SIMADYN D全數(shù)字控制系統(tǒng)在中板液壓AGC中的開發(fā)與應(yīng)用
| 1 前言 濟(jì)鋼中板廠四輥軋機(jī)于1987年建成投產(chǎn)，最初上過一套液壓AGC系統(tǒng)，由于多種原因沒有成功應(yīng)用，所以一直采用電動壓下。為了更好的控制板形，提高鋼板質(zhì)量，總公司決定投資為中板廠新上一套液壓AGC系統(tǒng)。在2003年12月至2004年1月利用中板廠幾次計劃檢修時間進(jìn)行了設(shè)備安裝與調(diào)試。改造后的液壓AGC控制系統(tǒng)采用德國SIEMENS公司的SIMADYN D數(shù)字控制系統(tǒng)，系統(tǒng)改造非常成功，投運(yùn)至今沒有任何故障。 2 系統(tǒng)特點(diǎn) 由于中板生產(chǎn)的特殊性，要想獲得理想的產(chǎn)品質(zhì)量，液壓AGC技術(shù)是必不可少的，而AGC要取得理想的效果，首先要求控制系統(tǒng)必須快速、可靠。隨著對國內(nèi)市場的不斷開發(fā)，作為世界聞名的自動化公司，SIEMENS公司的產(chǎn)品在國內(nèi)工廠中的占有率已經(jīng)名列前矛，SIMADYN D是一種實(shí)時多任務(wù)的分布式數(shù)字控制系統(tǒng)，具有運(yùn)行速度快、可靠性高、功能強(qiáng)大且容易組態(tài)等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)液壓AGC功能的一種理想的控制系統(tǒng)。特點(diǎn)如下： 2.1 算速度快 SIMADYN D控制系統(tǒng)的主流CPU是PM5和PM6（PM4已經(jīng)很少再用），其中PM5是32位的CPU，其主頻為32MHz，有DRAM 4Mbytes，SRAM 64Kbytes，最小運(yùn)行周期可達(dá)0.1ms，應(yīng)用程序的控制回路的運(yùn)行周期可到0.6ms左右；PM6是32/64位的CPU，其主頻為64/128MHz，有DRAM 8Mbytes，SRAM 256Kbytes，最小運(yùn)行周期可達(dá)0.1ms, 應(yīng)用程序的控制回路的運(yùn)行周期可到0.5ms左右。 2.2 功能強(qiáng) SIMADYN D控制系統(tǒng)是一種多處理器、多任務(wù)實(shí)時控制系統(tǒng)，一個機(jī)架中最多可以配置8個CPU，每個CPU中又可以并行處理67個任務(wù)，每個任務(wù)中最多可以包含10000個功能模塊，而且可以根據(jù)需要，對每個功能模塊配置時鐘周期（T1－T5）。 2.3 編程靈活 SIMADYN D的開發(fā)軟件使用的是基于UNIX操作系統(tǒng)面向圖形的配置語言STRUC G和面向List的語言STRUC L，同時也支持基于Windows操作系統(tǒng)面向圖形的配置語言CFC。用戶可以根據(jù)自己的需要靈活選用不同的編程語言對系統(tǒng)進(jìn)行配置。 2.4 產(chǎn)品種類齊全、可擴(kuò)展性強(qiáng) SIMADYN D控制系統(tǒng)擁有豐富的硬件模塊。機(jī)架有6槽、12槽、24槽三種，同時還有各種各樣的I/O模塊和接口模塊，用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際情況任意選用不同的機(jī)架、電源、處理器、I/O模塊和接口模塊，從而構(gòu)成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。同時該系統(tǒng)還可以通過DP網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)與SIEMENS 的PLC和其他自動化公司的產(chǎn)品聯(lián)用。 3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 與目前國際上通用的軋機(jī)AGC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式一樣濟(jì)鋼中板廠的四輥軋機(jī)液壓AGC控制系統(tǒng)分為兩級：過程控制級和基礎(chǔ)自動化級。 3.1 過程控制級 過程控制級包括一臺ALPHA機(jī)和一臺過程服務(wù)器：其中ALPHA機(jī)通過以太網(wǎng)接收基礎(chǔ)自動化級送來的來料信息——鋼種、來料厚度、目標(biāo)厚度、來料溫度等（由操作工在WinCC監(jiān)控站上輸入），以及基礎(chǔ)自動化級實(shí)時傳送過來的各種過程參數(shù)（輥縫、壓力、溫度、電壓、電流、轉(zhuǎn)速、力矩等），在線計算出一個實(shí)用的軋制規(guī)程，并實(shí)時傳送到 基礎(chǔ)自動化級，控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，并存貯軋制過程數(shù)據(jù)；過程服務(wù)器通過以太網(wǎng)接收、存貯軋制過程數(shù)據(jù)（包括來料信息——鋼種、來料厚度、目標(biāo)厚度、來料溫度等，以及各種過程參數(shù)——輥縫、壓力、溫度、電壓、電流、轉(zhuǎn)速、力矩等），并可以通過數(shù)據(jù)庫在線查看實(shí)時軋制數(shù)據(jù)，或在線、離線分析歷史數(shù)據(jù)。 3.2基礎(chǔ)自動化級 基礎(chǔ)自動化級 包括1個SIMADYN D機(jī)架、一臺WinCC監(jiān)控站和兩個ET200站的。 3.2.1 SIMADYN D機(jī)架 液壓AGC控制器采用SIEMENS公司的SIMADYN D(簡稱SD)系統(tǒng),SIMADYN D是整個控制系統(tǒng)的核心，它以一個24槽機(jī)架作為框架，帶有L—BUS和C—BUS及電源。其中包括三個CPU 模塊（PM5：其中第一個CPU中運(yùn)行HGC（液壓APC）軟件，第二個CPU中運(yùn)行AGC軟件，第三個CPU中運(yùn)行AGC邏輯控制軟件。）、一個存貯器模塊（MM4）、兩個I/O模塊（一個IT41、一個IT42：IT是與PM5直接通訊的快速I/O板，有AI、AO、DI、DO及脈沖輸入等接口，主要用于采集電動碼盤（脈沖計數(shù)器），輥縫（16位模入），壓力（16位模入），及四輥主傳動控制系統(tǒng)電壓、電流、轉(zhuǎn)速、力矩（12位模入）等信息；控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)（壓下電機(jī)、伺服閥：16位模出）、一個通訊母板（CS7：其中SS4用于SIMADYN D與編程站的通訊，SS52用于SIMADYN D與ET200的通訊）和一個H1網(wǎng)卡（CSH11：用于SIMADYN D與WinCC監(jiān)控站的通訊） 3.2.2 WinCC監(jiān)控站 WinCC監(jiān)控站經(jīng)過內(nèi)插的CP1613通過SIEMENS 的工業(yè)以太網(wǎng)（H1網(wǎng)）與SIMADYN D進(jìn)行通訊。WinCC監(jiān)控站運(yùn)行的監(jiān)控軟件為SIEMENS公司的WINCC,選用256點(diǎn)WINCC完全版。開發(fā)的人機(jī)界面軟件HMI顯示的內(nèi)容有圖形、數(shù)據(jù)等，還有軟開關(guān)供操作工操作。WinCC監(jiān)控站接收SIMADYN D的實(shí)時數(shù)據(jù)輥縫、壓力、溫度、工作狀態(tài)及主傳動電壓、電流、轉(zhuǎn)速、力矩等，再經(jīng)以太網(wǎng)（TC/PIP協(xié)議）將這些數(shù)據(jù)傳送到過程控制級，同時接收上位機(jī)計算出來的軋制規(guī)程，并下載到SIMADYN D中執(zhí)行。WinCC監(jiān)控站還用于顯示相應(yīng)的軋制過程數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，供操作工監(jiān)控。另外，人工規(guī)程和來料信息——鋼種、來料厚度、目標(biāo)厚度、來料溫度等也要操作工在此輸入。 3.2.3 ET200站 ET200站包括兩組ET200遠(yuǎn)程I/O接口，包括模入、模出、開入、開出等。 其中3#站作為SIMADYN D的遠(yuǎn)程I/O，通過一根通訊電纜將軋鋼操作臺上的按鈕、指示燈、顯示儀表等與SIMADYN D連接起來，大大減小了電纜數(shù)量；4#站則用于連接一些現(xiàn)場信號（溫度、熱檢、液壓站等信號）。 3.2.4 檢測系統(tǒng)： 壓下控制系統(tǒng)的檢測系統(tǒng)包括電動碼盤、電動位移傳感器、液壓位移傳感器、壓力傳感器、測溫儀、熱檢器、測寬儀、測厚儀等。 3.2.5 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 壓下控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動壓下和液壓壓下兩部分組成。電動壓下的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是壓下電機(jī)，由SIMADYN D系統(tǒng)計算出壓下速度設(shè)定值并輸出相應(yīng)的電壓信號，控制壓下電機(jī)驅(qū)動電動壓下螺絲上下移動；液壓壓下的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服閥，其控制信號也由SIMADYN D系統(tǒng)通過模擬量給出，控制伺服閥的開口方向和開口度，驅(qū)動游缸上下移動。 4系統(tǒng)軟件功能 濟(jì)鋼中板廠的四輥軋機(jī)現(xiàn)主要用于精軋機(jī)，壓下控制系統(tǒng)采取“液壓全程”方式，油缸******行程為80mm，正常工作行程為0－60mm。同時，控制系統(tǒng)中還預(yù)留、設(shè)計了單機(jī)架軋鋼的功能，一旦需要，很快就可以調(diào)試投用。利用SIMADYN D編程軟件STRUC G開發(fā)的用戶程序,建立了各種控制的數(shù)學(xué)模型，具有APC（位置自動控制）、AGC（厚度自動控制）、自動輥縫清零(或叫自動壓靠)、保護(hù)（過壓、過壓差、液柱過高或過低等）等自動功能，以及輥縫微調(diào)、鐮刀彎調(diào)節(jié)等人工干預(yù)功能。 4.1 APC（位置自動控制） 在實(shí)際軋鋼過程中，控制系統(tǒng)根據(jù)過程控制機(jī)下達(dá)的設(shè)定位置，通過調(diào)節(jié)伺服閥控制油缸的移動，使軋輥到達(dá)目標(biāo)位置（定位精度為±0.01mm）。（在單機(jī)架生產(chǎn)時，則首先通過壓下電機(jī)，控制壓下螺絲動作使軋輥到達(dá)某一范圍即停下來，再通過調(diào)節(jié)伺服閥控制油缸的移動，來補(bǔ)償電動定位誤差，使APC的最終定位精度達(dá)到±0.01mm。） 4.2 AGC（厚度自動控制） 包括絕對值和相對值兩種。在過程控制級投用時，采取絕對值A(chǔ)GC方式，由過程控制機(jī)向SIMADYN D發(fā)送每一道次的壓力設(shè)定值和輥縫設(shè)定值，SIMADYN D則根據(jù)實(shí)測壓力計算出AGC調(diào)節(jié)量；在過程控制級未投用時，采取相對值A(chǔ)GC方式，過程控制機(jī)不參與控制，SIMADYN D在咬鋼以后鎖定一個壓力值作為本道次的壓力設(shè)定值，然后將實(shí)測壓力和此設(shè)定值比較，計算出AGC調(diào)節(jié)量。AGC調(diào)節(jié)量被疊加到輥縫設(shè)定值中，控制輥縫動態(tài)調(diào)整以減小同板差。 4.3自動輥縫清零(或叫自動壓靠) 包括電動輥縫清零和液壓輥縫清零。當(dāng)需要做輥縫標(biāo)定（清零）時，操作人員只需在操作臺上將相應(yīng)的開關(guān)扳到“壓靠”位置，油缸間自動下壓到1250噸（可以更改壓力設(shè)定值），并保持5秒，自動將將液壓輥縫清零。 4.4保護(hù) 為了保證設(shè)備和系統(tǒng)的安全可靠，該系統(tǒng)設(shè)計了多種保護(hù)措施。如過壓保護(hù)（壓力和）、過壓差保護(hù)，當(dāng)兩側(cè)壓力和超過3000t或兩側(cè)壓力差大于500t時，立即打開快泄閥，使油缸中的液壓油迅速流回液壓站，從而使軋輥快速抬升，保護(hù)軋輥；液柱過高或過低保護(hù)，由于油缸行程的限制，對其中的液柱高度就有一定的要求，如果液柱過高或過低則表明系統(tǒng)不正常，立即打開快泄閥。當(dāng)這些保護(hù)或其它故障現(xiàn)象出現(xiàn)時，在WinCC監(jiān)控站上會立即顯示出相應(yīng)的報警信息來。 4.5 人工干預(yù) 為了操作的靈活、方便，該系統(tǒng)保留了一些人工干預(yù)功能。例如在自動軋鋼時，操作工可以根據(jù)當(dāng)時的實(shí)際情況，稍微調(diào)大或調(diào)小輥縫設(shè)定值，以得到******產(chǎn)品厚度；也可以稍微調(diào)大或調(diào)小輥縫差設(shè)定值，以得到最理想的板形。同時，該系統(tǒng)具有記憶功能，在進(jìn)行大批量的同一規(guī)格產(chǎn)品軋制時，操作工可以將某一塊鋼板的軋制表記憶下來作為該規(guī)格后面產(chǎn)品的軋制規(guī)程。另外，本系統(tǒng)還具有半自動和全手動軋鋼功能。半自動是由操作工來控制道次的切換，而由計算機(jī)來擺輥縫；全手動則是在油缸中保持一固定高度的液柱，而完全由操作工手動控制電動壓下螺絲來擺輥縫軋鋼。 5運(yùn)行效果 濟(jì)鋼中板廠四輥軋機(jī)改造后的壓下控制系統(tǒng)自從今年年初投用以來，運(yùn)行非?？煽浚瑳]有出現(xiàn)過系統(tǒng)故障，并且具有定位精度高（定位誤差≤±0.01mm）、操作靈活、容易維護(hù)、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。 |
