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　　摘要：本文講述了液壓AGC在軋鋼工藝中的原理，SIEMENS TDC的特點及其軟硬件功能，濟鋼中板廠在原來電動壓下的基礎上改造設計液壓壓下，整合了粗軋、精軋兩軋機壓下系統(tǒng)，并詳述了其應用后的情況。

　　關鍵詞：液壓AGC  SIEMENS TDC  軋機

　　一、液壓AGC在軋鋼工藝中的原理

　　中厚鋼板質(zhì)量指標中，厚度的尺寸精度和厚度在全長上的均勻性，以及板型好壞都是十分重要的。近些年來，為了盡量縮小鋼板的厚度偏差、保證厚度的均勻性，防止?jié)撛诘暮捅憩F(xiàn)的板形不良，在中厚鋼板生產(chǎn)中采用了一系列新的控制和檢測技術。中厚鋼板軋制過程是軋機與軋件相互作用的過程，軋機受力產(chǎn)生彈性變形，軋件受力產(chǎn)生塑性變形，兩者的狀況可以用彈塑性曲線（P-H圖）來進行描述，將彈塑性曲線與塑性曲線繪制在同一坐標之內(nèi)，即得到了軋制狀態(tài)下的彈塑性曲線。因此，可以說如何有效利用軋制狀態(tài)下彈塑性曲線來控制鋼板厚度和板形，是現(xiàn)代軋制工藝的一個重要課題。

　　以軋制狀態(tài)下的彈塑性曲線為基礎，在實際的厚度控制過程中，通過測厚儀、測壓儀、輥縫儀等檢測手段對軋制過程中的軋件厚度（入口或出口的厚度）進行間接或直接的測量，并將實測值與給定的目標值進行比較。控制系統(tǒng)將比較后的偏差信號進行處理后，輸出控制信號，指揮壓下系統(tǒng)動作，使出口厚度被控制在所要求的偏差范圍之內(nèi)。這就是中厚鋼板軋制厚度控制原理。

　　為了實現(xiàn)軋制厚度的要求，在中國軋鋼行業(yè)經(jīng)過長期的實踐并總結出，采用液壓AGC系統(tǒng)能夠很好的解決鋼板厚度軋制工藝要求，這項技術具有輥縫位置自動控制（APC系統(tǒng)）、厚度自動控制（AGC系統(tǒng)）、糾偏的軌跡系統(tǒng)、軋制力過載保護系統(tǒng)和快速抬輥系統(tǒng)。

　　二、濟鋼中板液壓AGC改造方案

　　濟鋼中板廠于2004年初在精軋機上投用了液壓AGC，控制系統(tǒng)選用西門子控制器—SIMADYN D；由于SIMADYN D控制器是西門子十多年前的產(chǎn)品，備件采購及系統(tǒng)維護都不方便，決定對精軋控制器硬件系統(tǒng)進行升級。結合粗軋AGC項目，將兩套軋機AGC控制系統(tǒng)合二為一，共用一套TDC系統(tǒng)同時實現(xiàn)粗、精軋的液壓AGC控制：即只需在粗軋AGC控制系統(tǒng)TDC控制器的基礎上，增加少量的模板，如此不僅降低了硬件投資，而且也更利于粗、精軋AGC系統(tǒng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)工作，從而取得更好的控制效果。

　　三、TDC系統(tǒng)概述和特點

　　3.1 為了實現(xiàn)液壓AGC的工藝要求，控制系統(tǒng)采用SIMATIC TDC （SIMATIC Technology and Drive Control），即工藝和驅(qū)動自動化系統(tǒng)。它是一種多處理器自動化系統(tǒng)，擅長解決處理復雜的驅(qū)動、控制和通訊任務，是對 SIMATIC S7 理想的擴充。組態(tài)和編程使用SIMATIC 工具進行，是西門子全集成自動化理念中的一部分。TDC由一個或多個模板機架組成，多處理器運行方式可以實現(xiàn)性能的幾乎無限制擴展。

　　SIMATIC TDC采用自由組態(tài)、模塊化的設計思想，使得系統(tǒng)的結構便于擴展。系統(tǒng)可以快速實現(xiàn)閉環(huán)和開環(huán)控制、算術運算以及系統(tǒng)監(jiān)視和信號通訊等功能。SIMATIC TDC擁有一套完整的模塊化硬件和軟件設計模式，能夠保證硬件滿足各種系統(tǒng)的設計要求。SIMATIC TDC尤其適用與相互關聯(lián)的高精度控制系統(tǒng)。

　　SIMATIC TDC系統(tǒng)采用STEP/CFC組態(tài)語言，計算機用戶界面十分友好，易與操作和掌握，適合于從簡單到復雜的控制系統(tǒng)的要求。簡單任務可以組態(tài)在一個功能包中，較復雜的任務則可由幾個功能包共同完成。對于復雜的功能，可由幾個處理器組合在一個SIMATIC TDC控制單元中來完成；更高級的系統(tǒng)則由幾個SIMATIC TDC控制單元組合在一起，通過通訊連接交換數(shù)據(jù)來達到設計要求。

　　SIMATIC TDC采用的是實時操作系統(tǒng)（固定時隙為25 ?s），采樣速度很快（最短為100?s），強大的循環(huán)處理，高達5種采樣時間（T1～T5）；能夠處理周期任務（T0）和中斷（I1～I8八級中斷）任務。基于基本采樣時間T0，可以定義5種采樣時間的周期任務（T1～T5）以處理不同實時性要求的任務，其中T1～T5與T0的關系是SIMATIC TDC的處理機制如下圖所示，這樣的任務處理機制能夠滿足實時控制系統(tǒng)的要求。

　　3.2  SIMATIC TDC的突出特性：

  　（1）模塊化的系統(tǒng)結構，硬件可擴展；

　　（2）采樣時間間隔短，可達100us，特別適用動態(tài)控制任務；

　　（3）中央處理器采用64位結構，具有最大性能；

　　（4）同步多處理器運行，每個機架最多可有20個CPU；
　　
　　（5）可最多同步耦合44個機架，可以同時836個CPU同步運行；
　　
　　（6）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）；

　　（7）標準的一致性使用，例如PROFIBUS DP、工業(yè)以太網(wǎng)和SIMATIC WinCC，使得 SIMATIC TDC 的使用非常方便。

　　四、軋機AGC系統(tǒng)整體設計結構

　　4.1 粗軋機AGC系統(tǒng)總體結構

    單機架粗軋機AGC系統(tǒng)的結構與精軋機AGC結構相同，由下列部分組成：

    1） 基礎自動化系統(tǒng)

    2） 過程計算機系統(tǒng)

    3） 監(jiān)控系統(tǒng)

    4） 操作臺

    5） 檢測儀表

    6） 執(zhí)行系統(tǒng)包括液壓缸、壓下傳動系統(tǒng)。

　　設計中原定系統(tǒng)為SIEMENS的SIMADYN D系統(tǒng)，根據(jù)目前技術進展情況，將該系統(tǒng)改型為SIEMENS的TDC系統(tǒng)，該系統(tǒng)性能比SIMADYND系統(tǒng)強多倍，是目前SIEMENS公司的主流控制器。原設計監(jiān)控系統(tǒng)為單用戶WINCC，改為SERVER/CLIENT方式的WINCC系統(tǒng)，即設置一臺服務器運行WINCC SERVER和WINCC 64KRC，在精軋和粗軋操作臺各設置1臺WINCC CLIENT，運行WINCC 128點RT。

　　4.2 精軋機AGC系統(tǒng)總體結構

    精軋機AGC系統(tǒng)由下列部分組成：

    1） 基礎自動化系統(tǒng)，升級為SIEMENS公司的TDC

    2） 過程計算機系統(tǒng)，由HP公司服務器承擔，主要任務是進行精軋機的規(guī)程設定計算

    3） 監(jiān)控系統(tǒng)，由SIEMENS的單用戶WINCC監(jiān)控系統(tǒng)承擔

    4） 操作臺（利舊）

    5） 檢測儀表（利舊）

　　6） 執(zhí)行系統(tǒng)包括液壓缸、壓下傳動系統(tǒng)。

　　4.3 軋區(qū)自動化系統(tǒng)整合后的結構

　　在本次升級過程中將粗軋精軋兩套系統(tǒng)進行整體設計，共用一套TDC控制器，整合為一個完整的系統(tǒng)。具體方案如下：

　　1.  精軋控制系統(tǒng)與粗軋控制系統(tǒng)共用一套TDC。

　　2.  粗軋和精軋共用一套過程計算機，運行規(guī)程設定軟件，對整個軋區(qū)進行數(shù)據(jù)設定，并由過程計算機統(tǒng)一進行節(jié)奏控制。

　　3.  過程顯示系統(tǒng)WINCC也運行在一臺服務器上，目的是粗軋和精軋運行同一套顯示畫面，可使兩個操作臺同時相互監(jiān)控。

　　4. 對整個軋區(qū)的數(shù)據(jù)管理也整合為一個數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理。

　　5.  系統(tǒng)控制柜共用一個，便于系統(tǒng)布線及維護。

　　6.  操作臺利舊。

　　整個軋區(qū)系統(tǒng)示意圖如下：

　　經(jīng)過整合的系統(tǒng)在功能上與原系統(tǒng)方案一致，由于形成了整體的系統(tǒng)架構，一方面功能分配合理性增強，此外還統(tǒng)一了與其他系統(tǒng)的通信渠道。

　　五、結束語

　　整個系統(tǒng)設計施工完成后，由于采用了強大穩(wěn)定的SIMATIC TDC控制系統(tǒng)，以前經(jīng)常出現(xiàn)網(wǎng)絡癱瘓，上位機死機等情況得到了徹底的解決。現(xiàn)場的檢測、傳感元件信號直接進TDC控制系統(tǒng)，大大減少了由于現(xiàn)場復雜環(huán)境引起的信號干擾、線路損壞等設備故障。上位機通訊采用的是服務器—客戶機連接，上位機只是簡單的接收和發(fā)送過程，其余的工作都由服務器來完成，所以網(wǎng)絡速度得到大幅度的提升。整合后兩機架采用一套控制系統(tǒng)，設備數(shù)量大大減少，降低了系統(tǒng)購置成本以及備件庫存成本。同時兩軋機的軋制數(shù)據(jù)還可共享使用，操作人員可以很方便的了解到目前的壓下制度，速度制度，溫度制度和輥型制度，可以根據(jù)鋼板的技術要求、原料條件、溫度條件和生產(chǎn)設備的實際情況，來確定各道次的實際壓下量、空載輥縫和軋制速度等參數(shù)，并在軋制過程中加以修正和應變處理，達到充分發(fā)揮設備潛力、提高產(chǎn)量、保證質(zhì)量、操作方便、設備安全的目的。

　　作者簡介：

　　李德松  男   工學碩士  濟南鋼鐵集團馬來西亞中板廠 中級工程師 主要從事軋鋼行業(yè)自動化系統(tǒng)和電氣傳動自動化系統(tǒng)的設計、實施和維護。

　　陳錦標   男  工學學士  濟南鋼鐵集團中板廠 高級工程師 主要從事軋鋼行業(yè)自動化系統(tǒng)和電氣傳動自動化系統(tǒng)的設計和項目管理。