寶鋼200mw機組基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的改造

1因數(shù)控制器系統(tǒng)總書記采用了2050噸大型候選人的主要設(shè)備。采用工藝基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的pmc216系統(tǒng)是德國sientin公司20世紀70年代的產(chǎn)品。該系統(tǒng)投產(chǎn)至今已服役十多年,存在著很多問題,如設(shè)備老化,備件訂購不到,系統(tǒng)的響應(yīng)速度慢等,已不能滿足新工藝及更高軋制節(jié)奏的要求,急需進行改造。MMC216系統(tǒng)的編程采用的是PL/M-86語言,該語言的語法結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜煩瑣,專用性很強,是一種非模塊化的編程語言,加上其和原西門子操作顯示設(shè)備COROS中的參數(shù)化表格混合使用,使程序的可讀性極差,給維護工作帶來極大不便。此次改造采用了德國Siemens公司新一代的自動化控制產(chǎn)品——SIMATICTDC系統(tǒng)。另外,此次改造還采用了Siemens公司新開發(fā)的專門用于熱軋控制的SIROLL2軟件平臺系統(tǒng)。SIROLL2是一種L0、L1、L2一體化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該軟件包編程方式采用的是LFE結(jié)構(gòu)(邏輯功能元件)。改造保留了原有系統(tǒng)成功的、成熟的工藝控制過程,在吸收和借鑒原有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,對原有的工藝進行了一定的改進和提高。例如,增加了5塊板坯跟蹤的功能;將原系統(tǒng)基于地點的跟蹤方法改為基于行程計算的精確材料跟蹤方式;新增了梯形坯控制功能與模擬軋鋼功能;HMI畫面也作了很大改進等等。2系統(tǒng)的組成2.1u3000tdc接口改造后的基礎(chǔ)自動化(簡稱BA)系統(tǒng)采用SIMATICTDC作為控制裝置,這是Siemens公司新近開發(fā)的一種工藝控制設(shè)備。TDC可以解決非常復(fù)雜的調(diào)節(jié)和各種通信任務(wù),它特別適合于軋鋼設(shè)備的控制?；A(chǔ)自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由工業(yè)以太網(wǎng)、GDM、MPI及PROFIBUS現(xiàn)場總線等組成。粗軋基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)分成主控和4個機架控制單元。每個單元對應(yīng)1臺SIMATICTDC,它們獨立地對控制對象進行控制。每個控制單元都連接到各自的傳動裝置和現(xiàn)場傳感器上,為了實現(xiàn)高速工藝控制,TDC提供了直接的接口用于連接處理器模塊和輸入/輸出設(shè)備。在新的粗軋基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)中,掛在Ethernet主干網(wǎng)上的設(shè)備主要包括:5臺SIMATICTDC控制站、3臺HMI操作顯示終端、1臺HMI服務(wù)器、1臺HMI維護及開發(fā)終端、1套過程數(shù)據(jù)分析終端(PDA)、5臺TDC開發(fā)站、3臺硬拷貝機和激光打印機、1套用于L1和過程計算機交換信息的中間橋梁的新前置機(在粗軋過程機改造完成后L1通過工業(yè)以太網(wǎng)直接和L2通信)以及閥控系統(tǒng)的SIMATICS7站等。其中SIMATICTDC控制站及PDA通過GDM互連,用于TDC之間及TDC和PDA之間的快速數(shù)據(jù)交換。SIMATICTDC通過PROFIBUS-DP同遠程I/O設(shè)備——ET200連接。另外,5臺TDC還采用MPI總線同5臺工程師開發(fā)站相連接,用于TDC的在線和遠程編程。詳見系統(tǒng)配置圖(圖1)。2.2系統(tǒng)的功能塊SIMATICTDC采用基于圖形化的SIMATIC編程工具CFC(ContinuousFunctionChart)來編程。SIMATICCFC軟件包另外還需要D7-SYS軟件包的補充,后者包含用于SIMATICTDC和特別快速的操作系統(tǒng)的功能塊。采用CFC編制的程序可以用“CFC測試模式”進行圖形化調(diào)試。實際值可以在線顯示,模塊之間的連線可以新增和修改?？梢栽诰€插入和刪除功能塊。因為需要在位于不同TDC背板中的CPU中交換數(shù)據(jù),Siemens公司采用GDM(GlobalDataMemory)來實現(xiàn)最多44個TDC機架的CPU交換數(shù)據(jù)的中央存儲,因此在一個系統(tǒng)中可以采用800個以上CPU。GDM又可與過程數(shù)據(jù)分析計算機相連。這樣可保證PDA快速收集到各臺TDC的實時數(shù)據(jù),對這些數(shù)據(jù)進行及時的處理,在最短的時間得出內(nèi)處理分析結(jié)果,對故障診斷及生產(chǎn)操作起到指導(dǎo)作用。2.3tdc軟件體系概述SIROLL2是在西門子公司MMC216和SIMADYND這兩套用于熱軋控制的專門技術(shù)的基礎(chǔ)上,專門針對SIMATICTDC這樣一套新的硬件系統(tǒng)所開發(fā)出來的,用于熱軋機組控制的應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)體系,是對熱軋控制功能的重新劃分。與原來我們所熟悉的熱軋控制功能的劃分如:材料跟蹤、速度控制、數(shù)據(jù)管理、順序控制、機架控制等不同,西門子在SIROLL2中將熱軋的粗軋機組的控制功能按LFE(LogicFunctionElement)來進行重新劃分。這些LFE分別位于不同的TDC中的不同的CPU中。3粗軋控制功能的組成信息原2050熱軋粗軋基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)由系統(tǒng)2和系統(tǒng)3兩個系統(tǒng)組成,分別承擔從除鱗機至E1/R1后輥道及從E2/R2前輥道至E4/R4后輥道的控制。原系統(tǒng)主要由三個功能組成:BLAB(板坯跟蹤)、ABLA(過程控制)、HYARA(液壓定位控制)。此次粗軋基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)改造后,由于采用SIROLL2,粗軋控制功能的劃分發(fā)生了很大的變化。下面對采用SIROLL2后新的控制功能加以簡單說明。3.1道次計劃執(zhí)行過程基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的控制方式共有三種:A方式,B方式和C方式。A方式即維修操作方式。此種方式不能用于生產(chǎn),僅用于維修工作、調(diào)整工作、換輥和標定過程。設(shè)定值只可通過手動干預(yù)相應(yīng)的控制對象來進行預(yù)設(shè)定。B方式即半自動方式。道次計劃的數(shù)據(jù)從存儲在WINCC上的道次計劃數(shù)據(jù)表取出,直接向基礎(chǔ)自動化裝載并進行生產(chǎn)。C方式即全自動方式?；A(chǔ)自動化的全部功能及過程計算機投入運行,板坯每次軋制的道次計劃數(shù)據(jù)由過程計算機傳送給基礎(chǔ)自動化系統(tǒng),由基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)來完成對各機架及設(shè)備的控制。3.2控制功能包括主tc中的控制功能3.2.1粗軋區(qū)板坯跟蹤材料跟蹤功能是對每一個機架設(shè)定一0mm位置,板坯在被粗軋區(qū)入口光電管檢測到后即開始跟蹤,并根據(jù)輥道速度計算板坯頭尾位置。板坯長度等于其頭尾位置的差值。板坯跟蹤位置可以用軋制力信號來糾偏。板坯跟蹤程序最多可以同時管理5塊板坯(原系統(tǒng)為3塊)。所以粗軋區(qū)的板坯跟蹤需要對粗軋所有板坯的材料號、板坯頭部和尾部位置、板坯位于哪個機架進行跟蹤。HMI畫面顯示整個粗軋區(qū)的板坯映象。3.2.2粗軋區(qū)時板坯跟蹤基礎(chǔ)自動化根據(jù)材料在軋機中的位置來確定各設(shè)備的動作,進行設(shè)定值的輸出。當一塊未知的新板坯進入粗軋區(qū)時,板坯跟蹤程序給其指定一個相對材料號(1～5)。該材料所請求的道次計劃存放于“緩沖區(qū)”1～5中,并在那里存放至該材料離開粗軋區(qū)為止。在收到道次切換信號后,SDH從相應(yīng)緩沖區(qū)中讀取道次設(shè)定值,并發(fā)送給相應(yīng)的控制功能(LFE),啟動相應(yīng)動作。3.2.3進鋼條件的分析軋線協(xié)調(diào)控制的功能主要是協(xié)調(diào)輥道以及主傳動的速度控制,其次還包括進鋼條件的判斷、過程畫面機架狀態(tài)的顯示、故障的報警、板坯的自動及手動擺動控制、根據(jù)板坯位置的不同啟動相應(yīng)的動作和板坯的正反向可逆軋制控制等。3.2.4粗軋區(qū)域的傳動速度其功能主要有:速度設(shè)定值的生成及分配、輥道組的馬達速度控制、立輥和水平輥的馬達速度控制、水平輥和立輥之間的張力控制、R3/R4之間的張力控制、翹扣頭控制、R4的勵磁控制等。在粗軋區(qū),傳動速度類型有很多種,包括咬鋼速度、軋制速度、拋鋼速度、傳輸速度、擺動速度、爐子速度、飛剪速度等。不同的速度進行切換時,為了防止板坯打滑,送到傳動系統(tǒng)中的速度設(shè)定值必須由最大加速度和斜坡發(fā)生器來限制。3.2.5基礎(chǔ)自動化改造這里所說的實際制收集及處理主要指過程計算機為了進行板坯跟蹤、模型計算、道次計劃下達等,而向基礎(chǔ)自動化提出實際值要求?；A(chǔ)自動化將根據(jù)板坯軋制的實際情況,將板坯所處的位置信號、軋制力、溫度、寬度及馬達電流等信號通過以太網(wǎng)發(fā)送給過程計算機。為了適應(yīng)2050熱軋的全面改造,在新過程機還沒有完成改造時新BA的TDC系統(tǒng)與舊過程機M70系統(tǒng)能夠正常通訊,設(shè)計了一套新的前置機IPC0來實現(xiàn)電文的轉(zhuǎn)發(fā)。L1及L2全部改造完成后,將取消前置機,TDC直接和新過程機進行通訊。3.2.6模擬鉻sil新的2050粗軋基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)中編制了三種模擬軋鋼程序。(1)模擬軟件功能如果某一功能沒有完成而希望對整個系統(tǒng)的軟件進行聯(lián)合測試,可編制一模擬程序?qū)υ摴δ苓M行模擬。(2)從軟件模擬的方法上模擬法在進行軟件測試或調(diào)試期間,很多現(xiàn)場設(shè)備的實際信號收集不到,為了提高軟件調(diào)試的效果,可采用軟件模擬的辦法來模擬現(xiàn)場的實際位置、實際軋制力、實際溫度、實際電流、實際寬度、實際厚度等信號。(3)從軟件的模擬試驗,主要有在現(xiàn)場設(shè)備要投入運轉(zhuǎn),但并沒有真正的板坯投入軋制時,有些信號就收集不到(如:光電管信號,軋制力等)。對于那些收集不到的實際值信號必須用軟件來進行模擬,這樣可以檢驗軟件編制的正確性和設(shè)備是否正常。另外,在與模擬軋鋼有關(guān)的LFE中都有相應(yīng)的SIL模擬軋鋼程序,以完成主SIL下達的指令,并為主SIL收集或模擬實際制,生成模擬軋鋼的聯(lián)鎖條件等。3.3四個臺賬法控制tdc中的控制功能3.3.1u3000dc的軋線、聯(lián)鎖控制方式在主TDC中已經(jīng)有一個負責整個粗軋區(qū)域的軋線協(xié)調(diào)功能LCO,但要它負責各機架所有具體設(shè)備的控制有一定困難。所以,在各機架對應(yīng)的TDC中設(shè)置了專門負責各相應(yīng)機架設(shè)備的軋線協(xié)調(diào)功能,以根據(jù)板坯跟蹤的具體位置和SDH下達的指令并加入必要的聯(lián)鎖條件來運轉(zhuǎn)1～4號機架所對應(yīng)的具體設(shè)備。另外SCO還要收集現(xiàn)場ET200的信號,然后送各LFE作為聯(lián)鎖控制用,同時從各LFE搜集需要輸出的信號,送現(xiàn)場的相應(yīng)設(shè)備。SCO功能還負責與各機架其它功能和主TDC中的LCO功能之間的軟件信號接口。3.3.2冷卻控制功能SSF的主要功能為:(1)完成立輥的冷卻控制和相應(yīng)的通訊功能、模擬程序功能;(2)完成水平輥的冷卻控制、除鱗水控制和相應(yīng)的通訊功能、模擬程序功能等。3.3.3接觸馬達的位置控制這里指1號與2號機架前后側(cè)導(dǎo)板(直流)、3號及4號機架前側(cè)導(dǎo)板(交流)的定位控制。直流馬達的位置控制的基本過程如下:在指定時刻將被控對象的位置自動地控制到預(yù)先給定的目標值上。交流馬達的位置控制即三點式調(diào)節(jié)。當進行三點式調(diào)節(jié)時,它會在設(shè)定值和實際值之間的差值為一定值時讓電機停轉(zhuǎn)。由于傳動的制動特性各不相同,因此可能出現(xiàn)某一傳動的偏差不恒定。為此,采用一種叫做“補充節(jié)拍”功能,其原理為設(shè)定值一直短時加上,直到達到傳動偏差為止。另外,在程序中還為三點式調(diào)節(jié)器采用了一個自學(xué)習(xí)的功能,在“補充節(jié)拍”出現(xiàn)時它會對預(yù)停點進行校正。3.3.4標定要點換輥控制包括立輥和水平輥的換輥?；A(chǔ)自動化中的換輥程序主要是實現(xiàn)對扁頭的功能和壓下定位到換輥位置。標定功能包括立輥、水平輥和導(dǎo)板的標定。在下列情況下必須進行機架標定:每次換輥后;在掉電或自動化系統(tǒng)復(fù)位后軟件內(nèi)標定點丟失了。在較長停車時間后也應(yīng)該對機架進行標定。3.3.5sds的控制在這里水平輥的壓下控制是指水平輥的電動壓下控制(EGC),具體的控制功能包括:直流壓下馬達的電動位置控制,壓下監(jiān)控,水平輥傾斜控制和水平輥耦合器開閉控制等。SDS有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種,開環(huán)控制主要用于手動控制,而自動控制是通過閉環(huán)控制來實現(xiàn)的。手動控制包括耦合器的控制,DS側(cè)、OS側(cè)預(yù)選控制,水平輥的整體壓下控制,水平輥的傾斜控制等。自動控制包括輥縫設(shè)定值生成,自動壓下的閉環(huán)控制等。3.3.6立輥液壓控制的控制立輥的壓下控制包括電動壓下控制(EGC)和液壓壓下控制(HGC)。其具體的控制功能包括:直流壓下馬達的電動位置控制、液壓動態(tài)輥縫控制、壓下監(jiān)控及立輥平衡控制等。立輥電動壓下直流馬達的位置控制的基本過程同水平輥。立輥的液壓輥縫控制主要是根據(jù)過程計算機中寬度控制的各個功能(PWC、AWC和SSC)的模型計算值及實際的輥縫位置反饋值,在軋鋼過程中動態(tài)調(diào)節(jié)各立輥的上下液壓缸的位置,以實現(xiàn)理想的板坯寬度控制功能,達到理想的板坯控制精度和板坯頭尾形狀。3.3.7保持負載的立輥輥縫值立輥的寬度控制功能是在WCT(WidthControl)中實現(xiàn)的。WCT的任務(wù)是保持負載的立輥輥縫值,也就是板坯的寬度在整個板坯長度方向保持恒定。該功能的輸出值是立輥輥縫的位置附加設(shè)定值(△)。寬度控制功能(WCT)主要包括短行程控制(SSC)、自動寬度控制(AWC)、連續(xù)前饋寬度控制(PWC)和梯形坯控制功能(TSC)。(1)ssc短行程控制板坯頭部或尾部在軋制時,如果立輥的輥縫與帶鋼中部的輥縫相同,就會在易發(fā)生形變的板坯的頭部和尾部產(chǎn)生魚尾形狀,從而影響了產(chǎn)品的利用率。生產(chǎn)實踐證明:板坯越寬、厚度越小、側(cè)壓量越大,所產(chǎn)生的魚尾形狀越明顯。為提高材料的利用率,減少這種現(xiàn)象的發(fā)生,在E1～E4采用SSC(ShortStrokeControl)短行程控制。其原理是:以大側(cè)壓調(diào)寬時板坯頭尾部收縮的輪廓線為基準,在軋制過程中控制軋機的輥縫,不斷跟蹤基準輪廓曲線,并按與之對稱而相反變化的曲線進行實時動態(tài)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)準確檢測板坯頭部和尾部位置,并給出相應(yīng)的頭部和尾部寬度修正值,以補償側(cè)壓變形量,從而使頭部及尾部板寬略寬于板坯中部。再經(jīng)過以后水平輥道次的軋制,頭部和尾部又趨近于正常的和中部差不多的寬度,從而提高板坯收得率。為此,過程計算機根據(jù)板坯的側(cè)壓量、寬度、溫度和材質(zhì)為板坯計算出一條短行程控制曲線Y=f(x)。在板坯頭部和尾部長度可定義的范圍內(nèi),Y值隨著板坯位置x而變化。老的基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)也采用了SSC功能,但其控制曲線為三點式;而新系統(tǒng)采用了三點式、高斯曲線和多項式三種模式。(2)u3000軋軋機根據(jù)輥縫變化而變化在熱軋機中機架的彈性變形不容忽視。典型的機架剛度約為200T/mm,而板坯溫度每變化50K就會引起軋制力變化約20%。因而10MN就會變?yōu)?MN,這就會使得輥縫變化1mm。另外軋制力及負載輥縫會因板坯入口厚度以及化學(xué)成分的不同而變化。AWC的任務(wù)就是根據(jù)機架的剛度系數(shù)Cg、板坯實際寬度等,為立輥壓下系統(tǒng)計算出壓下設(shè)定值,以消除上述影響,維持恒定的立輥負載輥縫值,獲得恒寬的板坯。(3)立輥應(yīng)對不同區(qū)域的動態(tài)動態(tài)方式引起的熱波動PWC功能主要用于校正因水印點而造成軋制時在寬度上所產(chǎn)生的誤差。板坯在加熱爐中由于步進梁所造成的水印點的溫度低于板坯的其他部分,這就會造成水平輥在長度方向上軋制力的波動。立輥機架的PWC就是根據(jù)水平輥機架在反道次軋制時記錄的板坯不同位置的軋制力測量值,由基礎(chǔ)自動化判斷出板坯上水印點的位置,并在正向道次軋制時增大這些點的側(cè)壓量,從而使水平輥軋制后的板寬達到希望的寬度。這就是PWC(Progresi