一种基于嵌入式计算机的冷轧带钢板形控制方法

文档序号:9255056
一种基于嵌入式计算机的冷轧带钢板形控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自动控制领域,特别涉及一种基于嵌入式计算机的冷轧带钢板形控制方法。
【背景技术】
[0002]冷轧生产是轧制领域工艺、机械、液压、仪表、自动控制、计算机等学科高度集中和完善的生产环节。冷轧带钢生产过程中的一些核心技术,直接影响冷轧带钢的机械性能、尺寸精度、表面质量和板形等,影响到如汽车、家电、仪表、食品包装等下游制造业的生产效率和生产成本,进而影响最终产品的市场竞争力。同时带钢高精度的厚度精度、良好的板形质量、优良的外观、优质的性能是保证后续工序稳定运行的重要前提。随着科学技术的进步和市场竞争的激化,用户对冷轧带钢产品质量的要求不断提高,如汽车板板形原来要求小于±201,而现在要求达到±101,制罐要求镀锡板板形为±51。因此对冷轧带钢的产品质量提出了更苛刻的要求。
[0003]冷轧带钢板形控制技术是冷轧生产的核心技术之一,控制精度的高低直接影响带钢的外形和性能,因此冷轧板形控制技术是保证冷轧带钢产品质量的关键,是国内乃至全世界钢铁轧制技术领域研究的重点,也是我国“十二五”重大技术装备研制项目之一。
[0004]冷轧带钢板形控制是包括数据采集、处理、控制的连续过程,每一个过程或任务必须在确定的时间内完成,以便板形控制系统的执行机构做出快速响应,保证冷轧带钢产品的板形精度。因此,冷轧带钢板形控制具有速度快、精度高、实时性强、多任务等特点。实时性主要考虑的是在最坏情况下的系统行为,特点是:时间约束性、可预测性、可靠性、与外部环境的交互性。
[0005]计算机可分成两大类:通用计算机和嵌入式计算机。嵌入式计算机是以应用为中心、计算机技术为基础,软硬件可剪裁,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
[0006]嵌入式系统按实时性要求可分为:软实时系统和硬实时系统两类。实时性和处理器速度不是一回事,速度快的系统不一定实时性好,速度慢的系统实时性未必不能满足要求。通用计算机的Windows是典型的多任务操作系统,采用抢占式多任务处理方式,追求的是系统的平均响应时间和用户的实用方便。虽然处理速度越来越快,但不具备实时性,无法满足实时性要求高的多任务板形控制的需求。嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编好程序的微处理器或者微控制器组成,是将计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的软硬件高度结合的产物,具有内核小、专用性强、强实时性、多任务性、高可靠性、运算速度快等特点。
[0007]目前,冷轧带钢板形控制系统多采用高端PLC,虽然能够满足冷轧带钢板形控制的需要,但其在强实时性、多任务性、可移植性、运算速度、硬件成本方面,还是无法与嵌入式计算机相媲美。在此背景下,本发明提出用嵌入式计算机控制冷轧带钢板形的方法。

【发明内容】

[0008]本发明提供一种基于嵌入式计算机的冷轧带钢板形控制方法,其目的旨在以较少的投资,满足冷轧带钢板形控制的强实时性和多任务性的要求,使带钢实物板形质量和板形控制指标达到国际领先水平。
[0009]为达此目的,本发明采取了如下技术解决方案:
[0010]一种基于嵌入式计算机的冷轧带钢板形控制方法,通过嵌入式计算机接收过程计算机、一级控制系统和板形测量辊的数据,进行测量信号处理和各调控执行器调节量的计算,将计算后的数据下发给一级控制系统和过程计算机进行控制和显示;板形测量辊将冷轧带钢实际板形检测信号发送给嵌入式计算机;过程计算机进行道次数据的计算和下发、板形采集数据显示、控制信号显示、控制参数显示及更改、功效系数存储;一级控制系统进行板形调控执行器的闭环控制,并将实际轧制力、弯辊力、轧辊窜动量、实际倾斜值和一些过程控制信号发送给嵌入式计算机。在嵌入式计算机中,将冷轧带钢板形控制分割成9个任务:
[0011]1、开始接收测量值任务 MRST (Measuring Roll Start)
[0012]MRST用于板形测量数据的接收中断处理、检测数据的真实性核对,板形辊每转一圈触发一次,若测量数据有效则激活测量值获取任务MVAP。
[0013](2)测量值获取和处理任务 MVAP (Measuring Value Acquisit1n andProcessing)
[0014]轧辊每转一圈后,测量值获取和处理任务MVAP由任务MRST激活。测量值获取和处理任务MVAP包括:
[0015]监测嵌入式计算机与板形辊通讯状态;
[0016]读取:板形辊各测量段的径向力实际值;板形辊转速计数器数据;带钢设定张力、实际张力、实际速度;带钢厚度、长度、宽度和凸度;带钢总长度、实际卷曲长度;带钢偏移量;带钢实际卷径;带钢弹性模量;
[0017]接收来自板形辊的状态信号;
[0018]计算:带钢长度、带钢速度、包角变量;
[0019]确定边部测量段传感器覆盖因子;
[0020]边部覆盖率校正计算;
[0021]用标定因子计算径向力,并进行边部测量段的修正;
[0022]根据带钢实际速度,对计算的径向力进行平滑处理;
[0023]带钢断带判断;
[0024]单位张力计算;
[0025]带钢张力沿宽度方向的线性化处理;
[0026]产生FLANAC0N任务的触发信号;
[0027]板形辊的标定功能,并将标定因子发送到过程机存贮;
[0028]断带信号输出;
[0029]处理后的实测板形数据发送给FLANAC0N任务;
[0030]产生缓存区数据读写信号;
[0031]将带钢单位张力、径向力、标定因子数据发送给过程计算机用于画面显示。
[0032](3)板形分析与控制任务 FLANACON (Flatness Analysis and Control)
[0033]FLANACON是嵌入式板形控制系统的核心,其内容包括:
[0034]接收:来自任务CTRLFUN的板形控制开始信号、设定值输出使能信号、人工干预信号和执行器选择信号;来自任务CEFUN的板形曲线设定值;来自任务MVAP的板形实际值;来自任务ARPA的执行器实际值、凸度实际值和前馈控制反馈值;
[0035]将执行器的附加设定值发送给任务CEFUN ;
[0036]残余板形偏差发送给任务COOLP ;
[0037]从过程计算机读取道次数据和执行器功效系数;
[0038]轧制参数、执行器实际值发送给过程计算机;
[0039]获取带钢的实际速度、入口厚度和出口厚度;
[0040]计算相邻采样周期实际板形的变化量;
[0041]获取实际轧制力、各执行器实际值、实际带钢宽度和实际带钢厚度;
[0042]获取材料弹性模量;
[0043]各执行器动态变增益调节系数计算;
[0044]厚度修正计算;
[0045]各执行器调整量计算;
[0046]输出各执行器单步调节量;
[0047]相关控制量的实际值发送给过程计算机用于画面显示;
[0048]功效系数的自学习。
[0049](4)实际轧制参数获取任务 ARPA (Actual Rolling Parameter Acquisit1n)
[0050]APRA的内容包括:
[0051]从一级控制系统获取轧制参数,包括:
[0052]带钢实际速度;实际卷取直径;设定张力和实际张力;工作辊弯辊系统和中间辊弯辊系统的实际弯辊力;工作辊凸度;实际轧制力;实际倾斜和设定倾斜;工作辊实际窜辊量;中间辊实际窜辊量;带钢模数、机架刚度、带钢出口厚度和入口厚度;实际卷取带钢的长度;带钢宽度。
[0053](5)中心功能任务 CEFUN (Central Funct1ns)
[0054]CEFUN是与其它任务密切相连的中心任务,包括:
[0055]附加曲线设定计算,附加曲线设定计算由任务CTRFUN、任务FLANACON和任务HLRAMP 触发;
[0056]监控一级控制系统与嵌入计算机的网络通讯状态;
[0057]从一级控制系统读取数据;
[0058]发送数据到一级控制系统;
[0059]输出数据到过程计算机;
[0060]计算后的目标设定曲线发送给任务FLANACON。
[0061](6)冷却控制任务 C00LP (Cooling control procedures)
[0062]分段冷却是冷轧机板形控制的不可缺少的一种调控手段,由任务C00LP来完成,具体包括:
[0063]读取:一级控制系统的冷却模式信号;一级控制系统的轧制参数;
[0064]接收:任务MVAP的
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