軋制過(guò)程控制第四篇板帶鋼軋制過(guò)程控制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)解析課件_第1頁(yè)
軋制過(guò)程控制第四篇板帶鋼軋制過(guò)程控制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)解析課件_第2頁(yè)
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1、北京科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院/machine/板帶鋼軋制過(guò)程控制第三篇板帶鋼軋制過(guò)程控制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)張曉峰、張清東第1頁(yè),共33頁(yè)。第1章、基本概念綜述 1.1、現(xiàn)代化連軋機(jī)控制系統(tǒng)的概念 1.2、工藝設(shè)備對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的要求 1.3、國(guó)內(nèi)外連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要類(lèi)型 1.4、本章小結(jié) 2022/7/29/machine/2第2頁(yè),共33頁(yè)。1.1、現(xiàn)代化連軋機(jī)控系統(tǒng)的概念 1.1.1、連軋機(jī)控制系統(tǒng)包含的“三電”范圍 電氣控制設(shè)備 計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 自動(dòng)化檢測(cè)儀表 1.1.2、連軋機(jī)控制系統(tǒng)不包括的范圍 廠房設(shè)施及土建 供配電設(shè)備 公輔設(shè)備 工藝設(shè)備本體2022/7/29/machin

2、e/3第3頁(yè),共33頁(yè)。1.1.3、以“4高2低”的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)求得效益 高效能: 年產(chǎn)量達(dá)到100-500萬(wàn)噸。 高效率: 軋制速度達(dá)到20米/秒。 高質(zhì)量: 厚度精度達(dá)到微米級(jí)。 高可靠性: 系統(tǒng)運(yùn)行率99.8%以上。 低投資: 噸鋼投資低。 低消耗: 能源、介質(zhì)、材料、備件消耗低。2022/7/29/machine/4第4頁(yè),共33頁(yè)。1.2、工藝設(shè)備對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的要求(1/2) 1.2、工藝設(shè)備對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的要求 高速控制:設(shè)備采用液壓傳動(dòng),控制采樣周期可達(dá)2-20ms,需要進(jìn)行“高速控制”。 高速通訊:主要質(zhì)量控制功能集中于精軋機(jī)組,各控制器及各CPU間具有1-2ms級(jí)的數(shù)據(jù)

3、更新能力,需要進(jìn)行“高速通訊”。 功能關(guān)聯(lián)與耦合:功能之間相互影響,多個(gè)功能需共享輸入和輸出模塊。2022/7/29/machine/5第5頁(yè),共33頁(yè)。2022/7/29/machine/6第6頁(yè),共33頁(yè)。1.3、國(guó)內(nèi)外連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要類(lèi)型 1.3.1、熱連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的演變歷程 上世紀(jì)60年代以前(孕育期):模擬厚度控制系統(tǒng) 上世紀(jì)60-70年代(成長(zhǎng)期):MCLOUTH 1525 上世紀(jì)80-90年代(成熟期): 美、歐、日 上世紀(jì)末-本世紀(jì)初( 新生期):中國(guó)和世界列強(qiáng) GE: INNOVATION SIEMENS: SIMATIC TDC(SIMADYN D) MI

4、TSUBISHI:MELPLAC 2000 NERCAR:CNROLL2022/7/29/machine/7第7頁(yè),共33頁(yè)。 1.3.2、熱連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)放性的趨勢(shì) 20世紀(jì)90年左右 20世紀(jì)末 SIEMENS:MMC216 SIMADYN D SIMATIC TDC (VME總線) GE:CSF GM-2000 INNOVATION (VME總線)ALSTOM (W-H): WDPF ALSPA INNOVATION (VME總線) (PCI + VME總線) NERCAR: CNROLL (VME總線)2022/7/29/machine/8第8頁(yè),共33頁(yè)。 1.3.3、我國(guó)的

5、熱連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 2022/7/29/machine/9第9頁(yè),共33頁(yè)。 1.3.2、我國(guó)的熱連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(續(xù))2022/7/29/machine/10第10頁(yè),共33頁(yè)。1.4、本章小結(jié) 以現(xiàn)代化熱連軋、冷連軋為代表的鋼鐵工業(yè)是大規(guī)模制造精品的過(guò)程工業(yè)??刂葡到y(tǒng)是過(guò)程工業(yè)的神經(jīng)中樞。 鋼鐵制造的過(guò)程可以分為“慢過(guò)程”和“快過(guò)程”?!奥^(guò)程”指如高爐、轉(zhuǎn)爐等冶煉過(guò)程?!翱爝^(guò)程”如熱連軋和冷連軋,對(duì)其控制性能要求“高速控制”和“高速通訊”。2022/7/29/machine/11第11頁(yè),共33頁(yè)。第2章、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能 2.1、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分級(jí) 2.

6、2、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 2.3、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能 2.4、本章小結(jié) 2022/7/29/machine/12第12頁(yè),共33頁(yè)。 2.2、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分級(jí) L4(生產(chǎn)管理):合同處理、生產(chǎn)計(jì)劃、日志報(bào)表 L3(生產(chǎn)控制):物流和庫(kù)存管理、質(zhì)量管理、日志報(bào)表 L2(過(guò)程控制):過(guò)程控制、過(guò)程監(jiān)視、過(guò)程日志 L1(基礎(chǔ)自動(dòng)化):順序控制、邏輯控制 L0(傳動(dòng)控制):執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際動(dòng)作、實(shí)際數(shù)值傳送2022/7/29/machine/13第13頁(yè),共33頁(yè)。2.2、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 2.2.1、集中控制 2.2.2、分布式控制系統(tǒng)特點(diǎn): 1、分級(jí)遞階控制; 2

7、、硬件積木化3、軟件模塊化; 4、控制系統(tǒng)用組態(tài)方法生成5、通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用;6、可靠性高7、開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征: “區(qū)域控制器群”結(jié)構(gòu) “超高速網(wǎng)”結(jié)構(gòu)2022/7/29/machine/14第14頁(yè),共33頁(yè)。 “區(qū)域控制器群”結(jié)構(gòu): 美國(guó)GE的系統(tǒng),如本鋼1700,梅山1422;德國(guó)SIEMENS的系統(tǒng),如武鋼2250,寶鋼2050,各CSP等。 “超高速網(wǎng)”結(jié)構(gòu): 日本MITSUBISHI的系統(tǒng),如寶鋼1580,鞍鋼1780,唐鋼1800等;我校的CNROLL系統(tǒng),如鞍鋼1700等。2022/7/29/machine/15第15頁(yè),共33頁(yè)。 “區(qū)域控制器群”結(jié)構(gòu)特征 2022/7/29/

8、machine/16第16頁(yè),共33頁(yè)。2.2、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(4/4) “超高速網(wǎng)”結(jié)構(gòu)特征 2022/7/29/machine/17第17頁(yè),共33頁(yè)。2.3、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能 2.3.1、首先確定功能分配原則 跟蹤:L1位置跟蹤、L2數(shù)據(jù)跟蹤 設(shè)定值管理:L1設(shè)緩沖區(qū)管理 采樣值處理:L2進(jìn)行 人機(jī)界面(HMI)功能:L1為主,L2僅與設(shè)定有關(guān) 子系統(tǒng)設(shè)置 各控制器I/O配置 2022/7/29/machine/18第18頁(yè),共33頁(yè)。 2.3.2、再確定功能間信息交換 L1 L2事件驅(qū)動(dòng) L2 L1設(shè)定完成 L1 L1動(dòng)態(tài)交換 主網(wǎng)子網(wǎng)主從方式(留有與L0及L

9、3的通信接口) 對(duì)內(nèi)存映象網(wǎng)(分享內(nèi)存)進(jìn)行設(shè)計(jì)2022/7/29/machine/19第19頁(yè),共33頁(yè)。 2.3.3、軋線主要儀表配置 序號(hào)儀表名稱(chēng)測(cè)點(diǎn)1測(cè)寬儀粗軋后、精軋后、卷取前2測(cè)厚儀精軋后3測(cè)溫儀出爐、粗軋、精軋前后、卷取前等4金屬檢測(cè)器(HMD、CMD)各段輥道跟蹤點(diǎn)5測(cè)壓儀粗軋、精軋機(jī)各機(jī)架6優(yōu)化剪切儀表切頭飛剪前7直線位移傳感器各位置控制液壓缸8旋轉(zhuǎn)位置編碼器各調(diào)速電機(jī)9平坦度儀精軋后10凸度儀精軋后2022/7/29/machine/20第20頁(yè),共33頁(yè)。2.3.4、基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí) 、L1級(jí)硬件配置 系統(tǒng)中設(shè)有多臺(tái)PLC用于跟蹤、軋件運(yùn)送順序控制、中等速度的位置和速度控制以

10、及換輥控制等功能。 系統(tǒng)中設(shè)有多臺(tái)VME總線多CPU HPC(高性能控制器),用于質(zhì)量控制及精軋區(qū)內(nèi)需要高速控制的位置、速度、活套張力等的控制。 2022/7/29/machine/21第21頁(yè),共33頁(yè)。 精軋區(qū)域內(nèi)各控制器通過(guò)超高速光纖內(nèi)存映像網(wǎng)連接,各站都有自動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)。爐區(qū)、粗軋區(qū)和精軋區(qū)之間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)主干光纖以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。 內(nèi)存映像網(wǎng)與主干以太網(wǎng)之間的通訊,采用冗余方式。 系統(tǒng)中大量采用現(xiàn)場(chǎng)總線以連接遠(yuǎn)程I/O、主輔傳動(dòng) 控制器、子系統(tǒng)(液壓站、泵站等)。 系統(tǒng)中預(yù)留有與L3和連鑄L2的接口。2022/7/29/machine/22第22頁(yè),共33頁(yè)。 、L1級(jí)功能分配 加熱區(qū)21

11、0#站(PLC):加熱爐入口區(qū)跟蹤及入口和出口側(cè)輥道控制 加熱區(qū)220#站(PLC):加熱爐本體控制 加熱區(qū)230#站(PLC):全軋線跟蹤和模擬軋鋼2022/7/29/machine/23第23頁(yè),共33頁(yè)。 粗軋區(qū)310#站(PLC):完成粗軋區(qū)的順控、APC和AWC控制 粗軋區(qū)320#站(PLC):完成熱卷箱控制 粗軋區(qū)330#站(PLC):完成飛剪控制及輔助設(shè)備的控制2022/7/29/machine/24第24頁(yè),共33頁(yè)。 精軋區(qū)410#站(PLC):順序控制、終軋溫度控制 精軋區(qū)420#站(HPC):液壓壓下APC和彎輥、竄輥控制 精軋區(qū)430#站(HPC):精軋厚度控制AGC及

12、板形控制 精軋區(qū)440#站(HPC):精軋機(jī)組主速度和活套控制 精軋區(qū)450#站(PLC):精軋機(jī)組快速換輥控制2022/7/29/machine/25第25頁(yè),共33頁(yè)。 卷取區(qū)510#站(PLC):卷取溫度控制CTC和質(zhì)量分類(lèi) 卷取區(qū)520#站(PLC): 熱輸出輥道及有關(guān)輔設(shè)備控制 卸卷小車(chē)控制 運(yùn)輸鏈控制 卷取區(qū)530#站(HPC):1#卷取機(jī)控制及助卷輥AJC 卷取區(qū)540#站(HPC):2#卷取機(jī)控制及助卷輥AJC 2022/7/29/machine/26第26頁(yè),共33頁(yè)。2.3.5、過(guò)程控制級(jí) 、L2級(jí)硬件配置 過(guò)程控制計(jì)算機(jī)的選型有傳統(tǒng)的小型機(jī)服務(wù)器(ALPHA Server

13、)和目前流行的微機(jī)服務(wù)器(PC Server)兩種方案。為了提高可靠性,一般采用1用1備和共享磁盤(pán)陣列的模式,同時(shí)每臺(tái)服務(wù)器還對(duì)關(guān)鍵部件(比如電源、風(fēng)扇、網(wǎng)卡、硬盤(pán))進(jìn)行冗余配置并且可以熱插拔。另外,還配備若干臺(tái)高檔PC機(jī)用作軟件開(kāi)發(fā)終端。 2022/7/29/machine/27第27頁(yè),共33頁(yè)。 、L2級(jí)功能分配 初始數(shù)據(jù)的輸入: 生產(chǎn)計(jì)劃輸入到過(guò)程控制級(jí)計(jì)算機(jī),同時(shí)還輸入初始數(shù)據(jù)PDI(PRIMARY DATA INPUT)。 跟蹤: 跟蹤是確定軋件在生產(chǎn)線上的實(shí)際位置和有關(guān)狀況,以便在規(guī)定的時(shí)間啟動(dòng)有關(guān)應(yīng)用程序,完成過(guò)程控制的其他功能。2022/7/29/machine/28第28頁(yè)

14、,共33頁(yè)。 設(shè)定和設(shè)定計(jì)算:通過(guò)一系列的數(shù)學(xué)模型計(jì)算 得到各種生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)定值或設(shè)定方式, 并且在規(guī)定的時(shí)序?qū)⒂?jì)算結(jié)果傳送給L1。包括: 加熱爐設(shè)定計(jì)算(HSU) 粗軋機(jī)設(shè)定計(jì)算(RSU) 熱卷箱設(shè)定計(jì)算(CBSU) 精軋機(jī)設(shè)定計(jì)算(FSU) 板形設(shè)定計(jì)算(SSU) 卷取溫度控制設(shè)定計(jì)算(CSU)等2022/7/29/machine/29第29頁(yè),共33頁(yè)。 模型的自學(xué)習(xí):利用前一塊鋼的軋制實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),采用指數(shù)平滑方法,修正計(jì)算模型參數(shù),使模型更加精確。 一般參與自學(xué)習(xí)的模型參數(shù)有: 粗軋機(jī)單位壓力 精軋溫度模型系數(shù) 軋制壓力模型系數(shù) 合金鋼的鋼種系數(shù)等 2022/7/29/machine/30第30頁(yè),共33頁(yè)。 數(shù)據(jù)記錄和報(bào)表:計(jì)算機(jī)采集生產(chǎn)過(guò)程中的各種數(shù)據(jù),編輯成各種類(lèi)型的報(bào)表,主要有: 班報(bào) 工程記錄 生產(chǎn)報(bào)告(包含質(zhì)量分類(lèi)報(bào)告) 人機(jī)界面 (HMI):通過(guò)顯示畫(huà)面可了解過(guò)程控制的有關(guān)信息,通過(guò)輸入畫(huà)面和鍵盤(pán)可向計(jì)算機(jī)輸入必要的數(shù)據(jù)和命令。2022/7/29/machine/31第31頁(yè),共33頁(yè)。 數(shù)據(jù)通訊

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