1 引言

當今企業正處于一個INTERNET和電子商務飛速發展時代，企業面臨經營理念和經營方式的根本性變革，鋼鐵企業整體產銷管理系統應運而生。過去的系統，管理和生產的分離，不能滿足整體產銷管理的需求，隨著生產的信息化管理，物流跟蹤作為生產過程控制與基礎自動化控制依存的紐帶，其地位日益凸顯，其功能也要求越來越強。物流跟蹤控制經歷不斷地改進，它豐富了人機界面，使其更為人性化，提高了跟蹤精度，使現場狀態信息反饋更為及時準確。

2 功能概述

在冷軋連續生產機組中，物流跟蹤是整個控制系統的一個很基礎也很重要的功能，物流跟蹤要準確地追蹤每一個鋼卷從生產線入口到出口的位置，以及要精確地跟蹤鋼卷開卷后帶鋼焊接的每一個焊縫在機組的位置。

2.1 物流跟蹤系統的主要功能
(1) 焊縫跟蹤
l 生成焊縫映像位圖;
l 計算焊縫與控制設備的距離;
l 跟蹤故障報警。
(2) 材料跟蹤
l 產生與基礎自動化跟蹤同步的鋼卷映像位圖;
l 入口步進梁、鞍座的鋼卷跟蹤;
l 出口步進梁、鞍座的鋼卷跟蹤;
l 跟蹤故障報警。

一般來說，焊縫跟蹤是以焊機焊接后產生的焊縫為跟蹤目標進行精確的位置跟蹤，它的跟蹤區域從入口焊機到出口飛剪。例如某帶鋼的頭部當前離開焊機的精確距離、或到達圓盤剪的精確距離等，它對精度的要求很高，由于焊縫的檢測信息來源于現場傳感器的中斷信號，要求響應時間快，現在許多廠家將此功能轉向基礎自動化控制(一般也稱為Level1,簡稱L1)中來實現。
對于材料跟蹤，它以每一個鋼卷為跟蹤目標進行全線的跟蹤，它的跟蹤區域從生產機組的入口步進梁到機組的出口步進梁。它需要將每一個被跟蹤的焊縫與鋼卷數據一一對應起來，該功能的實現是建立在準確的焊縫跟蹤基礎之上，不少廠家仍將此功能保留在過程控制(一般也稱為Level2,簡稱L2)上實現，如日本的一些公司:三菱、日立等。

2.2 物流跟蹤系統的主要用途
(1) 焊縫跟蹤
l 畫面帶鋼運行的顯示;
l 產生請求L2設定值的動作點;
l 產生切換L2設定值的動作點;
l 產生發送給L2生產實際值的動作點;
l 產生焊縫到達特殊工藝設備的動作點。
(2) 材料跟蹤
l 畫面入口、出口鋼卷顯示;
l 產生鋼卷數據與焊縫一一對應的跟蹤信息;
l 產生發送給L1預設定值的動作點;
l 產生接受L1生產實際值的動作點;
l 產生數學模型計算的動作點。
焊縫跟蹤和材料跟蹤的用途大體相同，主要是焊縫運行到各控制點時，起到觸發其它生產任務執行的作用，同時協助畫面顯示正確的動態物流跟蹤信息。對于跟蹤所產生的每一個動作時刻點，一般依據各機組的生產工藝需求和各個廠家硬、軟件的開發能力來確定。

2.3 物流跟蹤系統的發展

傳統控制系統中，物流跟蹤由過程計算機來實現，受硬件和網絡技術的影響，跟蹤的信號均通過PIO(過程I/O)直接連到過程機上，跟蹤的控制方法相對較簡單，在擾動比較大的跟蹤區域，如爐內、活套等，容易產生較大的跟蹤誤差，進而使跟蹤精度降低，畫面上的帶鋼跟蹤也比較粗略。

現在跟蹤控制系統，焊縫檢測信號全部轉向基礎自動化的PLC系統，焊縫跟蹤功能也由基礎自動化控制實現，強大的PLC運算功能將跟蹤做得非常詳細精確，保證了跟蹤的精度和跟蹤的可靠性，畫面效果也更加逼真。
3 焊縫跟蹤系統的控制原理
3.1 焊縫跟蹤的基本要素
(1) 焊縫跟蹤系統的硬件設備
l 焊縫檢測器:檢測生產線上的焊縫，起到校正的作用，通常安裝在糾偏輥的后面;
l 脈沖發生器:測量一個掃描周期內焊縫移動的距離。通常安裝在不易打滑的S輥(Bridle Roll)上;
l 焊機:產生焊縫，形成焊縫跟蹤系統的跟蹤對象。
(2) 焊縫跟蹤系統的參數
l 跟蹤區的長度;
l 工藝設備到跟蹤區入口的長度;
l 焊縫離開跟蹤區入口的距離;
l 程序的掃描周期;
l 一個掃描周期內焊縫移動的距離。
(3) 焊縫跟蹤系統的分區
l 跟蹤區的劃分:一般以焊縫檢測器為劃分點;
l 跟蹤段的劃分:一般以跟蹤區內的設備為劃分點。

3.2 焊縫跟蹤的原理
冷軋連續生產線上，當焊機將前行帶鋼和后行帶鋼焊接起來后，就形成了焊縫，機組運行起來，焊縫跟蹤就開始了。
為了保證焊縫跟蹤的準確性,生產線上必須裝配有焊縫檢測器(WPD)，一般來說它們安裝在每個工藝段之間，當WPD檢測到焊縫時，就表明當前有焊縫達到WPD檢測器的位置。

要得到更為詳細的跟蹤信息，采用計算焊縫移動距離的辦法來測量焊縫的位置，這樣就引入脈沖發生器(PLG)來測量移動距離，一般焊縫跟蹤控制系統采用不易打滑的S輥(Bridle Roll)上的脈沖發生器，其計算公式如下:
Dis=Σ(N*π*D/P) (1)
式中: N: 一個掃描周期PLG檢測S輥轉動的脈沖數;
D: S輥輥徑;
P: S輥轉動一周所產生的脈沖數;
N*π*D/P: 為一個掃描周期焊縫移動距離;
Dis: 焊縫移動距離。

通常脈沖測量精度一般在±0.1%到±1%之間，這些誤差的產生由于S輥和帶鋼之間會存在微小的滑動。為了提高焊縫跟蹤的精度，焊縫檢測器(WPD)主要用來校正由PLG測量焊縫位置而造成的誤差等。

為了實現焊縫跟蹤以及提高畫面的動態性，機組從焊機到出口飛剪的區域被劃分為若干個跟蹤區，每個跟蹤區又將根據不同的控制點再次分成若干個跟蹤段。從跟蹤區的控制特性來說，依據工藝和控制的需求，跟蹤區以工藝段來劃分，對于跟蹤精度要求很高的工藝設備，可以將此工藝段劃分為多個跟蹤區，實際控制中，往往以相鄰兩個焊縫檢測器來劃分跟蹤區，以保證焊縫在到達每個跟蹤區的入口和出口時都能進行誤差校正;從跟蹤區的物理特性來說，跟蹤區可分為固定長度跟蹤區和可變長度跟蹤區，如入口段的區域為固定長度跟蹤區，活套段的區域為可變長度跟蹤區。

跟蹤段在跟蹤區的基礎上由控制點來劃分，跟蹤段是最后生成映像位圖的基礎，它要求任何一個跟蹤段的長度都不能大于機組的最小生產帶鋼長度，否則，就會造成某個映像區出現一個以上的焊縫，引起控制和顯示的混亂。生成映像位圖的計算公式如下:
ΔDis=L×Dis (2)
L: 為某個跟蹤段的出口到跟蹤區入口的長度
Dis: 為焊縫離開跟蹤區入口的距離(見式1)
當ΔDis=0時，則焊縫到達其下一個跟蹤段

根據映像位圖，對每一個跟蹤的帶鋼賦予顏色代碼，如果約定顏色代碼有四種，分別為綠:1、紫:2、藍:3、紅:4，則在畫面上的顯示如圖2所示。

4 焊縫跟蹤的實現
4.1 PLG的選用

焊縫跟蹤系統為每個跟蹤區分配獨立的跟蹤計數器，用于累計焊縫的當前位置，每個跟蹤計數器使用本區內的某個主令S輥上的脈沖發生器(PLG)進行計算，在不影響跟蹤精度的情況下，相鄰的短跟蹤區也可共用一個PLG。


4.2 跟蹤計數器

焊縫跟蹤一個重要的計算就是焊縫移動的距離，跟蹤計數器對每一個掃描周期焊縫的移動量進行累計，就得到焊縫移動的距離。由于跟蹤區可能出現多個焊縫，為了讓每個焊縫都得到精確地跟蹤，在一個跟蹤區內必須分配與該區最多能出現的焊縫個數相同的跟蹤計數器。跟蹤計數器的計算公式見式1。

由于焊縫移動的距離通過PLG的間接測量來計算，當WPD檢測到焊縫到達WPD安裝位置，即跟蹤區出口時，ΔDis的值可能并不為零，此時的ΔDis就是由累計和滑動等因素的影響而產生的誤差，為了消除這種情況，必須用WPD對跟蹤計數器進行校準，當WPD檢測到焊縫信號后，此跟蹤區的跟蹤計數器被校正清零，同時下一個跟蹤區的計數器從零開始計數。如果某一跟蹤區內有多個焊縫，則此區的跟蹤計數器與區內每一個焊縫按其產生的順序一一對應，當第一個產生的焊縫離開此跟蹤區時，第一個計數器被校正清零，第二個計數器將計數工作移交到第一個計數器繼續執行，依次類推，下面的計數器均將工作移交到前一個計數器。

4.3 跟蹤校準激活區

在生產的過程中還可能會出現各種異常現象，如帶鋼跑偏或有沙眼等，WPD就會產生誤檢測信號，WPD還必須設置校準激活區。只有在校準激活區內被WPD檢測到的焊縫，即ΔDis的值在校準激活區的范圍內，才被認為是有效焊縫，否則被視為誤檢測信號，不予以校準，校準激活區寬度一般為此跟蹤區長度的2%，

雖然WPD的校準是非常準確有效的，但這是建立在跟蹤控制點到跟蹤區入口的距離準確的前提下，作為跟蹤計算中的一個重要參數，跟蹤控制點到跟蹤區入口的距離如果不準確，就可能出現真正的焊縫在校準激活區外被WPD檢測到的情況，從而被作為誤信號不予以校準，造成累計誤差。

4.4 跟蹤自適應控制

跟蹤段到跟蹤區入口的距離一般通過機械測量，但實際上，機械測量也會有一定的誤差;另一方面，含有爐子的跟蹤區，從理論上講它是固定長度的跟蹤區，但當爐溫升高或降低時，也會影響爐內設備的物理特性，從而影響到各跟蹤段到跟蹤區入口的距離，導致真實的焊縫可能在校準激活區外被檢測。由于跟蹤段到跟蹤區入口的距離實時發生變化，可將此跟蹤區視為可變長度的跟蹤區來控制，但與活套這類可變長度的跟蹤區不同的是，活套跟蹤區的變化量可以通過活套小車的移動來進行計算，但爐子跟蹤區的變化量卻是不可計算的。這樣參數L和Dis均為動態變化量，由此引入了自適應控制的思想，讓兩個變量不斷地適應對方的變化，來減少因各種外界因素引起的不確定跟蹤誤差，從而達到一種動態的平衡，使Δdis趨向于零。

把PLC計算的焊縫距離作為一個給定值，式2中的ΔDis是PLG計算的焊縫距離與跟蹤段到跟蹤區入口的距離的差值，L為該蹤區的長度，當焊縫A被WPD1檢測到時，記下此時的ΔDis1值，當下一個焊縫B經過時，記下此時的ΔDis2值，比較ΔDis1與ΔDis2的值，以零為基準，如果均朝同一個方向偏差，且ΔDis2的值在校準激活區外，將ΔDis2×K補償到跟蹤區的長度上，下一次焊縫來的時候，此時:
跟蹤區的長度=L+ΔDis2×K
K為補償系數，一般為20%左右，系數K可依據跟蹤區的長度適當調整，如是其他情況則此次不予以補償。經過多次補償，焊縫被WPD檢出時，此時PLG計算的焊縫距離與跟蹤區的長度的差值ΔDis縮小在校準激活區內，焊縫被正確有效地檢測出。

當焊縫被在校準激活區外檢測出時，變量L不斷地適應變量Dis的變化，通過多次補償適應;當焊縫在校準激活區內檢測出時，則是變量Dis不斷地適應變量L的變化，通過WPD檢出校零適應。
5 結束語

本文詳細講述了冷軋連續生產線焊縫跟蹤控制的基本原理和自適應控制在跟蹤控制中的實現,該方法在寶鋼的1550、2030連續退火機組的應用中取得了滿意的效果。在基礎自動化控制領域存在很多不同公司的硬件控制系統和開發體系，跟蹤控制系統的基本原理相同，但跟蹤系統的發展主要在實現方法方面，不斷改進和完善能極大地提高跟蹤精度和跟蹤的可靠性。