冷軋軋機TDC控制系統(tǒng)

1、目 錄冷軋軋機TDC控制系統(tǒng)一 硬件和組態(tài)二 系統(tǒng)軟件1. 處理器功能簡介2. COMMON FUNCTIONS 通用功能3. MASTER FUNCTIONS 主令功能:4. STAND1-STAND5 機架控制系統(tǒng)1-5冷軋軋機TDC控制系統(tǒng) 一 硬件和組態(tài)TDC工業(yè)控制系統(tǒng)西門子公司SIMADYN D的升級換代產品，也是一種多處理器并行遠行的控制系統(tǒng)。典型的TDC控制系統(tǒng)的配置是由電源框架、處理器摸板、I/O摸板和通訊摸板搭建構成。電源框架含21個插槽，最多允許20個處理器同時運行?？蚣苌戏降碾娫纯蓡为毑鹦叮０宀豢蓭щ姴灏巍PU551是TDC控制系統(tǒng)的中央處理器，帶有一個4M記憶卡，

2、程序存儲在記憶卡內，電源啟動時被讀入CPU551中執(zhí)行?？赏ㄟ^在線功能對處理器和存儲卡中的程序作同步修改。SM500是數字量/模擬量輸入/輸出模板,更換時注意跳線.CP50MO是MPI/PROFIBUS通訊摸板，更換時需要使用COM-PROFIBUS軟件對其進行組態(tài)的軟件下裝。CP5100是工業(yè)以態(tài)網的通訊摸板，更換時注意插槽跳線。CP52A0是GDM通訊模板。GDM是不同框架的TDC之間進行數據交換的特有通訊方式，不同框架的TDC通過光纜匯總到GDM內，點對點之間的通訊更加直接，傳輸速度更快。 TDC控制系統(tǒng)的硬件需要在軟件程序中進行組態(tài)和編譯，然后下裝到CPU中。二系統(tǒng)軟件包鋼薄板廠冷軋軋

3、機區(qū)域TDC控制系統(tǒng)按框架分為以下三個功能： 21 處理器功能簡介1 COMMON FUNCTIONS 通用功能：處理器1：SIL: 模擬功能 SDH: 軋制參數管理IVI: 人機畫面 處理器2：MTR: 物料跟蹤系統(tǒng) WDG: 楔形調整功能處理器3: ADP: 實際值管理2 MASTER FUNCTIONS 主令功能:處理器1: MRG-GT: 軋機區(qū)域速度主令處理器2: THC-TH: 軋機厚度控制入口區(qū)域處理器3: THC-TX: 軋機厚度控制出口區(qū)域處理器4: SLC: 軋機滑差計算 ITG: 張力計接口處理器5: LCO-LT: 軋機區(qū)域生產線協(xié)調 3 STAND1-STAND5 機

4、架控制系統(tǒng)1-5處理器1: CAL: 機架標定 SCO: 通訊接口 MAI: 手動干涉 ITC: 機架間張力控制處理器2: SDS: 機架壓下系統(tǒng)處理器3: RBS: 機架彎輥系統(tǒng) RSS: 機架串輥系統(tǒng)處理器4：REC： 軋輥偏心補償（F1專有） FLC： 板形控制系統(tǒng)（F5專有）以下將對每個功能中的筆者閱讀過并認為重要的處理器的程序作說明，對于沒有閱讀和非重要的僅作簡單介紹。22 COMMON FUNCTIONS 通用功能通用功能中的模擬功能冷軋未使用，SDH（軋制參數管理）和ADP（實際值管理）是專門針對過程計算機的。SDH負責接收來自過程計算機的軋制參數并分析歸類后下發(fā)給相關的TDC或

5、PLC執(zhí)行。ADP則是將其它控制系統(tǒng)傳送過來的現場的實際值匯總后發(fā)給過程計算機。物料跟蹤系統(tǒng)MTR（Material tracking system）是一條承上啟下的控制環(huán)節(jié)，負責對整個酸軋生產線上的帶鋼作全程跟蹤，并觸發(fā)帶鋼經過區(qū)域的控制設備向過程計算機請求對應的控制參數并將現場控制過程的部份實際值反饋給過程計算機，以及處理生產過程中的分卷和斷帶問題。221 MTR控制的理念每個熱軋原料卷都有自己的一個固定的卷號如6DD16855111D00。當這個原料卷被錄入過程計算機的生產計劃時，過程計算機視生產過程會自動生成唯一的物理卷號6DD16855111D001，并賦予它一個唯一的邏輯卷號如72

6、00。基礎控制級的跟蹤過程都是以這個邏輯卷號作為跟蹤和傳遞的對象，對過程計算機的參數請求和實際值反饋都以這個唯一標識進行接收和發(fā)送的。當一個全新的熱軋帶卷被吊入酸軋機組入口的步進梁鞍座時，對鞍座監(jiān)視的光柵信號會反饋給入口的控制PLC通過通訊傳入物料跟蹤系統(tǒng)，觸發(fā)向過程計算機的請求邏輯卷號的進程。過程計算機根據軋制計劃確定當前帶鋼的物理卷號和邏輯卷號并將邏輯卷號下發(fā)給物料跟蹤系統(tǒng)，同時將該帶鋼的參數（卷徑、寬度、長度、卷重、鋼種等）和軋制參數（軋機的壓下量分配，主傳動的轉速分配等）下發(fā)給基礎級的參數儲存管理系統(tǒng)SDH，等待其它基礎級控制系統(tǒng)的調用。當帶鋼入生產線，物料跟蹤系統(tǒng)負責向經過區(qū)域內的控

7、制系統(tǒng)提供當前的邏輯卷號，控制系統(tǒng)以邏輯卷號為標識去參數存儲管理系統(tǒng)調用自己的軋制參數。現場的實際值被實際值存儲管理系統(tǒng)ADP采集整理后反饋給過程計算機。過程計算機將根據實際值反饋對軋制參數進行修改，修改后的軋制參數重新下發(fā)。SDH會將重新計算后的軋制參數單獨存儲并面向所有處理器廣播修改軋制參數的帶鋼的邏輯卷號，每個處理器對本區(qū)域內正在處理的帶鋼的邏輯卷號進行對比，發(fā)現相同后重新向SDH進行新的軋制參數調用。系統(tǒng)的硬件構成 物料跟蹤系統(tǒng)的現場的硬件點只有四個焊縫檢測裝置，需要的參數基本來自于對其它處理器的數據通訊。系統(tǒng)的軟件 酸軋生產線從入口焊機到出口的滾筒剪被分成14個速度區(qū)域，每個區(qū)域有一

8、個配屬的監(jiān)控模塊MTR01B，每個監(jiān)控模塊有自己的單獨的存儲區(qū)域和地址指針。帶鋼的邏輯卷號在這14個監(jiān)控模塊中傳遞和跟蹤。每個MTR01B模塊可以跟蹤5條帶鋼，整個跟蹤區(qū)域最多可以同時跟蹤20條帶鋼。MTB01 是入口焊機的跟蹤模塊，也是14個監(jiān)控模塊中的起始模塊，下面我們以它為例進行說明。 BE和BA是環(huán)網通用存儲區(qū)域的地址指針，前一個模塊的BA指向后一個模塊的BE，指針在對TDC的初始內存管理中就已經被定義和固化了。SE1初始模塊必須定義為零，SE2來自于環(huán)網終止監(jiān)控模塊的SA2；SA1指向下一監(jiān)控模塊的SE1，SA2初始模塊不輸出。V是本區(qū)域內的唯一的帶鋼通過的速度值。本模塊的速度V取自

9、入口1#張緊輥的線速度值。PO1和PO2 是該模塊監(jiān)控的區(qū)域范圍，以對應焊機的距離作為參照。前一模塊的終止位置PO2是下一模塊的起始位置PO1，以保證跟蹤的連續(xù)性。本模塊的PO1為零說明以焊機為起點。I1/2、MO1/2、TY1/2、FZ1/2、WA1/2、WE1/2是本區(qū)域內的兩個跟蹤校正裝置的信號和參數。I是校正信號的數字量信號輸入。MO模式參數分為從0到6共七種：0. 不連續(xù)模式不強制加載1. 不連續(xù)模式強制加載2. 連續(xù)模式（焊縫檢測儀或孔檢測裝置）3. 穿帶模式強制加載4. 尾出模式強制加載5. 穿帶模式不強制加載6. 尾出模式不強制加載強制加載：帶鋼跟蹤不等待HMD熱金屬檢測儀的信

10、號不強制加載：帶鋼跟蹤等待HMD熱金屬檢測儀的信號校正裝置可以是熱金屬檢測儀、焊縫檢測裝置或孔檢測裝置。FZ是校正裝置的實際位置，WA和WE分別是校正功能的起始和終止位置。以我們通常采用的模式2：連續(xù)的焊縫檢測方式進行說明。校正信號I為孔檢測裝置的反饋信號，正常狀態(tài)下為以脈沖信號，取上升沿有效。當帶鋼頭部通過校正裝置的規(guī)定的WA和WE之間的檢測范圍內，校正裝置沒有收到上升延信號即認為跟蹤故障并將跟蹤的狀態(tài)字YF中的相關位置。S和R是對帶鋼的置位和復位命令。MNI是帶鋼跟蹤內部賦予的隨機生成的1-20內部卷號作為校驗，BAS是將要被置位或復位的帶鋼的邏輯卷號。SHD是BAS對應帶鋼的設定頭部位置

11、，STL是BAS對應帶鋼的設定尾部位置。REN是對帶鋼重新命名，NBA和NIN是重新命名后的帶鋼邏輯卷號和內部卷號。當帶鋼進入焊機焊接以后，它就進入了這14個環(huán)組成的跟蹤區(qū)域。帶鋼跟蹤會向過程計算機發(fā)出邏輯卷號為BAS的帶鋼焊接完畢的信號，同時向SDH系統(tǒng)尋找該邏輯卷號的帶鋼長度。將SHD置為0，將STL置為帶鋼長度，同時將S置位，錄入新的跟蹤帶鋼。對本區(qū)域的帶鋼的跟蹤取決于帶鋼長度和本區(qū)域的唯一帶鋼通過的速度值V。對V作積分與本區(qū)域的監(jiān)控范圍PO1和PO2作比較即可精確得出帶鋼頭部或尾部位于本區(qū)域的實際位置。當積分值顯示帶鋼尾部超過本區(qū)域的監(jiān)控范圍PO2時說明帶鋼進入下一區(qū)域，本區(qū)域的帶鋼跟

12、蹤結束。當帶鋼跟蹤發(fā)生錯誤需要改正時，我們使用同步（同步synchronization）的功能。需要刪除帶鋼時，物料跟蹤將要刪除的帶鋼的邏輯卷號置入BAS，內部卷號置入MNI,將R置位。帶鋼自動在跟蹤中被刪除。但相鄰兩根帶鋼的首尾位置不變。若要將兩根帶鋼首尾相連接或改變帶鋼的跟蹤位置時，只要將帶鋼的卷號置入BAS、MNI同時將更改后的帶頭帶尾位置置入SHD和STL，對S置位。MTR01B的輸出Q表示在PO1與PO2的范圍內至少有一根帶鋼受到監(jiān)控，RM1-RM5顯示區(qū)域內最大能跟蹤的5根帶鋼的內部卷號，F1A、F1N和F2A、F2N對應兩個校正裝置。F1A是校正裝置的信號反饋輸出，F1N顯示上一

13、根通過校正區(qū)域的帶鋼的內部卷號。NR1-NR5顯示監(jiān)控范圍內的帶鋼的邏輯卷號。YF和YF2是跟蹤的狀態(tài)字。區(qū)域內的設備對跟蹤的調用使用ANX0FB模塊。ANXB0F的地址ACD來自本區(qū)域的MTR01B的公用存儲器的地址指針BA。ACD是該設備在跟蹤區(qū)域內的精確位置。通過跟蹤可以得到：QA指示是否有帶鋼經過該設備，AID指示通過帶鋼的邏輯卷號。ACL 顯示當前帶鋼通過該設備的行程，ARL表示當前帶鋼剩余部分的行程。B0=1觸發(fā)向SDH請求AID指示的邏輯卷號的帶鋼的軋制參數的下發(fā)。焊機與出口以外的跟蹤以帶卷傳輸的位置為單位單獨進行的。如步進梁上的每個鞍座，帶卷運輸車，卸卷小車等。以酸洗1#開卷機

14、的上卷小車為例進行說明。SNC010是一個選擇模塊，根據數字量輸入I1-I8決定輸出Y取自模擬量輸入X1-X8的哪一個。I1-I8無輸入時輸出Y自保持。I1-I8的信號分別為：I1，步進梁上卷信號。I2，開卷機卸卷信號，I3，畫面手動輸入信號。I4，SAVEPC信號（跟蹤斷電記憶自恢復系統(tǒng)）。X1-X8的模擬量分別為：X1，步進梁3#鞍座上卷號（邏輯）。X2，1#開卷機卷號。X3，手動輸入的卷號。X4，SAVEPC中記憶的卷號。I1-I8經或邏輯后進入SNC040模塊，SNC040模塊的Y輸出連接到LOC010塊的SET置位點上，SNC010的Y輸出連接到LOC010的IDE點上。跟蹤模塊LO

15、C010的工作原理為：以自動上卷條件下為例。步進梁向上卷小車運卷時，步進梁每完成一個周期的動作會向SNC010的I1發(fā)送1信號選擇步進梁3#鞍座的邏輯卷號進入LOC010的IDE點，同時通過SNC030將SET點置1。LOC010根據SET信號將輸出點ID的舊帶鋼卷號替換為新的IDE點輸入的卷號。LOC010的RES復位功能與置位相仿，是刪除輸出ID的卷號并置零。輸入點BUF是新帶鋼的參數存儲地址。OCC點表示有無卷號被跟蹤。FLT是故障報警。同步功能。冷軋區(qū)域的自動上卷功能暫時未能實現，因此必須使用同步功能。所謂同步功能就是一種打破跟蹤內部的環(huán)網，強行向里增加或者刪除帶鋼卷號的功能。同時，同

16、步對處理因帶鋼跟蹤錯誤所引起的故障是非常有幫助的。同步功能仍以入口焊機和出口滾筒剪分為入口同步、線上同步和出口同步。以線上同步為例對同步功能的具體操作步驟描述如下:工在WINCC畫面點擊overplant,點擊右下角的synchronistation按鈕,出現三個同步按鈕:Entry, Line, Exit。點擊Line后出現上圖。POR1和POR2是兩臺開卷機，對應Welded下方的按鈕為哪個開卷機上的帶卷與焊機相連。Pos是跟蹤的順列，Segment是具體的帶鋼位置。TR-T是等待位的卷取機，TR-C工作位的卷取機，Coupled上方的按鈕是帶鋼與哪個卷取機相連。以棕色帶鋼為例進行說明，4

17、代表順位為4，棕色代表畫面上的帶鋼跟蹤的顏色，卷號是帶鋼的實際卷號，74代表一個位置：軋機入口分切剪。Segement的位置與數字的對照如下：通過點擊Segment可以調出此畫面。若我們想刪除棕色帶鋼，只要將其全部信息清空即可，按下右下角的Apply。若我們想把棕色和綠色帶鋼合二為一，只要將棕色帶鋼全部信息清空同時將綠色帶鋼的Segment改為74，然后按下Apply。若我們想將棕色帶鋼分成兩段，前一段不變，后一段改為另一個卷號。則將棕色帶鋼的順位和相關信息移到第5順位，將第四順位的信息清空后添入新的卷號，同時將新帶鋼的Segment定位到分段處即可。23 MASTER FUNCTIONS 主

18、令功能MRG是整個軋機區(qū)域所有線上電機的速度參考值的發(fā)出者，MRG以第五機架的出口速度為基礎，向后協(xié)調兩個張力卷曲機，向前順次協(xié)調四臺軋機的出口轉速。兩臺卷取機應該與5號機架的出口速度保持一致。前4個機架將根據帶鋼的出口厚度與F5出口的帶鋼厚度的比值決定出口速度。即：F4出口速度=F5出口速度×F5出口厚度F4出口厚度F3出口速度=F4出口速度×F4出口厚度/F3出口厚度其余同上。MRG中含有3個主斜坡發(fā)生器，分別命名為MR1、MR2、MR3。正常軋鋼過程中，我們把F5的出口速度定義為主斜坡1，簡稱MR1。所有線上的電機的轉速都根據自己的特性以MR1為基準依一定比例共同上升

19、、下降或保持勻速。MR2專門針對兩臺卷取機，因為冷軋采用的是無頭軋制，一臺卷取機工作的時候，另一臺卷取機處在等待位。當帶尾進入剪切區(qū)域的時候，待命的卷取機根據MR2自動加速到與MR1同步的轉速，帶鋼切折后，兩臺卷取機互相交換MR1和MR2。纏有被切折的舊帶鋼的卷取機，由主斜坡MR2速度降為0，并開始卸卷。新穿入帶鋼的卷取機將以MR1隨同線上的其它電機繼續(xù)工作。MR3一般用于設備的組點動功能，組點動是用來測試線上電機同步性的一個手動功能，可以檢驗線上設備是否具備軋鋼條件。速度主令功能中還含有5個針對每個機架的速度主令SP1-SP5，用于每個機架的標定過程或Warm Up功能。Warm Up功能是

20、使換完輥后的軋機的各個設備進入二級機所設定的軋制參考值的一項功能。LCO（生產線協(xié)調功能）是根據所收集的控制系統(tǒng)、執(zhí)行機構和現場實際值的反饋后，綜合控制線上所有設備的功能。包括整條生產線的正常起車、正常停車、快停和事故急停等特殊功能。并根據當前的狀況作出判斷或根據指令對電機或變頻器或其它執(zhí)行設備發(fā)出起、?；蚣蓖５母鱾€項指令。MRG和LCO的程序復雜而龐大，不適合作語言描訴，對這部分的程序我們還在消化吸收中。SLC是軋機滑差值計算。ITG是機架間張力計接口。前一個屬于工藝上的復雜計算，后一個只是簡單的通訊接口，在此也不再詳述了。THC厚度控制。關于厚度控制的程序，不做具體描述，只對厚度控制的理論

21、作詳細說明。厚度控制分為入口厚度控制和出口厚度控制兩種。而這兩種厚度控制都是基于秒流量方程：帶鋼入口厚度×帶鋼入口速度=帶鋼出口厚度×帶鋼出口速度入口厚度控制分為傳統(tǒng)秒流量控制和擴展秒流量控制兩種。在HMI畫面上可以作出選擇。傳統(tǒng)秒流量中入口的5#張緊輥處于張力控制環(huán)下，入口的秒流量可變，用來消除厚度偏差的三種方式：FFC（前饋控制）、FBC（后饋控制）、MFC（秒流量控制）的校正值也以張力偏差的方式加入控制中。擴展秒流量中入口的5#張緊輥處于速度控制環(huán)下，入口的秒流量不變，用來消除厚度偏差的三種方式：FFC、MON、MFC的校正值也以速度偏差的方式加入控制中。正常軋鋼過程

22、中我們一直采用擴展秒流量控制方式，使入口秒流量恒定便于控制出口秒流量。出口厚度控制分為A，B，C三種模式。過程計算機默認所有帶鋼均處于C模式下。C模式為F5機架平整模式，正常軋鋼時前四個機架平均分配壓下量，HGC（液壓輥縫控制）處于位置控制方式，F5機架只加一定的軋制力，處于力控方式下。F4-F5之間的張力控制F4轉速，F5出口厚度偏差控制F4轉速、F5壓下、F5轉速、卷取機轉矩。THC厚度控制用來消除厚度偏差的有三種方式：FFC（前饋控制）、MONFBC（后饋控制）、MFC（秒流量控制）。軋機區(qū)域F1軋機前后各有一個激光測速儀和一個測厚儀，F1軋機具有全部三項校正功能。F5軋機后有兩個激光測

23、速儀和兩個測厚儀，這兩個互為備用，F5軋機只具有MONFBC后饋功能。FFC前饋控制是已知入口測厚儀到F1機架的距離，對帶鋼入口速度作積分預測帶鋼到達發(fā)F1時間，并記錄帶鋼入口厚度偏差。在時間到達時根據記錄的偏差作出修正。MON后饋功能根據帶鋼出口厚度偏差來調整帶鋼入口速度從而達到調整入口秒流量從而調整出口秒流量從而起到消除出口厚度偏差的功能。MFC秒流量控制根據帶鋼的入口厚度和速度的設定值與實際值的偏差以及出口速度對將要出現的出口厚度的偏差進行預測并提前進行校正的功能。24 STAND1-STAND5 機架1-機架5控制系統(tǒng)包鋼薄板廠冷軋軋機為五機架聯(lián)軋機組，每架軋機有三對不同的軋輥分別為：

24、支撐輥、中間輥和工作輥。軋鋼過程中的機架控制包括HGC液壓輥縫控制系統(tǒng)、CVC中間輥軸向串動控制系統(tǒng)、IRB/WRB中間輥/工作輥彎輥控制系統(tǒng)、軋輥多區(qū)冷卻控制系統(tǒng)。對于帶鋼的板形和出口厚度起決定作用的是HGC液壓輥縫控制。241 HGC (Hydraulic Gap Control) 液壓輥縫控制系統(tǒng)的結構。HGC液壓控制系統(tǒng)的組成如下圖所示： HGC液壓輥縫控制系統(tǒng)主要的控制設備是機架頂部分別位于傳動側（DS）和操作側（OS）的兩個大型液壓缸，稱之為HGC液壓缸。如圖下部支撐輥、中間輥和工作輥位置固定，HGC液壓缸活塞桿側向下伸出時壓迫上支撐輥的軸承座，通過上支撐輥、中間輥和工作輥向下產生

25、軋制力。圖1所示，PA01/#YVHS1、2、3、4是四個伺服閥，1和3一組受控于先導閥PA01/#YVH1稱之為GROUP1，2和4一組受控于先導閥PA01/#YVH2稱之為GROUP2。每組都有一個伺服閥將兩個HGC液壓缸的活塞側與280bar的主壓力管線相連?；趦山M伺服閥的交替工作可以將HGC液壓輥縫控制系統(tǒng)分為四種工作組態(tài)：1組、2組、1+2組、2+1組。1組狀態(tài)下YVHS1控制傳動側HGC液壓缸YVHS3控制操作側HGC液壓缸。2組狀態(tài)下轉為另一組伺服閥控制。1+2組狀態(tài)下，傳動側HGC液壓缸由YVHS1為主YVHS2為輔進行控制，軋制力不超過YVHS1所能提供的范圍時YVHS2不

26、工作，超出范圍時YVHS2負責提供超出部分的軋制力，操作側以YVHS3為主以YVHS4為輔。2+1組狀態(tài)下，主輔調換。PA02/#YVHP1是一個比例閥，向兩個HGC的桿側提供兩種固定壓力：50bar （軋制狀態(tài)）、150bar（換輥狀態(tài)）。它的先導閥為PA02/#YVH1。在1組和2組的主管線上分別有兩個安全卸壓閥PA03/#YVH1和PA03/#YVH2，作用是使軋制力快速釋放或檢修狀態(tài)下鎖定HGC液壓缸。PA01/#BD1和PA01/#BD2是兩個壓力傳感器，分別位于兩個HGC液壓缸的活塞側用來測量活塞側的壓力，HGC液壓缸桿側受一個比例閥控制，故只用一個壓力傳感器PA02/#BD1來測量桿側壓力。PA01/#BS1和PA01/#BS2是兩個SONY位置傳感器分別位于傳動側和操作側HGC液壓缸的頂部與活塞剛性相連接，可精密測量出HGC液壓缸的走行距離。PA01/#SBE1和 PA01/#SBE2是兩個接近開關，用于換輥或緊急提升狀態(tài)下的HGC液壓缸收回的位置檢測作用。 242 HGC 的自動控制系統(tǒng) HGC液壓缸的最大行程210mm，位置傳感器采用SONY 公司的HA-705K&