只有局部的模拟轧钢功能，没有从系统的角度形成一个完整的层面模拟系统。
发明内容
本发明提供一种模拟轧钢系统，其属于过程计算机层面的一种单层面模拟系统，可用于模拟应用系统的综合调试、现场冷负荷测试以及热负荷测试。
本过程控制级的模拟轧钢系统分为以下三大部分：
1、计划模拟器，其可周期模拟从生产计划管理计算机来的轧制计划(新计划、调整计划)；
2、抽钢模拟器，其可模拟从加热炉来的抽钢(单卷、定时、自动节奏、短节奏)报文，生成轧线区域的跟踪起始指针，插入请求起始事件，并为后续事件的自动发送做好准备；
3、事件自动发生模拟器，其可根据事件的启动顺序，模拟由轧线基础自动化系统来的各种跟踪、设定、实绩报文，每个报文根据板坯在生产线上的实际位置，动态产生模拟报文，依照信号跟踪的自然顺序，再进一步自动产生后续事件；
该事件自动发生模拟器还可模拟生产线上从水平除磷设备开始，到2号步进梁为止所有的与过程控制有关的事件。
由于采用了上述技术方案，本发明的优点和技术上的进步如下：
在宝钢1580热轧生产线现场测试中，没有过程控制级系统的模拟轧钢系统，现场测试共9个月左右，而一钢1780现场测试只用了4个半月的时间。在热轧试生产运行阶段，对于产品规格扩大的试验中，模拟轧钢系统的使用可以减少轧件的浪费，增加设备运行安全系数。
附图说明
图1是模拟轧钢系统与相关系统的结构示意图。
图2是本发明的过程控制级的模拟轧钢系统的总体结构图。
图3事件模拟发生器的逻辑结构图。
具体实施方式
如图1、2所示：
本发明的模拟轧钢系统包括：
计划模拟器，其包括计划模拟器接收报文的模拟器本体(PRDSIM)以及计划模拟器命令交互工具模块(PRDUTL)；
抽钢模拟器，其包括抽钢模拟器接收报文的模拟器本体(EXTSIM)以及抽钢模拟器命令交互工具模块(EXTUTL)；
事件自动发生模拟器，其包括计事件自动发生模拟器的模拟器本体(DYMSIM)、事件自动发生模拟器的启动处理装置(DYMTIM)以及事件自动发生模拟器的命令交互工具模块(DYMUTL)。
首先通过PRDUTL(计划模拟器命令交互工具软件)与PRDSIM(计划模拟器接收报文的模拟器本体)周期性模拟L3(生产管理系统)来的轧制计划数据报文，计划数据在抽钢前全部存放在数据库中。同时，再通过EXTUTL(抽钢模拟器命令交互工具软件)与EXTSIM(抽钢模拟器接收报文的模拟器本体)周期性模拟加热炉抽钢，板坯数据一旦抽出后，就启动应用跟踪程序产生新的跟踪指针。
以上这些都是模拟轧钢的外围工作，真正的模拟生产线过程是通过模拟轧钢的本体DYMUTL(事件自动发生模拟器的命令交互工具软件)、DYMTIM(事件自动发生模拟器的启动处理)与DYMSIM(事件自动发生模拟器的模拟器本体)来实现的。
各模块具体说明如下：
(1)计划模拟器(轧制计划SIMULATOR)
一般来说，一个轧制计划包含若干个板坯数据，相对应一个计划头报文后面要跟随多个钢卷原始数据报文。钢卷原始数据报文中包含板坯的原始数据、要轧制成钢卷的目标数据，以及相关质量要求等。计划模拟器主要功能为周期模拟从生产计划管理计算机来的轧制计划，其中包含两种报文：一是轧制计划头报文(计划状态、计划起始时间，计划内板坯的块数、计划内起始顺序号等)；二是钢卷原始数据报文。另外，计划模拟器还需模拟加热炉的装炉实绩报文(装炉时间、炉号、炉列等)。
(2)抽钢模拟器(抽钢SIMULATOR)
主要功能为模拟从加热炉来的抽钢报文，生成轧线区域的跟踪起始指针；插入请求起始事件，并为后续事件的自动发送做好准备。
模拟抽钢有以下几种方式：
①单块板坯抽钢
可以用抽钢模拟器Utility抽钢或在模拟状态下通过画面直接抽钢，一次仅抽一块板坯，方法比较简单；
②定周期板坯抽钢
用抽钢模拟器Utility设定抽钢周期，以固定周期方式抽钢，周期时间一般大于100s，例如可设定为120s。
③定周期短节奏板坯抽钢
用抽钢模拟器Utility设定抽钢周期，以固定周期方式抽钢，周期较短，一般设定小于60s。到目前为止，所有的热轧钢铁厂在实绩生产中，抽钢节奏不可能做到小于60s，但是，为了测试应用程序的可靠性、确认跟踪区域连锁功能及L1(轧线基础自动化系统)设备进钢条件连锁等，短节奏模拟轧钢非常有必要。可以说如果没有短节奏模拟轧制，上述连锁方面的确认将无法模拟确认。
④轧制节奏自动控制板坯抽钢
模拟节奏方式抽钢。在现场模拟测试中，此抽钢方式并不经常使用，只有加热炉L2(过程控制级系统)、轧线L2(过程控制级系统)、轧线L1(基础自动化系统)联合模拟测试时才可能考虑用此方式。
(3)事件自动发生模拟器(DYNAMIC SIMULATOR)
结合图2所示：其主要功能有以下几点：
①根据事件的启动顺序，模拟由L1(基础自动化系统)来的各种实绩报文，包括跟踪信号报文，每个报文根据板坯在生产线上的实际位置，动态产生模拟报文，依照信号跟踪的自然顺序，再进一步自动产生后续事件；
②模拟生产线上从水平除磷设备(又称HSB)开始，到2号步进梁为止所有的与过程控制有关的事件。
现场的事件触发一般分两种，一种是单一事件触发，一种是周期事件触发。事件自动发生模拟器必须要考虑这两种事件的触发以及事件触发后的终止。
所述事件自动发生模拟器的工作原理如图3所示，主要由DYMUTL、DYMTIM及DYMSIM三个模块构成。用户首先通过操作终端执行DYMUTL启动和停止模拟功能，一旦事件自动发生模拟器被启动，系统将定周期启动DYMTIM，DYMTIM类似模拟器的心脏，它检查事件请求表REQTBL，如表中有事件请求信息登录，就将需要触发的事件信息送给DYMSIM，DYMSIM则根据事件信息模拟相应的L1报文，并启动相应的应用程序。
(1)事件请求表REQTBL设计
事件请求表如表1所示，表中存放当前需要处理的事件，DYMTIM每隔1s定周期扫描事件请求表，并将表中所有的事件当前剩余时间减去1s，当请求表中的事件延迟时间倒计时为0s后，则表明该事件需要被触发。
对于非周期事件，触发次数固定为1，事件一旦被触发后，就被从事件请求列表中删除，同时将该事件的后续事件登录到事件请求表中。
对于周期性报文，需要定义触发的最大次数，每触发一次后，需要把剩余次数减1。下面两种情况发生时，可以在事件请求列表中最终删除周期事件：
①剩余触发次数为0，且当前剩余时间为0；
②其他某非周期事件触发后，要强制终止某个周期事件。
      表1  事件请求表REQTBL结构    数据项名称    含义    EVENT No.    COIL No.    DELAY    INITILIZE    DELAY CUR    MAX    COUNTER    事件号    钢卷号    延迟初始时间    当前剩余时间    最大触发次数    当前已触发次数
(2)事件定义表PRCTBL
事件定义表记录轧线SCC2与L1相关的所有事件，形成一个初始表格，计算机每次重新启动或在DYMUTL Utility模块中执行初始化命令时，将初始文本表格读入到内存文件中。表中每一条记录代表一个事件的属性，包括该事件触发完之后需要延迟多少秒再触发后面一个事件等内容。如表2所示。
      表2  事件定义表PRCTBL结构    数据项名称    含义    EVENT No.    TC No.    PROCESS NAME    NEXT EVENT No.    事件号    报文号    事件名称(仅说    明用)    后续事件号    NEXT COUNT    DELAY TIME    STOP EVENT No.    循环次数    启动延迟时间    终止其他事件
下面举例说明，见表3。
                               表3  事件定义表举例  事件  号  报文号事件名称  后续事件  号  循环次  数  启动延  迟  时间/s中止其它周期事件  A001  B001  B001  C001  D001  E001  ...  TC0001  TC0002  -  TC0003  TC0004  TC0005A事件名称B事件名称-C事件名称D事件名称E事件名称  B001  C001  D001  E001  -  -  1  1  1000  1  -  -  5  2  2  3  -  ------D001
在表3中，各事件触发的顺序说明如下。
A001事件触发时，需要给应用程序模拟TC0001报文，同时它的后续事件为B001，后续事件启动的延迟时间为5s，最大触发次数为1次，A001事件触发时不终止其他事件。B001事件的后续事件有两个，分别为C001与D001。
D001事件为周期性事件，触发时，需要给应用程序模拟TC0004报文，它没有后续事件，D001事件触发时不终止其他事件。
E001事件触发时，需要给应用程序模拟TC0005报文，它没有后续事件，E001事件触发时终止D001事件。
为了模拟系统的稳定性，我们在事件定义表的设计时，对所有的周期事件不考虑其后续事件。
并非所有的事件触发关系都通过事件请求列表来反映，对于一些特殊的事件处理，我们视具体情况而定，有时直接在事件自动发生器的本体DYMSIM中加以特殊处理，比如直接对REQTBL进行插入，同样可以完成一些模拟事件的启动。
(3)事件发生器DYMSIM的特殊功能
尽管我们在事件定义表PRCTBL中登记了各事件间的时间延迟，但大的区域间有时也需要增加时间延迟，此时间延迟直接由DYMSIM来实现。延迟的时间的设定值可以由人工来随时修正。目前主要考虑了HSB、粗轧、精轧和卷取四大区域间的附加时间延迟。另外还考虑了区域连锁功能，就是如果粗轧有板坯，则HSB除磷箱处的板坯禁止进入粗轧；如果精轧区域有卷，则禁止粗轧中间坯进入精轧区域；如果卷取区域有卷，则禁止精轧板卷进入卷取。为此在模拟器表中，设立了粗轧、精轧、卷取进入许可标志。标志值的初始化与变更全部由事件自动发生器DYMSIM统一管理和实施。
下面，结合几个具体的试验进一步说明本发明的工作过程：
1、单块板坯模拟轧制试验
试验步骤：
用计划模拟器模拟生成一个钢卷原始数据。
启动抽钢模拟器中的单一抽钢功能，模拟加热炉抽钢。
再启动事件自动发生模拟器，模拟这一块板坯被轧制的所有过程事件，以及所有相关的实绩电文。从板坯抽钢开始，一直到粗轧、精轧、卷取，直到最后称重完毕，检查事件自动发生模拟器的工作情况。确认项目包括事件是否被正确触发，延迟间隔时间是否按照设定来执行。可以依据输出LOG对上述项目进行全面确认。如果对总体运行时间不满意，则需要调整上述事件延迟时间和区域延迟时间，直到所有的结果满意为止。
2、多块板坯连续模拟轧制试验
试验步骤：
用计划模拟器模拟生成一批钢卷原始数据。可以设置一定的容量，凡是计划中板坯原始数据不足时，就自动循环模拟板坯计划数据。
启动抽钢模拟器中的连续抽钢功能，模拟加热炉抽钢。可以设置连续时间间隔，来调整板坯抽钢节奏，也就是轧制节奏。
再启动事件自动发生模拟器，对已经抽出的每一块板坯模拟其在轧制过程中的所有事件，以及所有相关的实绩电文。通过抽钢模拟器进行连续抽钢，连续抽钢的作用主要是确认跟踪连锁情况，目前考虑粗轧、精轧、卷取三个区域的跟踪进入条件的连锁。另外，还需要确认当前材与后续材的设定值传送到PLC的时间点、并在画面显上示当前材与后续材数据切换时间点。
3、现场冷负荷模拟轧制试验
现场冷负荷测试(又称″COLD-RUN TEST″)，是指包含机械的DDC(数字直接控制仪)、SCC(过程控制级)的无负载综合试验。首先根据产品大纲，SCC2模拟生成各种不同规格的轧制计划，如果加热炉不参与联合模拟的话，则还需模拟加热炉装钢和抽钢。在轧线区域，由轧线L1模拟轧件移动信号及轧件轧制时的实际测量值(如厚度、温度实绩等)，再加上部分实际的设备运转信息等，进行全线综合模拟试验。
试验的目的主要是对热负荷试验(又称″HOT-RUN TEST″)之前的无负载状态上的热连轧机进行综合调整，并让操作人员熟习现场操作技术。
试验范围主要包括加热炉板坯装炉、加热炉抽钢、粗轧轧制、精轧轧制、卷取运输链、步进梁等区域。
在现场设备单体调试、L1(基础自动化系统)各区域模拟、以及过程控制级系统(L2)模拟全面结束之后，现场测试就可以进入带设备运行的冷负荷测试。
试验步骤：
用计划模拟器模拟生成一批钢卷原始数据。可以设置一定的容量，凡是计划中板坯原始数据不足时，就自动循环模拟板坯计划数据。
启动抽钢模拟器中的连续抽钢功能，模拟加热炉抽钢。可以设置连续时间间隔，来调整板坯抽钢节奏，也就是轧制节奏。
这因与现场L1(轧线基础自动化系统)一起进行模拟测试试验，所以不需启动事件自动发生模拟器，而由现场L1的上来的信号来参与整个模拟过程。L1上来的信号大部分现场运行设备实际产生，部分也可借助其仿真系统来产生。L2(过程控制级系统)将模拟好的设定值直接发送给L1，L1再执行设定值。通过L1与L2一起连续的模拟轧制，最终完成冷负荷测试的任务。