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案例详细
标题邯钢冷轧厂酸轧机组自动化控制系统简介
技术领域
行业电梯
简介本文简单介绍了邯钢冷轧厂酸洗冷轧机组的功能，重点讲述了该机组自动控制系统的优点以及配置情况。
内容

1 前言

随着国际市场对冷轧板材需求的不断增加，国内多条冷轧生产线陆续上马。邯钢冷轧机组于05年5月底顺利投产，酸洗采用超浅槽紊流盐酸酸洗技术；轧制工艺采用5机架6辊CVC＋串列式冷轧机，出口采用卡伦赛卷取机。该机组的机械设备和生产技术由西马克―德马格公司提供，自动控制系统采用了西门子公司SIMATIC TDC硬件系统、S7-400系列PLC控制器和他们新开发的SIROLL专用软件结构，画面操作显示采用WIN CC。该系统还采用了一系列的新技术、新功能和新控制思想，例如板型检测调节装置和轧辊凸度连续可变的调节技术，新增的模拟轧钢和魔鬼轧制功能等，使自动化控制系统更趋完善。

该机组的年生产能力为每年130万吨，产品宽度为：900～1665 mm ，产品厚度为0.25～2 mm，机组出口最大速度可达1250米/分，生产钢种材质为CQ、DQ、DDQ、HSLA。


2 工艺描述:

钢卷由吊车放至步进梁， 步进梁传送，将钢卷送至钢卷小车，由钢卷小车将其运至开卷机，开卷后经矫头机矫直带头，送至双切剪(用于切头、切尾)，经过焊机与前一卷带钢带尾焊接，进入入口活套，然后经过破鳞机(使表面产生裂纹，易于酸洗)，进入酸洗槽，去除钢材表面的氧化铁皮，进入中间活套(存储在切边时因板带宽度改变而需要的板带)，经开槽机，圆盘剪进行切边，然后进入出口活套(存储切边时因板带宽度改变以及串联式轧机后卸卷过程中需要的板带)，进入5机架串列式轧机，经飞剪，去卡伦赛卷取机。在出口步进梁上进行称重、打捆，送至中间库。其生产工艺流程如下：



3 自动化控制系统构成：

该生产线设有三个操作室，酸洗入口、酸洗出口、轧机区各一个。设有两个主控室，酸洗区，轧机区各一个，两个主控室内都有工程师站、PDA计算机、HMI人机界面，但轧机区主控室比酸洗区主控室内多二级服务器，HMI服务器。概括来说自动化系统构成如下：

二级系统：由2台服务器和2台工程师站组成。一级系统：由8个SIMATIC TDC控制柜、 12个SIMATIC S7-400 PLC控制柜、近百套ET200M站和1套S7-300急停系统组成。零级系统：由传动系统、仪表检测系统以及一些现场执行元件组成。其中传动系统又由交流主传动系统、交流辅助调速传动系统组成。 HMI系统：由1台HMI服务器和28台HMI客户机组成。 网络系统：快速以太网：S7各柜体、服务器和HMI之间通过快速以太网通讯，GDM：TDC之间通过GDM专用总线通讯，PROFIBUS： ET200远程站与S7柜体、传动变频器与TDC之间通过PROFIBUS现场总线进行通讯。该机组的自动化系统配置如下：


                   图1  自动化系统配置图


4 自动化系统的主要特点:


4.1  二级系统

1台过程控制服务器，负责参数预设定、基于模型的轧制规程计算、基于神经网络的优化计算和自学习以及数据管理和报表等功能。另1台实际数据处理服务器，负责过程数据的采集和处理。采用RAID 5磁盘阵列热备份技术，将其中一磁盘指定为后备磁盘，此磁盘在平常并不操作，当阵列中某一磁盘发生故障时，磁盘阵列即以后备磁盘取代故障磁盘，并自动将故障磁盘的数据重建在后备磁盘之上，因为反应快速，加上快取内存减少了磁盘的存取，所以数据重建很快即可完成，可以实现磁盘故障但不停机的目标。另有2台工程师站用于系统开发和维护。


4.2  一级系统

SIMATIC S7用于生产线的逻辑控制，自动顺序和辅助的低速控制。

SIMATIC TDC全称叫工艺传动控制，是Technology Drive Control的缩写， TDC是一种多处理器自动化系统，它擅长于中高速闭环控制和同步化处理，在单一平台上拥有最大数量的框架和最短的循环周期，是一种集成度很高的工艺和驱动自动化系统，其组态和编程可使用SIMATIC PCS7工具进行，不用再另外学习控制语句。在本项目中主要用于机架控制，其主要功能有主速度控制，线协调控制，自动厚度控制，板形控制，物料跟踪等中高速工艺功能控制。

采用ET200远程I/O系统可以提高系统的可靠性和维护性，同时减少控制电缆的使用量，降低安装和维护成本。

S7-300急停系统：在危险状况下使用，如设备失灵或故障时的安全反应。

PDA全称过程数据采集系统，用于对TDC、S7和传动等部分的过程控制数据进行采集、分析、处理和数据分配。


4.3  人机接口

使用最新版本WINCC6.0设计人机界面， 通过该系统对设备进行操作、诊断和数据归档。HMI服务器用于管理过程通讯，数据存储和与客户机的通讯。HMI的客户机就是操作站。它们显示来自服务器的数据，接收操作者的输入数据并传送到服务器。西门子设计了统一的HMI操作显示和诊断系统，在任何一个HMI上均可以监视、浏览全线的生产和控制数据，进行数据分析和故障诊断，根据安全授权的不同，各区域的HMI客户机具有不同的操作权限，这样既保证了操作安全也便于操作者了解全线的设备状况。


4.4  传动系统


4.4.1 主传动系统

主传动系统主要对轧机和卷取机进行控制，它们均使用同步交流电动机进行驱动。

同步电动机使用TRANSVECTOR®控制，用于内部时钟操作，由机器自身确定供电的频率。

从这一点来看同步机的速度控制系统就像一个直流机。并且能够获得比现代的直流机要好的速度响应时间。

主电机定子绕组上的电流控制采用西门子SIMOVERT ML交直交调速系统，该系统具有消除高次谐波和提高功率因数的主动式前端（AFE）。转子的励磁电流采用采用西门子SIMOREG DC-MASTER 6RM70全数字直流调速系统，SIMOREG DC-MASTER 6RM70调速柜可直接接到交流电网上，具有良好的控制性能。这两种传动系统均具有综合的软件开发工具和开发库，还设计有信息显示、操作员控制和监视的诊断功能。

4.4.2交流辅助调速传动系统

辅传动系统主要对一些小功率的异步电机进行控制，例如对开卷机、矫直机、张力辊以及一些小传动辊的控制。

该传动系统采用西门子的SIMOVET MASTERDIRVES 6SE70交流变频系统和交流感应电动机。SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制的变频器使用IGBT功率元件，是一种全数字技术的有电压中间回路的变频器。其优点：电源同一化，所以节省电源；要求的馈线电源低于电机总装机特点；模块化的硬件与软件达到精确配合，形成最经济的解决方案。


4.5 网络系统

GDM全称叫全局数据内存，传输率可达640M波特率，是SIMATIC TDC自动控制系统的中心部件，它使各个TDC功能单元之间实现高速通讯。

快速以太网：数据传输率100MB/S， 现采用局域网交换技术，传统的共享以太网采用CSMA/CD技术来避免冲突，即发送方检测到冲突就暂停发送，随机延迟一段时间后再重新发送直到成功，因而共享以太网的时间响应具有不确定性，不能用于强实时性场合。 而交换以太网可以克服这一缺点，其交换技术在是数据链路层进行操作，交换机将其管理的网络以星型拓扑结构划分为许多物理上互相隔离而逻辑上互相联系的节点，每一节点单独与交换机建立物理连接，在通信的时候交换机会在发送端口与接受端口间建立一个独占的全双工通道，它具有以太网的全部带宽并避免冲突。
    PROFIBUS－DP属于过程数据总线，数据传输率为9.6-12000Kbit/s，可以人为地选择其速率，传输的最远距离为9.6公里，存取方式为令牌传递方式，传输介质为屏蔽双绞两芯电缆或光缆。现场90%的检测点和控制点均进入ET200站，通过DP网实现数据传输。SIMOVERT ML 和6RM70和6SE70均通过CBP通讯模板与CPU上的PROFIBUS－DP口相连，CUVC中央模板上还留有接口通过SIMOLINK网络进行快速数据传输，进入过程数据采集计算机，对电机状态进行监视。  


5 结束语

邯钢冷轧厂的酸洗冷连轧机组具有很高的自动化水平，除入口上料和出口标签外，正常情况下生产线无需人工干预，均可全自动化运行。只是在系统出现异常，报警或发生人身事故时可以进行人工干预或停车。该机组自动化系统的硬件配置和软件实现方法都有其独到之处，硬件方面：采用分级控制和不同类型的通讯网络，实现系统的安全可靠性、传输快速性和数据实事性。软件方面：应用了西门子公司开发的扩展秒流量、AGC厚度自动控制技术、动态变规格技术、神经网络技术、平直度测量和控制技术、支撑辊偏心补偿等多项技术。这些技术的应用，使冷轧板带的产品质量和产品精度得到了大幅度的提升，对于增强邯钢冷轧产品的竞争力、增加企业效益也具有重要意义。

参考文献：[1] 张浩. 工业计算机网络与多媒体技术。北京：机械工业出版社.1998

[2] 缪学勤. 工业以太网技术的最新进展。电气时代.2004