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1．引言

    在熱軋生產(chǎn)線上，粗軋是一道重要的生產(chǎn)工序，它為精軋進一步精加工生產(chǎn)做了充分 的準備。本文是根據(jù)某熱軋廠的粗軋電氣控制系統(tǒng)改造的項目實例來對TDC 的應用實施進行闡 述。 由加熱爐加熱到目標溫度的出爐板坯首先經(jīng)過高壓水除鱗箱清除氧化鐵皮，然后進入粗軋機架區(qū)域。粗軋的主要作用是通過對加熱到目標溫度的板坯進行多道次的軋制，將帶鋼 軋薄到目標厚度，為下一步的精軋軋制做好準備。

    下面具體談一下粗軋控制系統(tǒng)的硬件配置和功能。

2．粗軋控制系統(tǒng)

    在該項目中，使用了Siemens 的SIMATIC TDC 作為控制系統(tǒng)的硬件設備。TDC 控制系 統(tǒng)是多CPU 系統(tǒng)，計算能力強、運算速度快，能夠實現(xiàn)高速、復雜的控制任務，系統(tǒng)的實 時性好，能夠實現(xiàn)開環(huán)和閉環(huán)的過程控制和計算。可以解決非常復雜的調(diào)節(jié)和各種通信任 務。

    SIMATIC TDC 具有以下突出的特性：

? 模塊化的系統(tǒng)結構，硬件可擴展；
? 采樣時間間隔短，可達100ms，特別適用動態(tài)控制任務；
? 中央處理器采用64 位結構，具有最大性能；
? 同步多處理器運行，每個機架最多可有20 個CPU；
? 可最多同步耦合44 個機架；
? 使用STEP7 組態(tài)工具進行圖形化組態(tài)：連續(xù)功能圖(CFC) 和順序功能圖（SFC）

下圖為Simatic TDC 框架的示意。

圖1：Simatic TDC 框架示意圖

    機架使用SIMATIC TDC 電磁屏蔽19" 機架UR5213，該機架允許硬件擴展，具有較高 的性能裕量。它適用于墻壁安裝和箱柜安裝，配裝有一個具有冷卻和內(nèi)部監(jiān)控功能的集成 電源。總共有21 個槽位用于擴展模板，并可通過64 位背板總線連接。對于較高的性能 要求，在一個機架內(nèi)可最多有20 個同步CPU 模板多處理器運行，可有44 個機架相互連接在一起，該項目使用的CPU 是CPU550。 I/O 模板使用SM500，SM500 I/O 模板提供有豐富的選項，用于連接分布式I/O。除了 16 點二進制輸入/ 輸出以外，它還具有8 點模擬量輸入/ 輸出以及4 點積分型模擬量輸 入。另外，還可連接4 個增量位置編碼器和4 個絕對值編碼器。使用6 個LED 指示模板 的運行狀態(tài)。 通訊模板使用CP50M0、 CP5100。通訊模板CP50M0 和CP5100 可提供高性能的通訊， 用于： 調(diào)試(CP50M0)；過程控制；HMI。它們可以控制功能強大的協(xié)議，包括：MPI； PROFIBUS DP；使用TCP/IP 或UDP 的快速以太網(wǎng)。另外，還為各種不同的CPU，提供有一個8 MB 的 通訊存儲器。 該項目使用了全局數(shù)據(jù)存儲器GDM，通過全局數(shù)據(jù)存儲器(GDM) ， 安裝有CP52x0 的 大量機架相互之間可以進行通訊（該項目使用CP52A0），運算能力幾乎可以無限制擴展。 通過光纖電纜和共享存儲器，可最多有44 個機架聯(lián)網(wǎng)。除了幾個機架之間的通訊之外， 使用GDM，還可實現(xiàn)同步( 采樣時間、時鐘時間) 和報警功能。刷新時間<1ms。 系統(tǒng)的硬件設備主要包括：5 臺SIMTIC TDC，分別用作主站和各單元的控制，通過 GDM 相連接，用于TDC 之間的快速數(shù)據(jù)交換。GDM 又與過程數(shù)據(jù)分析計算機相連。這樣可保證PDA（Process Data Acquisition）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，使處理分析結果在最短的時間得出，對故障診斷及生產(chǎn)和操作起到指導作用。4 臺HMI 操作顯示終端、1 臺HMI 服務器、1 套過程數(shù)據(jù)分析終端（PDA）、5 臺TDC 開發(fā)站、打印機等。通過Ethernet 連接了PLC 控制設備和終端設備。 SIMATIC TDC 通過PROFIBUS-DP 同遠程I/O 設備—ET200 連接。TDC 的一般的I/O 信 號都是通過ET200 遠程IO 設備相連接的，快速輸入輸出通過SM500 板來實現(xiàn)。

    該系統(tǒng)的硬件配置圖如下：

    編程使用CFC 的方式。連續(xù)功能圖的編程方式比較方便，也是應用比較多的一種編程方式。HMI 畫面用WinCC 來制作。WinCC 是一個專門用于處理生產(chǎn)和過程自動化中圖形顯示 和操作控制任務的工業(yè)和技術中樞系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)工業(yè)控制方面的圖形顯示、信息存 檔，以及報警等功能。其特點是具有強大的驅動程序界面，畫面更新快速響應，以及存檔 功能可靠，因此能保證很好的實用性。 WinCC 系統(tǒng)提供了適用于工業(yè)控制的用于圖形顯示、信息存檔的模塊以及報警模塊 等。其功能強大的驅動程序界面，畫面快速的刷新，以及安全可靠的存檔功能，保證其具 有很高的實用性。除系統(tǒng)功能外，WinCC 提供了用戶解答的開放的界面。這些界面將使得 WinCC 解決全公司范圍內(nèi)的自動化問題成為可能。其訪問存檔數(shù)據(jù)是通過標準界面ODBC 和SQL 的方法進行的。插入目標文件是通過OLE2.0 以及OLE 客戶控制（OCX）的方法來解 決的。這些技術使得WinCC 在Windows 環(huán)境下成為一個有能力的通信伙伴。

3．粗軋控制系統(tǒng)控制方式及主要功能

    該系統(tǒng)的控制方式共有三種：手動方式，半自動方式和全自動方式。 手動方式即維護操作方式。此種方式不能用于生產(chǎn)，此方式僅用于維修工作，調(diào)整工 作，換輥和標定過程。設定值只可通過手動干預相應的控制對象來進行預設定。 半自動方式即道次計劃方式。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，直接向基礎自動化裝載并進行生產(chǎn)。在半自動方式下，軋制過程所必須的傳動設備、 傳動設備組和控制功能均根據(jù)當前的道次計劃進行自動控制。在任何時間，只要不超過限 定值，手動干預都是允許的。手動干預的設定值優(yōu)先于自動狀態(tài)下的設定值傳送給基礎自 動化。 全自動方式。在該方式下，基礎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自動化系統(tǒng)，基礎自動化系統(tǒng)根據(jù)道次計劃 表中的設定數(shù)據(jù)來完成對粗軋機架和各設備的控制。軋制的流程由基礎自動化系統(tǒng)自動控 制。壓下設定值和速度設定值由基礎自動化系統(tǒng)，按照當時的板坯跟蹤狀態(tài)進行投入。必 要的材料跟蹤信號及實績值由基礎自動化系統(tǒng)傳送給過程計算機，以便過程計算機對板坯 進行跟蹤以及數(shù)學模型的計算。運行方式通過人機接口HMI 進行選擇。在全自動方式下， 軋制過程所必須的傳動設備、傳動設備組和控制功能均根據(jù)當前的道次計劃進行自動控 制。在任何時間，只要不超過限定值，手動干預都是允許的。手動干預的設定值優(yōu)先于自 動狀態(tài)下過程計算機下達的設定值。 粗軋控制系統(tǒng)主要功能有軋機壓下控制，軋線協(xié)調(diào)，材料跟蹤，設定值分配，實際值 收集，輔助的功能有側導板控制、標定、換輥等。

    下面簡要介紹一下主要的控制功能：

    軋機壓下控制是在要求時間內(nèi)將軋輥的位置自動地控制到預先給定的目標值上，使輥 縫與目標位置之差保持在允許的偏差范圍之內(nèi)。在壓下位置控制過程中，壓下位置設定值 通過過程控制計算機來設定，也可以在操作畫面上人工給出。壓下位置實際值可以通過安 裝在電動機上的脈沖編碼器所測量的脈沖數(shù)換算出來。將當時的位置實際值與位置設定值 進行比較，壓下螺絲將軋輥移動到距離設定位置允許的偏差范圍之內(nèi)。 軋線協(xié)調(diào)控制機架前后輥道以及主傳動的傳動速度控制，其次還包括進鋼條件的詢 問，過程畫面機架狀態(tài)的顯示，故障的報警，板坯的擺動等。 材料跟蹤的目的是根據(jù)材料在軋線中的位置來確定各相關設備的動作，進行設定值的 輸出。材料跟蹤功能的實現(xiàn)通過在軋線上位置準確定義的熱金屬檢測器信號、軋制力信號 和軋制方向信號來監(jiān)視和計算板坯位置。這樣就可以確定板坯頭部和尾部的位置了。當材 料到達軋線上某一特定位置時，順序控制就啟動某一設備的動作。實現(xiàn)這些動作所需要的 數(shù)據(jù)來自道次計劃表。 對于粗軋的立輥機架而言，主要是寬度的控制，包括短行程控制（SSC）和自動寬度 控制（AWC） 短行程控制（SSC）是在進行板坯頭部或尾部的軋制時，如果立輥的輥縫與在進行板 坯中部軋制時的設定輥縫相同，板坯的頭部和尾部會產(chǎn)生魚尾形狀，從而影響了產(chǎn)品的收 得率。為提高材料的利用率，減少這種現(xiàn)象的發(fā)生，要采用短行程控制。短行程控制的原 理是準確檢測板坯頭部和尾部位置，并給出相應的頭部和尾部寬度修正值。從而使頭部及 尾部板寬略寬于板坯中部。再經(jīng)過以后立輥道次的軋制，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。 自動寬度控制（AWC）就是根據(jù)軋制力誤差算出相應的寬度補償值。通過板坯各位置 的軋制力檢測就可給出相應位置的寬度修正值，這樣可以保證寬度控制精度達到理想的要 求。由于這兩種控制時間響應都要求快速響應，所以都是通過液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)的。

4．結束語

    通過使用Siemens 公司的PLC 產(chǎn)品Simatic TDC 在粗軋電氣控制系統(tǒng)上的實踐應用。 使我對Simatic TDC 的軟、硬件有了進一步的深入理解。使用CFC 的編程方式非常方便。該 粗軋電氣控制系統(tǒng)自投入運行以來，一直穩(wěn)定運行，得到了用戶的肯定.