[发明专利]一种基于嵌入式计算机的冷轧带钢板形控制方法

摘要

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，将冷轧带钢板形控制分割成9个任务，嵌入式计算机将接收的数据进行测量信号处理和各调控执行器调节量的计算，并将计算数据反馈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、控制信号及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、实际倾斜值和过程控制信号发送给嵌入式计算机。本发明投资少、可移植性好，能满足冷轧带钢板形控制的强实时性和多任务性要求，所生产带钢板形质量达到国际领先水平。

主权项

一种基于嵌入式计算机的冷轧带钢板形控制方法，其特征在于，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：（1）开始接收测量值任务MRSTMRST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；（2）测量值获取和处理任务MVAP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：监测嵌入式计算机与板形辊通讯状态；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；接收来自板形辊的状态信号；计算：带钢长度、带钢速度、包角变量；确定边部测量段传感器覆盖因子；边部覆盖率校正计算；用标定因子计算径向力，并进行边部测量段的修正；根据带钢实际速度，对计算的径向力进行平滑处理；带钢断带判断；单位张力计算；带钢张力沿宽度方向的线性化处理；产生FLANACON任务的触发信号；板形辊的标定功能，并将标定因子发送到过程机存贮；断带信号输出；处理后的实测板形数据发送给FLANACON任务；产生缓存区数据读写信号；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；（3）板形分析与控制任务FLANACONFLANACON是嵌入式板形控制系统的核心，其内容包括：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；将执行器的附加设定值发送给任务CEFUN；残余板形偏差发送给任务COOLP；从过程计算机读取道次数据和执行器功效系数；轧制参数、执行器实际值发送给过程计算机；获取带钢的实际速度、入口厚度和出口厚度；计算相邻采样周期实际板形的变化量；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；获取材料弹性模量；各执行器动态变增益调节系数计算；厚度修正计算；各执行器调整量计算；输出各执行器单步调节量；相关控制量的实际值发送给过程计算机用于画面显示；功效系数的自学习；（4）实际轧制参数获取任务ARPAAPRA的内容包括：从一级控制系统获取轧制参数，包括：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；（5）中心功能任务CEFUNCEFUN是与其它任务密切相连的中心任务，包括：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；监控一级控制系统与嵌入计算机的网络通讯状态；从一级控制系统读取数据；发送数据到一级控制系统；输出数据到过程计算机；计算后的目标设定曲线发送给任务FLANACON；（6）冷却控制任务COOLP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COOLP来完成，具体包括：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；接收：任务MVAP的板形辊测量段占用信号；任务FLANACON的冷却触发信号、残余板形偏差；过程计算机的控制信号：手动/自动选择工作辊的冷却段；冷却阀的单独测试和循环测试；冷却阀的流量检测；冷却阀的控制信号发送给一级控制系统；根据残余板形偏差确定各冷却段冷却流量；冷却阀的状体信号发送给过程计算机；PI控制器变增益系数确定；冷却流量修正；（7）控制功能任务CTRLFUN任务CTRLFUN用于处理二进制控制信号，包括一级控制系统的二进制控制信号、过程计算机的二进制控制信号；记录所有二进制控制信号的状态和改变情况，根据状态改变情况对各任务相应功能进行控制，包括：各板形控制器的闭环开/关控制；各执行器设定值的手动增加控制；各执行器设定值的手动减少控制；目标板形曲线的变化控制；冷却流量的增减控制；功效系数的存储/调取控制；产生板形各执行器的板形附加设定控制信号；（8）斜坡功能任务HLRAMP任务HLRAMP包括：用于处理计算机单个扫描周期内的各板形调控执行器的最大附加设定值增量：接收CTRLFUN任务的控制信号；计算：倾斜执行器的单循环周期最大附加设定值增量；工作辊弯辊执行器的单循环周期最大附加设定值增量；中间辊弯辊执行器的单循环周期最大附加设定值增量；工作辊横移执行器的单循环周期最大附加设定值增量；中间辊横移执行器的单循环周期最大附加设定值增量；将计算后的各板形执行器的单循环周期最大附加设定值增量发送给任务CEFUN；（9）与过程计算机间的通讯模块任务COM任务COM用于嵌入式计算机与一级计算机、过程计算机间的通讯，存储其它各任务的接口数据，通讯模块包括六个任务COM0～COM5：COM0用于接发、存储通用数据；COM1用于接发、存储控制数据；COM2用于接发、存储一级计算机的冷却数据；COM3用于接发、存储过程计算机的功效系数；COM4用于接发、存储板形测量数据；COM5用于接发、存储过程计算机的控制、显示、道次数据；每个任务COM都有各自的参数存储区，每个参数存储区的首地址在操作系统中记录，这些数据可以被任意任务调用；结合嵌入式计算机的特点和冷轧带钢板形控制强实时性的要求，将板形控制系统的众多任务分成三个独立运行的中断级别：直接中断任务DI、时间中断任务TI和非中断任务NI，TI和NI又称为II，它们具有不同的优先权和顺序机制，根据各任务的时序性单独控制各任务的中断级别；板形控制系统各任务的中断类型及时序排布为，DI直接中断任务的优先级别最高，TI次于DI，NI的中断级别最低；TI和NI级别任务可由DI级别任务中断；为提高系统的响应速度，板形控制系统中只设置了MRST和ARPA两个DI级别的中断任务，直接中断条件由具体的板形检测装置和一级计算机确定；时间中断任务TI不能中断DI任务和其它TI任务，但能随时中断NI任务；TI层别中的任务按时间先后顺序有各自的内部优先权，各任务由TI调度程序的计时器触发，在物理逻辑时间周期内完成，否则就中断超时的TI任务；每个TI任务的运行时间均不同；NI任务具有最低优先权，当没有DI和TI任务运行时，它们由系统中的任务调度程序调用；NI任务可由DI和TI任务中断，NI任务间不能相互中断。