1 前言 濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司和馬來西亞合資興建的濟(jì)鋼（馬）中板廠于1996年建成投產(chǎn)，四輥軋機(jī)一直采用電動(dòng)壓下。為了更好的控制板形，提高鋼板質(zhì)量，決定投資上一套液壓AGC系統(tǒng)。在2007年3月至4月利用濟(jì)鋼（馬）中板廠大修改造時(shí)間進(jìn)行了設(shè)備安裝與調(diào)試。改造后的液壓AGC控制系統(tǒng)采用德國SIEMENS公司的SIMATIC TDC全數(shù)字控制系統(tǒng)，系統(tǒng)改造非常成功，投運(yùn)至今沒有出現(xiàn)任何故障。 2 SIMATIC TDC概述 由于中板生產(chǎn)的特殊性，要想獲得理想的產(chǎn)品質(zhì)量，液壓AGC技術(shù)是必不可少的，而AGC要取得理想的效果，首先要求控制系統(tǒng)必須快速、可靠。隨著對國內(nèi)市場的不斷開發(fā)，作為世界聞名的自動(dòng)化公司，SIEMENS公司的產(chǎn)品在國內(nèi)工廠中的占有率已經(jīng)名列前矛，SIMATIC TDC （SIMATIC Technology and Drive Control），即工藝和驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)。它一種多處理器自動(dòng)化系統(tǒng)，擅長解決處理復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)、控制和通訊任務(wù)，是對 SIMATIC S7 理想的擴(kuò)充。組態(tài)和編程使用SIMATIC 工具進(jìn)行，是西門子全集成自動(dòng)化理念中的一部分。 SIMATIC TDC是一種實(shí)時(shí)多任務(wù)的分布式數(shù)字控制系統(tǒng)，具有運(yùn)行速度快、可靠性高、功能強(qiáng)大且容易組態(tài)等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)液壓AGC功能的一種理想的控制系統(tǒng)。 特點(diǎn)如下： （1）模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件可擴(kuò)展。 （2）采樣時(shí)間間隔短，可達(dá)100us，特別適用動(dòng)態(tài)控制任務(wù)。 （3）中央處理器采用64位結(jié)構(gòu)，具有最大性能。 （4）同步多處理器運(yùn)行，每個(gè)機(jī)架最多可有20個(gè)CPU。 （5）可最多同步耦合44個(gè)機(jī)架，可以同時(shí)836個(gè)CPU同步運(yùn)行。 （6）使用STEP7組態(tài)工具進(jìn)行圖形化組態(tài)：連續(xù)功能圖（CFC）和順序功能圖（SFC）。 （7）標(biāo)準(zhǔn)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。 3 系統(tǒng)配置說明 與目前國際上通用的中板軋機(jī)AGC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式一樣，濟(jì)鋼（馬）中板廠的四輥軋機(jī)液壓AGC控制系統(tǒng)采用兩級結(jié)構(gòu)，即過程控制級和基礎(chǔ)自動(dòng)化級。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一。 過程控制級包括：過程計(jì)算機(jī)、與基礎(chǔ)自動(dòng)化進(jìn)行通訊的交換機(jī)、前端客戶機(jī)等。 基礎(chǔ)自動(dòng)化級包括：執(zhí)行HGC、AGC等功能的板軋機(jī)控制器（SIMATIC TDC）、遠(yuǎn)程I/O接口、檢測儀表和操作監(jiān)控裝置。 [align=center] 圖一 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 3.1 過程控制級 過程計(jì)算機(jī)的服務(wù)器由1臺HP公司的ML150構(gòu)成，安裝在主電室值班室。 過程計(jì)算機(jī)與板軋機(jī)控制器的通訊采用以太網(wǎng)，因此在系統(tǒng)中配置1臺SIEMENS公司的交換機(jī)作為主交換機(jī)。過程計(jì)算機(jī)通過1000M網(wǎng)卡接入交換機(jī)，板軋機(jī)控制器通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊處理器經(jīng)交換機(jī)與過程計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。 過程計(jì)算機(jī)的編程語言采用VC++。 過程計(jì)算機(jī)中同時(shí)運(yùn)行SQL SERVER數(shù)據(jù)庫軟件，用于開發(fā)PDI界面及相關(guān)數(shù)據(jù)庫文件等。 過程機(jī)客戶端有2臺，選用SIEMENS工控機(jī)IL43V2型，其中1臺放置在精軋主操作臺，1臺作為PDI計(jì)算機(jī)，放置在加熱爐出爐操作室。 3.2基礎(chǔ)自動(dòng)化級 基礎(chǔ)自動(dòng)化級 包括1個(gè)SIMATIC TDC機(jī)架、三臺WinCC監(jiān)控站（HMI）、兩個(gè)ET200站和一個(gè)S7-300站。 3.2.1 SIMATIC TDC機(jī)架 液壓AGC控制器采用SIEMENS公司的SIMATIC TDC系統(tǒng), SIMATIC TDC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它以一個(gè)21槽機(jī)架作為框架，用于擴(kuò)展模板，并可通過64 位背板總線連接。其中包括兩個(gè)CPU 模塊CPU551， CPU551 適用于具有較高運(yùn)算要求的開環(huán)和閉環(huán)控制任務(wù)。它采用64 位RISC 技術(shù)設(shè)計(jì)，擁有一個(gè) 32 MB的用戶儲(chǔ)器和插入式儲(chǔ)器模塊。第一個(gè)CPU中運(yùn)行電動(dòng)APC軟件，第二個(gè)CPU中運(yùn)行AGC軟件及AGC邏輯控制軟件。SM500 I/O 模板提供有豐富的選項(xiàng)，用于連接分布式I/O，有AI、AO、DI、DO及脈沖輸入等接口，主要用于采集電動(dòng)壓下碼盤，AGC位移傳感器，AGC壓力傳感器，鋼坯溫度及四輥主傳動(dòng)控制系統(tǒng)電壓、電流、轉(zhuǎn)速、力矩等信息；控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)（壓下電機(jī)、伺服閥）。通訊模板 CP50M0可提供高性能的通訊，通過PROFIBUS DP將SIMATIC TDC與ET200站、S7－300站相連接。通訊模板 CP51M1亦可提供高性能的通訊，通過以太網(wǎng)將SIMATIC TDC與過程機(jī)、WinCC監(jiān)控站（HMI）相連接。SIMATIC TDC結(jié)構(gòu)配置如圖二。 [align=center] 圖二 SIMATIC TDC結(jié)構(gòu)配置圖[/align] 3.2.2 WinCC監(jiān)控站 共有三臺WinCC監(jiān)控站（HMI），一臺HMI放置在四輥操作室作為WinCC客戶端，一臺放置在三輥操作室作為WinCC客戶端，主電室放置一臺作為WinCC服務(wù)器。HMI用工控機(jī)采用SIEMENS工控機(jī)IL43V2型，HMI運(yùn)行的監(jiān)控軟件為SIEMENS公司的WINCC。HMI經(jīng)過以太網(wǎng)卡與板軋機(jī)控制器SIMATIC TDC進(jìn)行通訊。 監(jiān)控站顯示的內(nèi)容有AGC的圖形、數(shù)據(jù)等，還有軟開關(guān)供操作工操作。 WINCC除顯示相關(guān)信息，還具下述功能： 人工或半自動(dòng)時(shí)的規(guī)程存儲(chǔ)與修改功能。 規(guī)程存儲(chǔ)功能主要是為在過程計(jì)算機(jī)未投入使用時(shí)，采用的人工設(shè)定方法。 在SIMATIC TDC系統(tǒng)中，暫定存儲(chǔ)當(dāng)班的軋制規(guī)程8種。其余待軋規(guī)程（均由人工輸入）存儲(chǔ)在WINCC系統(tǒng)中。 在每次接班時(shí)，根據(jù)本班生產(chǎn)計(jì)劃，由操作工將待軋鋼種規(guī)格的規(guī)程從WINCC系統(tǒng)調(diào)入SIMATIC TDC系統(tǒng)。 在軋制過程中，若需要改變規(guī)程，可利用操作臺"規(guī)程前翻后翻"開關(guān)從SIMATIC TDC存儲(chǔ)的8種規(guī)程中選擇。 在軋制時(shí)， 操作人員可采用以下方法對規(guī)程加以修改： 微升/微降：用WINCC操作站微升/微降按鈕， 將本道次和后續(xù)道次的輥縫值增加/減少0.05mm， 并一直保存到更換來料的鋼種規(guī)格。 強(qiáng)制設(shè)定：按下WINCC操作站強(qiáng)制設(shè)定按扭， 然后用鍵盤對當(dāng)前規(guī)程值加以修改，再次按下強(qiáng)制設(shè)定按鈕， 修改完成。 如果在WINCC操作站中未存待軋鋼種規(guī)格的規(guī)程， 可在操作站上用鍵盤按照畫面上的要求輸入數(shù)據(jù)，直至全部規(guī)程輸入完畢。 3.2.3 ET200站、S7-300站 SIMATIC TDC通過DP網(wǎng)與兩個(gè)ET200站和一個(gè)S7-300站通訊。 其中操作臺ET200站作為TDC的遠(yuǎn)程I/O，通過一根通訊電纜將軋鋼操作臺上的按鈕、指示燈、顯示儀表等與TDC連接起來，大大減小了電纜數(shù)量；軋機(jī)信號ET200站則用于連接一些軋機(jī)主傳動(dòng)信號（轉(zhuǎn)矩、電流、速度等）。AGC液壓站S7-300作用是建立液壓系統(tǒng)與SIMATIC TDC控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖，以及實(shí)現(xiàn)精軋操作臺對液壓站的遠(yuǎn)程控制。同時(shí)完成對液壓站的啟停控制及信號監(jiān)測。 3.2.4 檢測系統(tǒng)： 壓下控制系統(tǒng)的檢測系統(tǒng)包括電動(dòng)壓下碼盤、液壓AGC位移傳感器及壓力傳感器、測溫儀、熱金屬檢測器等。 3.2.5 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 壓下控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)壓下和液壓壓下兩部分組成。電動(dòng)壓下的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是壓下電機(jī)，由SIMATIC TDC系統(tǒng)計(jì)算出壓下速度設(shè)定值并輸出相應(yīng)的電壓信號，控制壓下電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)壓下螺絲上下移動(dòng)；液壓壓下的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服閥，其控制信號也由SIMATIC TDC系統(tǒng)通過模擬量給出，控制伺服閥的開口方向和開口度，驅(qū)動(dòng)油缸上下移動(dòng)。 4系統(tǒng)軟件功能 濟(jì)鋼（馬）中板廠的四輥軋機(jī)現(xiàn)主要用于精軋，壓下控制系統(tǒng)采取“液壓全程”方式，油缸最大行程為80mm，正常工作行程為0－60mm。同時(shí)，控制系統(tǒng)中還預(yù)留、設(shè)計(jì)了單機(jī)架軋鋼的功能，一旦需要，很快就可以調(diào)試投用。利用SIMATIC TDC編程軟件CFC開發(fā)的用戶程序,建立了各種控制的數(shù)學(xué)模型，具有APC（位置自動(dòng)控制）、AGC（厚度自動(dòng)控制）、自動(dòng)輥縫清零（或叫自動(dòng)壓靠）、保護(hù)（過壓、過壓差、液柱過高或過低等）等自動(dòng)功能，以及輥縫微調(diào)、鐮刀彎調(diào)節(jié)等人工干預(yù)功能。 下圖是CFC開發(fā)的用戶程序示例： 4.1 APC（位置自動(dòng)控制） 在實(shí)際軋鋼過程中，控制系統(tǒng)根據(jù)過程控制機(jī)下達(dá)的設(shè)定位置，通過調(diào)節(jié)伺服閥控制油缸的移動(dòng)，使軋輥到達(dá)目標(biāo)位置（定位精度為±0.01mm）。（在單機(jī)架生產(chǎn)時(shí)，則首先通過壓下電機(jī)，控制壓下螺絲動(dòng)作使軋輥到達(dá)某一范圍即停下來，再通過調(diào)節(jié)伺服閥控制油缸的移動(dòng)，來補(bǔ)償電動(dòng)定位誤差，使APC的最終定位精度達(dá)到±0.01mm。） 4.2 AGC（厚度自動(dòng)控制） 包括絕對值和相對值兩種。在過程控制級投用時(shí)，采取絕對值A(chǔ)GC方式，由過程控制機(jī)向SIMATIC TDC發(fā)送每一道次的壓力設(shè)定值和輥縫設(shè)定值，SIMATIC TDC則根據(jù)實(shí)測壓力計(jì)算出AGC調(diào)節(jié)量；在過程控制級未投用時(shí)，采取相對值A(chǔ)GC方式，過程控制機(jī)不參與控制，SIMATIC TDC在咬鋼以后鎖定一個(gè)壓力值作為本道次的壓力設(shè)定值，然后將實(shí)測壓力和此設(shè)定值比較，計(jì)算出AGC調(diào)節(jié)量。AGC調(diào)節(jié)量被疊加到輥縫設(shè)定值中，控制輥縫動(dòng)態(tài)調(diào)整以減小同板差。 4.3自動(dòng)輥縫清零（或叫自動(dòng)壓靠） 包括電動(dòng)輥縫清零和液壓輥縫清零。當(dāng)需要做輥縫標(biāo)定（清零）時(shí)，操作人員只需在操作臺上將相應(yīng)的開關(guān)扳到“壓靠”位置，油缸間自動(dòng)下壓到1250噸（可以更改壓力設(shè)定值），并保持5秒，自動(dòng)將將液壓輥縫清零。 4.4保護(hù) 為了保證設(shè)備和系統(tǒng)的安全可靠，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多種保護(hù)措施。如過壓保護(hù)（壓力和）、過壓差保護(hù)，當(dāng)兩側(cè)壓力和超過3000t或兩側(cè)壓力差大于500t時(shí)，立即打開快泄閥，使油缸中的液壓油迅速流回液壓站，從而使軋輥快速抬升，保護(hù)軋輥；液柱過高或過低保護(hù)，由于油缸行程的限制，對其中的液柱高度就有一定的要求，如果液柱過高或過低則表明系統(tǒng)不正常，立即打開快泄閥。當(dāng)這些保護(hù)或其它故障現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，在WinCC監(jiān)控站上會(huì)立即顯示出相應(yīng)的報(bào)警信息來。 4.5 人工干預(yù) 為了操作的靈活、方便，該系統(tǒng)保留了一些人工干預(yù)功能。例如在自動(dòng)軋鋼時(shí)，操作工可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況，稍微調(diào)大或調(diào)小輥縫設(shè)定值，以得到最佳產(chǎn)品厚度；也可以稍微調(diào)大或調(diào)小輥縫差設(shè)定值，以得到最理想的板形。同時(shí)，該系統(tǒng)具有記憶功能，在進(jìn)行大批量的同一規(guī)格產(chǎn)品軋制時(shí)，操作工可以將某一塊鋼板的軋制表記憶下來作為該規(guī)格后面產(chǎn)品的軋制規(guī)程。另外，本系統(tǒng)還具有半自動(dòng)和全手動(dòng)軋鋼功能。半自動(dòng)是由操作工來控制道次的切換，而由計(jì)算機(jī)來擺輥縫；全手動(dòng)則是在油缸中保持一固定高度的液柱，而完全由操作工手動(dòng)控制電動(dòng)壓下螺絲來擺輥縫軋鋼。 5運(yùn)行效果 濟(jì)鋼（馬）中板廠四輥軋機(jī)改造后的壓下控制系統(tǒng)自從2007年4月投用以來，運(yùn)行非?？煽?，沒有出現(xiàn)過任何系統(tǒng)故障，并且具有定位精度高（定位誤差≤±0.01mm）、操作靈活、容易維護(hù)、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。