牛晶① NIU Jing；程艳明② CHENG Yan-ming
（①吉林化纤集团有限责任公司，吉林 132115；②北华大学电气信息工程学院，吉林 132021）
（①Jilin Chemical Fiber Group Co.，Ltd.，Jilin 132115，China；
②College of Electrical & Information Engineering，Beihua University，Jilin 132021，China）
摘要： 为了提高热轧带钢的卷曲温度控制精度，本文设计了基于组态王和WinCC flexible的上位机监控系统。本论文提出的设计和温控算法提高了轧制的生产效率和控制精度，降低了轧制的成本，为带钢的轧制向着高效率 低成本、低能耗、短流程、环保、安全型方向发展提供了新的途径。
Abstract: In order to improve the control precision of coiling temperature in hot-rolled production and quality control, this paper designed PC monitoring system based on King Configuration software and Siemens WinCC flexible. This paper presents the design of improved production efficiency and algorithm of control precision rolling, reducing the cost of hot-rolled production, which proposed a new way toward high-efficiency, low-cost, low-power, short process, environmental protection, the development of a safe direction for hot-rolled production.
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关键词 ： 卷曲温度；组态；WinCC flexible；监控系统
Key words: coiling temperature；configuration software；WinCC flexible；monitoring system
中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）34-0046-02
作者简介：牛晶（1978-），女，吉林东丰人，硕士研究生，职员；程艳明（通讯作者）（1973-），男，吉林柳河人，博士研究生，讲师，主要从事无线通信、电气工程等教研工作。
0 引言
带钢轧后冷却过程是调整产品性能的重要手段，其中卷曲温度控制是影响成品带钢性能的关键工艺参数之一。卷曲温度控制的目的，就是通过层流冷却段长度的动态调节，将不同工况（温度、厚度、速度）的带钢从比较高的终轧温度迅速冷却到所要求的卷曲温度，使带钢获得良好的组织性能和力学性能。控制带钢最终的卷曲温度和冷却过程中的降温速度是卷曲温度控制的主要内容[1，2]。本论文通过使用监控组态软件WinCC flexible实现了带钢热连轧卷曲温度上位机监控系统[3，4]。
1 温度控制上位机监控系统设计
钢厂带钢热连轧生产线的层流冷却温度控制上位机监控系统主要包括主画面，层流冷却上位机监控画面，卷曲温度控制实时趋势曲线，历史趋势曲线，实时报警窗口和历史报警窗口。本文主要设计了卷曲温度控制实时趋势曲线，历史趋势曲线，实时报警窗口和历史报警窗口。
1.1 趋势曲线窗口 实时趋势曲线和历史趋势曲线用来反应数据变量随时间的变化情况。这两种曲线外形都类似于坐标纸，横轴代表时间，纵轴代表变量值。所不同的是，在画面程序运行时，实时趋势曲线随时间变化自动滚动，以快速反应变量的新变化，但不能查阅变量的历史数据；历史趋势曲线可以完成历史数据的查看工作，但它不能自动滚动，需要通过命令来辅助实现查阅。一个画面中可定义数量不限的趋势曲线，但在在同一个趋势曲线中最多可同时显示四个变量的变化情况。绘制实时趋势曲线如图1所示。在绘制历史趋势曲线时同理按照自己的需要，注明曲线定义和标识定义。
1.2 数据报表 数据报表不仅能反映生产过程中的各种数据和状态、还可以对相应这些数据进行记录，因此是生产过程必不可少的一个部分。它既能反应系统实时的生产状况，也能够对长期的生产过程进行数据统计和分析，以便管理人员和操控人员能够实时掌握和分析生产情况。组态软件的内嵌式报表系统提供了丰富的报表函数，可实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等。既可以制作实时报表，也可以制作历史报表。
1.3 建立报警窗口 报警窗口的作用是反应各变量的不正常变化，组态王自动对需要报警的重要变量进行监视。当被监视变量发生异常时，将这些报警事件在报警窗口中显示出来，其显示格式在定义报警窗口时确定。报警窗口包括实时报警窗口和历史报警窗口。为了分类显示报警事件，可以把变量划分到不同的报警组，同时指定报警窗口中显示所需的报警组。
建立实时报警窗口：在工程浏览器的左侧选择“数据词典”，在右侧双击变量名。在“变量属性”对话框中单击“报警定义”标签。将报警组名命名为“温度”。单击“确定”，关闭对话框。接下来设置报警窗口。双击此报警窗口对象，弹出对话框，对话框设置如图2；各种文本的颜色可自由设置。单击“报警信息格式”，单击“确认”单击“报警窗口定义”的确定按钮。同理,建立历史报警窗口，再新建一幅历史报警画面。激活Touchmak程序择菜单“文件/新画面”。绘制ClosePicture（“历史报警窗口”）如图2。
2 卷曲温度效果分析
对于厚度规格为17.5mm、5.5mm、4.5mm、7.0mm、4.0mm、4.0mm，卷曲目标温度分别为520℃、730℃、730℃、610℃、710℃、680℃的带钢进行控制效果分析。未投入自学习和投入自学习卷曲温度误差示意图如图3所示。
图3（a）为没有投入自学习功能时的卷曲温度实际值与期望值误差曲线示意图。从图中可以看出，若使卷曲温度误差达到±20℃为合格，则带钢各点卷曲温度的合格率仅为40％。图3（b）为投入自学习模型后的卷曲温度实际值与期望值误差曲线示意图。
与图3（a）比较可以看出，带钢各点卷曲温度的合格率达到90％，极大程度上满足了卷曲温度控制精度的要求。由于自学习值被写入相应的自学习库中，以后同一钢种同一规格的带钢可以直接从自学习库中取值，提高了卷曲温度的精度，减少了操作工的维护工作，并且为新钢种的开发打下了良好的基础。该卷曲温度控制系统投入运行后，经过一段时间的参数调整及自学习，带钢全长90％控制在卷曲温度目标值的±20℃以内，60％控制在卷曲温度的±10℃以内，使卷曲温度的控制精度达到比较理想的效果。
3 结论
本文针对带钢热连轧卷曲温度设计了基于组态王和WinCC flexible的上位机监控系统，该系统具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。利用组态王软件的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表，为工作人员提供了可视化监控画面，有利于工作人员实时现场监控。本文提出的设计在温度控制上采用自学习模型，从而提高了轧制的控制精度以及生产效率，降低了轧制的成本，为带钢的轧制向着高效率、低成本、低能耗、短流程、环保、安全型方向发展提供了新的途径。
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参考文献：
[1]张景进．热连轧带钢生产[M].冶金工业出版社，2009.
[2]Grace M.davidson. Accelerated cooling: direct quenching of steels Indiana. Materials Par[M]. Ohio: Asm international. 2010.
[3]黎洪生，李超，周登科等．基于PLC和组态软件的分布式监控系统设计[J]．武汉：武汉理工大学学报，2006（3）.
[4]SIMATIC HMI, WinCC flexible 2008, Compact/Standard/Advanced, SEIMENS,系统手册，2008.7.