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摘要：跟踪仿真是用数学模型模拟工业加工中物料在生产线上的运动状态，为人机界面（HMI）提供数据支持，同时也是逻辑控制时序信号的重要组成。跟踪仿真反映速度，也控制速度，因此，它具有积分和逻辑双重意义。本文以唐钢1810热轧薄板生产线加热炉为例讨论了工业仿真中物料跟踪仿真的一种实现模式。主要说明了建立跟踪数学模型，定义跟踪数组的数据结构的过程，并用控制逻辑流程图分析了跟踪模型的动态积分和指针移位算法，及其在速度控制中的应用。
关键词：工业仿真，跟踪仿真模型，控制逻辑设计
0引言
热轧薄板生产线工艺复杂紧凑，设备控制要求响应快速，自动化集中控制程度高，跟踪仿真模型为人机交互操作界面组态提供基础数据，也是PLC程序中触发和连锁信号构成中的重要组成。在控制模型中起着逻辑、时间、空间上的协调作用，跟踪系统的准确性和可靠性关系顺控程序的有序执行，生产安全，控制精度，产品质量，对节约能源，降低原材料消耗，成本控制也具有非常实际的执行意义。
跟踪仿真模型模拟自动化生产线上物料的运动状态并产生速度控制，以及设备动作的协调同步控制，其时序在整个生产动作周期中是循环但不重复的时序。跟踪仿真模型的模拟量因此是速度的时间反映，也随着时间产生不同的速度控制，有积分含意义，同时有逻辑意义。以下是热轧生产线加热炉跟踪仿真的一种实现模式及其在速度控制中的应用。
1跟踪模型分析和实现算法
1.1环境模型
加热炉跟踪距离长，一线有加热段，横移段，保温段，三个区域；二线有加热段和横移段两个区域，如图1所示，其板坯通过一线或二线横移车输送到一线保温段。并定义加热炉进口为模型参照0位。
1.2 逻辑算法
连铸坯经摆剪剪切后进入加热炉区，加热炉区进口光电开关PHOTOCELL的关断产生板坯头部，导通产生尾部，同时产生头部占用和尾部占用两个逻辑量。头部和尾部跟踪点从零开始对速度设定值进行时间积分累加。PLC通过CC-LINK网络对驱动每组炉辊的变频器进行速度设定，由变频器实现闭环速度控制。该设定值为矢量值，速度的正负区别正反向，该速度的时间累加积分可实现双向可逆跟踪。
1.2.1逻辑信号滤波及跟踪偏差修正
头部和尾部的CREAT和DELET信号采用双PHOTOCELL光電开关保证信号传递，并加入CUT和DISCHARGE的临时信号作为其连锁信号确保信号可靠。区域内PHOTOCELL在允许偏差范围内对跟踪变量进行修正。相关逻辑梯形图如图2，控制逻辑流程如图3，图4。
2数据结构
2.1定义数组
物料ID信息G，头部积分累加值H，尾部积分累加值T，头部占用逻辑量Hh，尾部占用逻辑量Tt共同构成一个跟踪数组。根据加热炉长度，共定义A0～A14共15个数组，跟踪数组初始值是0。加热炉两侧光电开关等距分布，跟踪数据在实际值偏差范围z内的下降和上升脉冲对跟踪数组的头部和尾部累加值以Li进行修正。收到轧机区DISCHARGE信号后，保温段SET出钢信号并启动保温段加速区；当出口光电开关组检测到上升脉冲时，RESET出钢信号，同时跟踪数组前移位，末位数组初始复位，数组A0数组物料ID信息G通过level2网络设定跟随轧机继续新的跟踪。跟踪数组数Ai数据结构定义如表1。
2.2模型的并行合作
二线纵向跟踪模型跟一线相同，两个模型的接口通过嵌入一线模型的手动创建程序模块实现合作。其横向模型为单变量位置模型，单独的闭环反馈控制器根据测距仪反馈控制变频器实现。与一线跟踪数组构成准二维意义的跟踪数组模型，这里以一线为例说明跟踪仿真数学模型的算法，相关程序控制逻辑流程如图3。
3速度控制
3.1速度控制功能说明
加热段内定义两个速度区，加速区头部Sah=a（a-区域边界值），尾部Sat=Ty。（Ty-被加速板坯尾部跟踪数据）。常速区头部Slh=Ty，尾部Slt=0。常速区速度V1=Ve（Ve-连铸出钢速度），剪切后V1=Vc（Vc-小加速拉开头尾间隔），延时后恢复V1=Ve。加热段第一根板坯尾部到达加速点（其模型数值为b）后，加速区速度为Va=V2。到达加热段前端（其模型数值为a-w，a-区域界线值，w-考虑光电开关禁区值和减速点以及0速摆动范围）后，保持HOLD为1时，加速区为摆动速度，等效速度为Va=0；HOLD为0时，加速区速度为Va=V2出钢，横移段常速区V3连接加热段加速区V2。模型模拟，横移段和保温段的速度控制功能相仿，这里以加热段为例讨论跟踪模型在速度控制中的应用。相关程序控制流程图如图4。
3.2模型模拟0速控制
高温工况下，工艺要求炉辊始终有一定转速，这就要求单组辊道，在没有E-STOP信号时速度总为绝对输出；同时工艺也要求各区域的保持功能，以控制生产节奏。跟踪模型解决这个矛盾时，用两个时间继电器完成等时正反向转换循环，模拟0速度输出，实现0速度下的非零转速。
3.3速度区控制模型
炉区内辊道电机平均分布，单个变频器控制单组棍道（两个辊为一组，间隔1米），PLC通过CC-LINK网络模块与个变频器通讯，实现跟踪区域与跟踪模型空间上的映射，也为实现速度区域的线性对应和动态移动提供了模型基础。单个变频器i的外部IP定义为IPi= Li/Lo+ExtendIP （Li-炉辊物理距离，Lo-炉辊间距，ExtendIP-物理偏移地址，0≤i<81）。Ty 4结束语
以上所述跟踪仿真在数据结构定义的基础上应用二维指针数组和积分算法实现了物料在生产过程中运动状态的监控及模拟，并在速度控制上发挥模型主动，预控，智能，灵活的特点，充分发挥了高速PLC的性能，表现出了良好的控制效果。控制集成度高、集中度高的工业控制系统下的其他控制如温度控制，张力控制，压力控制等通过合理运用跟踪仿真模型，从可靠、安全、节能等方面优化跟踪仿真逻辑，都能实现更直观，快速，稳定和开放的控制效果。
关键词：工业仿真，跟踪仿真模型，控制逻辑设计
0引言
热轧薄板生产线工艺复杂紧凑，设备控制要求响应快速，自动化集中控制程度高，跟踪仿真模型为人机交互操作界面组态提供基础数据，也是PLC程序中触发和连锁信号构成中的重要组成。在控制模型中起着逻辑、时间、空间上的协调作用，跟踪系统的准确性和可靠性关系顺控程序的有序执行，生产安全，控制精度，产品质量，对节约能源，降低原材料消耗，成本控制也具有非常实际的执行意义。
跟踪仿真模型模拟自动化生产线上物料的运动状态并产生速度控制，以及设备动作的协调同步控制，其时序在整个生产动作周期中是循环但不重复的时序。跟踪仿真模型的模拟量因此是速度的时间反映，也随着时间产生不同的速度控制，有积分含意义，同时有逻辑意义。以下是热轧生产线加热炉跟踪仿真的一种实现模式及其在速度控制中的应用。
1跟踪模型分析和实现算法
1.1环境模型
加热炉跟踪距离长，一线有加热段，横移段，保温段，三个区域；二线有加热段和横移段两个区域，如图1所示，其板坯通过一线或二线横移车输送到一线保温段。并定义加热炉进口为模型参照0位。
1.2 逻辑算法
连铸坯经摆剪剪切后进入加热炉区，加热炉区进口光电开关PHOTOCELL的关断产生板坯头部，导通产生尾部，同时产生头部占用和尾部占用两个逻辑量。头部和尾部跟踪点从零开始对速度设定值进行时间积分累加。PLC通过CC-LINK网络对驱动每组炉辊的变频器进行速度设定，由变频器实现闭环速度控制。该设定值为矢量值，速度的正负区别正反向，该速度的时间累加积分可实现双向可逆跟踪。
1.2.1逻辑信号滤波及跟踪偏差修正
头部和尾部的CREAT和DELET信号采用双PHOTOCELL光電开关保证信号传递，并加入CUT和DISCHARGE的临时信号作为其连锁信号确保信号可靠。区域内PHOTOCELL在允许偏差范围内对跟踪变量进行修正。相关逻辑梯形图如图2，控制逻辑流程如图3，图4。
2数据结构
2.1定义数组
物料ID信息G，头部积分累加值H，尾部积分累加值T，头部占用逻辑量Hh，尾部占用逻辑量Tt共同构成一个跟踪数组。根据加热炉长度，共定义A0～A14共15个数组，跟踪数组初始值是0。加热炉两侧光电开关等距分布，跟踪数据在实际值偏差范围z内的下降和上升脉冲对跟踪数组的头部和尾部累加值以Li进行修正。收到轧机区DISCHARGE信号后，保温段SET出钢信号并启动保温段加速区；当出口光电开关组检测到上升脉冲时，RESET出钢信号，同时跟踪数组前移位，末位数组初始复位，数组A0数组物料ID信息G通过level2网络设定跟随轧机继续新的跟踪。跟踪数组数Ai数据结构定义如表1。
2.2模型的并行合作
二线纵向跟踪模型跟一线相同，两个模型的接口通过嵌入一线模型的手动创建程序模块实现合作。其横向模型为单变量位置模型，单独的闭环反馈控制器根据测距仪反馈控制变频器实现。与一线跟踪数组构成准二维意义的跟踪数组模型，这里以一线为例说明跟踪仿真数学模型的算法，相关程序控制逻辑流程如图3。
3速度控制
3.1速度控制功能说明
加热段内定义两个速度区，加速区头部Sah=a（a-区域边界值），尾部Sat=Ty。（Ty-被加速板坯尾部跟踪数据）。常速区头部Slh=Ty，尾部Slt=0。常速区速度V1=Ve（Ve-连铸出钢速度），剪切后V1=Vc（Vc-小加速拉开头尾间隔），延时后恢复V1=Ve。加热段第一根板坯尾部到达加速点（其模型数值为b）后，加速区速度为Va=V2。到达加热段前端（其模型数值为a-w，a-区域界线值，w-考虑光电开关禁区值和减速点以及0速摆动范围）后，保持HOLD为1时，加速区为摆动速度，等效速度为Va=0；HOLD为0时，加速区速度为Va=V2出钢，横移段常速区V3连接加热段加速区V2。模型模拟，横移段和保温段的速度控制功能相仿，这里以加热段为例讨论跟踪模型在速度控制中的应用。相关程序控制流程图如图4。
3.2模型模拟0速控制
高温工况下，工艺要求炉辊始终有一定转速，这就要求单组辊道，在没有E-STOP信号时速度总为绝对输出；同时工艺也要求各区域的保持功能，以控制生产节奏。跟踪模型解决这个矛盾时，用两个时间继电器完成等时正反向转换循环，模拟0速度输出，实现0速度下的非零转速。
3.3速度区控制模型
炉区内辊道电机平均分布，单个变频器控制单组棍道（两个辊为一组，间隔1米），PLC通过CC-LINK网络模块与个变频器通讯，实现跟踪区域与跟踪模型空间上的映射，也为实现速度区域的线性对应和动态移动提供了模型基础。单个变频器i的外部IP定义为IPi= Li/Lo+ExtendIP （Li-炉辊物理距离，Lo-炉辊间距，ExtendIP-物理偏移地址，0≤i<81）。Ty
以上所述跟踪仿真在数据结构定义的基础上应用二维指针数组和积分算法实现了物料在生产过程中运动状态的监控及模拟，并在速度控制上发挥模型主动，预控，智能，灵活的特点，充分发挥了高速PLC的性能，表现出了良好的控制效果。控制集成度高、集中度高的工业控制系统下的其他控制如温度控制，张力控制，压力控制等通过合理运用跟踪仿真模型，从可靠、安全、节能等方面优化跟踪仿真逻辑，都能实现更直观，快速，稳定和开放的控制效果。