1 前言 濟南鋼鐵集團總公司和馬來西亞合資興建的濟鋼（馬）中板廠于1996年建成投產(chǎn)，四輥軋機一直采用電動壓下。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月利用濟鋼（馬）中板廠大修改造時間進行了設(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)動自動化系統(tǒng)。它一種多處理器自動化系統(tǒng)，擅長解決處理復(fù)雜的驅(qū)動、控制和通訊任務(wù)，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。 SIMATIC TDC是一種實時多任務(wù)的分布式數(shù)字控制系統(tǒng)，具有運行速度快、可靠性高、功能強大且容易組態(tài)等特點，是實現(xiàn)液壓AGC功能的一種理想的控制系統(tǒng)。 特點如下： （1）模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，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(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(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AGC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式一樣，濟鋼（馬）中板廠的四輥軋機液壓AGC控制系統(tǒng)采用兩級結(jié)構(gòu)，即過程控制級和基礎(chǔ)自動化級。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一。 過程控制級包括：過程計算機、與基礎(chǔ)自動化進行通訊的交換機、前端客戶機等。 基礎(chǔ)自動化級包括：執(zhí)行HGC、AGC等功能的板軋機控制器（SIMATIC TDC）、遠程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 過程計算機的服務(wù)器由1臺HP公司的ML150構(gòu)成，安裝在主電室值班室。 過程計算機與板軋機控制器的通訊采用以太網(wǎng)，因此在系統(tǒng)中配置1臺SIEMENS公司的交換機作為主交換機。過程計算機通過1000M網(wǎng)卡接入交換機，板軋機控制器通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊處理器經(jīng)交換機與過程計算機進行通訊。 過程計算機的編程語言采用VC++。 過程計算機中同時運行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。 過程機客戶端有2臺，選用SIEMENS工控機IL43V2型，其中1臺放置在精軋主操作臺，1臺作為PDI計算機，放置在加熱爐出爐操作室。 3.2基礎(chǔ)自動化級 基礎(chǔ)自動化級 包括1個SIMATIC TDC機架、三臺WinCC監(jiān)控站（HMI）、兩個ET200站和一個S7-300站。 3.2.1 SIMATIC TDC機架 液壓AGC控制器采用SIEMENS公司的SIMATIC TDC系統(tǒng), SIMATIC TDC是整個控制系統(tǒng)的核心，它以一個21槽機架作為框架，用于擴展模板，并可通過64 位背板總線連接。其中包括兩個CPU 模塊CPU551， CPU551 適用于具有較高運算要求的開環(huán)和閉環(huán)控制任務(wù)。它采用64 位RISC 技術(shù)設(shè)計，擁有一個 32 MB的用戶儲器和插入式儲器模塊。第一個CPU中運行電動APC軟件，第二個CPU中運行AGC軟件及AGC邏輯控制軟件。SM500 I/O 模板提供有豐富的選項，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控制系統(tǒng)電壓、電流、轉(zhuǎn)速、力矩等信息；控制執(zhí)行機構(gòu)（壓下電機、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、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用工控機采用SIEMENS工控機IL43V2型，HMI運行的監(jiān)控軟件為SIEMENS公司的WINCC。HMI經(jīng)過以太網(wǎng)卡與板軋機控制器SIMATIC TDC進行通訊。 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： 人工或半自動時的規(guī)程存儲與修改功能。 規(guī)程存儲功能主要是為在過程計算機未投入使用時，采用的人工設(shè)定方法。 在SIMATIC TDC系統(tǒng)中，暫定存儲當(dāng)班的軋制規(guī)程8種。其余待軋規(guī)程（均由人工輸入）存儲在WINCC系統(tǒng)中。 在每次接班時，根據(jù)本班生產(chǎn)計劃，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存儲的8種規(guī)程中選擇。 在軋制時， 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。 強制設(shè)定：按下WINCC操作站強制設(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ET200站和一個S7-300站通訊。 其中操作臺ET200站作為TDC的遠程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；軋機信號ET200站則用于連接一些軋機主傳動信號（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，以及實現(xiàn)精軋操作臺對液壓站的遠程控制。同時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)行機構(gòu) 壓下控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)由電動壓下和液壓壓下兩部分組成。電動壓下的執(zhí)行機構(gòu)是壓下電機，由SIMATIC TDC系統(tǒng)計算出壓下速度設(shè)定值并輸出相應(yīng)的電壓信號，控制壓下電機驅(qū)動電動壓下螺絲上下移動；液壓壓下的執(zhí)行機構(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)動油缸上下移動。 4系統(tǒng)軟件功能 濟鋼（馬）中板廠的四輥軋機現(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，控制系統(tǒng)中還預(yù)留、設(shè)計了單機架軋鋼的功能，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（位置自動控制）、AGC（厚度自動控制）、自動輥縫清零（或叫自動壓靠）、保護（過壓、過壓差、液柱過高或過低等）等自動功能，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（位置自動控制） 在實際軋鋼過程中，控制系統(tǒng)根據(jù)過程控制機下達的設(shè)定位置，通過調(diào)節(jié)伺服閥控制油缸的移動，使軋輥到達目標(biāo)位置（定位精度為±0.01mm）。（在單機架生產(chǎn)時，則首先通過壓下電機，控制壓下螺絲動作使軋輥到達某一范圍即停下來，再通過調(diào)節(jié)伺服閥控制油缸的移動，來補償電動定位誤差，使APC的最終定位精度達到±0.01mm。） 4.2 AGC（厚度自動控制） 包括絕對值和相對值兩種。在過程控制級投用時，采取絕對值A(chǔ)GC方式，由過程控制機向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)實測壓力計算出AGC調(diào)節(jié)量；在過程控制級未投用時，采取相對值A(chǔ)GC方式，過程控制機不參與控制，SIMATIC TDC在咬鋼以后鎖定一個壓力值作為本道次的壓力設(shè)定值，然后將實測壓力和此設(shè)定值比較，計算出AGC調(diào)節(jié)量。AGC調(diào)節(jié)量被疊加到輥縫設(shè)定值中，控制輥縫動態(tài)調(diào)整以減小同板差。 4.3自動輥縫清零（或叫自動壓靠） 包括電動輥縫清零和液壓輥縫清零。當(dāng)需要做輥縫標(biāo)定（清零）時，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，油缸間自動下壓到1250噸（可以更改壓力設(shè)定值），并保持5秒，自動將將液壓輥縫清零。 4.4保護 為了保證設(shè)備和系統(tǒng)的安全可靠，該系統(tǒng)設(shè)計了多種保護措施。如過壓保護（壓力和）、過壓差保護，當(dāng)兩側(cè)壓力和超過3000t或兩側(cè)壓力差大于500t時，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，保護軋輥；液柱過高或過低保護，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)這些保護或其它故障現(xiàn)象出現(xiàn)時，在WinCC監(jiān)控站上會立即顯示出相應(yīng)的報警信息來。 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。例如在自動軋鋼時，操作工可以根據(jù)當(dāng)時的實際情況，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，該系統(tǒng)具有記憶功能，在進行大批量的同一規(guī)格產(chǎn)品軋制時，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)還具有半自動和全手動軋鋼功能。半自動是由操作工來控制道次的切換，而由計算機來擺輥縫；全手動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控制電動壓下螺絲來擺輥縫軋鋼。 5運行效果 濟鋼（馬）中板廠四輥軋機改造后的壓下控制系統(tǒng)自從2007年4月投用以來，運行非?？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、穩(wěn)定性好等特點。