1．引言

    在熱軋生產(chǎn)線(xiàn)上，粗軋是一道重要的生產(chǎn)工序，它為精軋進(jìn)一步精加工生產(chǎn)做了充分 的準備。本文是根據某熱軋廠(chǎng)的粗軋電氣控制系統改造的項目實(shí)例來(lái)對TDC 的應用實(shí)施進(jìn)行闡 述。 由加熱爐加熱到目標溫度的出爐板坯首先經(jīng)過(guò)高壓水除鱗箱清除氧化鐵皮，然后進(jìn)入粗軋機架區域。粗軋的主要作用是通過(guò)對加熱到目標溫度的板坯進(jìn)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的硬件配置和功能。

2．粗軋控制系統

    在該項目中，使用了Siemens 的SIMATIC TDC 作為控制系統的硬件設備。TDC 控制系 統是多CPU 系統，計算能力強、運算速度快，能夠實(shí)現高速、復雜的控制任務(wù)，系統的實(shí) 時(shí)性好，能夠實(shí)現開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的過(guò)程控制和計算?？梢越鉀Q非常復雜的調節和各種通信任 務(wù)。

    SIMATIC TDC 具有以下突出的特性：

? 模塊化的系統結構，硬件可擴展；
? 采樣時(shí)間間隔短，可達100ms，特別適用動(dòng)態(tài)控制任務(wù)；
? 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(gè)機架最多可有20 個(gè)CPU；
? 可最多同步耦合44 個(gè)機架；
? 使用STEP7 組態(tài)工具進(jìn)行圖形化組態(tài)：連續功能圖(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(gè)具有冷卻和內部監控功能的集成 電源?？偣灿?1 個(gè)槽位用于擴展模板，并可通過(guò)64 位背板總線(xiàn)連接。對于較高的性能 要求，在一個(gè)機架內可最多有20 個(gè)同步CPU 模板多處理器運行，可有44 個(gè)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(diǎn)二進(jìn)制輸入/ 輸出以外，它還具有8 點(diǎn)模擬量輸入/ 輸出以及4 點(diǎn)積分型模擬量輸 入。另外，還可連接4 個(gè)增量位置編碼器和4 個(gè)絕對值編碼器。使用6 個(gè)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： 調試(CP50M0)；過(guò)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(gè)8 MB 的 通訊存儲器。 該項目使用了全局數據存儲器GDM，通過(guò)全局數據存儲器(GDM) ， 安裝有CP52x0 的 大量機架相互之間可以進(jìn)行通訊（該項目使用CP52A0），運算能力幾乎可以無(wú)限制擴展。 通過(guò)光纖電纜和共享存儲器，可最多有44 個(gè)機架聯(lián)網(wǎng)。除了幾個(gè)機架之間的通訊之外， 使用GDM，還可實(shí)現同步( 采樣時(shí)間、時(shí)鐘時(shí)間) 和報警功能。刷新時(shí)間<1ms。 系統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(guò) GDM 相連接，用于TDC 之間的快速數據交換。GDM 又與過(guò)程數據分析計算機相連。這樣可保證PDA（Process Data Acquisition）快速收集到各臺TDC 的實(shí)時(shí)數據，對這些數據進(jìn) 行及時(shí)的處理，使處理分析結果在最短的時(shí)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(wù)器、1 套過(guò)程數據分析終端（PDA）、5 臺TDC 開(kāi)發(fā)站、打印機等。通過(guò)Ethernet 連接了PLC 控制設備和終端設備。 SIMATIC TDC 通過(guò)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(guò)ET200 遠程IO 設備相連接的，快速輸入輸出通過(guò)SM500 板來(lái)實(shí)現。

    該系統的硬件配置圖如下：

    編程使用CFC 的方式。連續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(huà)面用WinCC 來(lái)制作。WinCC 是一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于處理生產(chǎn)和過(guò)程自動(dòng)化中圖形顯示 和操作控制任務(wù)的工業(yè)和技術(shù)中樞系統。該系統可實(shí)現工業(yè)控制方面的圖形顯示、信息存 檔，以及報警等功能。其特點(diǎn)是具有強大的驅動(dòng)程序界面，畫(huà)面更新快速響應，以及存檔 功能可靠，因此能保證很好的實(shí)用性。 WinCC 系統提供了適用于工業(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(dòng)程序界面，畫(huà)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(shí)用性。除系統功能外，WinCC 提供了用戶(hù)解答的開(kāi)放的界面。這些界面將使得 WinCC 解決全公司范圍內的自動(dòng)化問(wèn)題成為可能。其訪(fǎng)問(wèn)存檔數據是通過(guò)標準界面ODBC 和SQL 的方法進(jìn)行的。插入目標文件是通過(guò)OLE2.0 以及OLE 客戶(hù)控制（OCX）的方法來(lái)解 決的。這些技術(shù)使得WinCC 在Windows 環(huán)境下成為一個(gè)有能力的通信伙伴。

3．粗軋控制系統控制方式及主要功能

    該系統的控制方式共有三種：手動(dòng)方式，半自動(dòng)方式和全自動(dòng)方式。 手動(dòng)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，調整工 作，換輥和標定過(guò)程。設定值只可通過(guò)手動(dòng)干預相應的控制對象來(lái)進(jìn)行預設定。 半自動(dòng)方式即道次計劃方式。道次計劃的數據從存儲在WinCC 上的道次計劃數據表取 出，直接向基礎自動(dòng)化裝載并進(jìn)行生產(chǎn)。在半自動(dòng)方式下，軋制過(guò)程所必須的傳動(dòng)設備、 傳動(dòng)設備組和控制功能均根據當前的道次計劃進(jìn)行自動(dòng)控制。在任何時(shí)間，只要不超過(guò)限 定值，手動(dòng)干預都是允許的。手動(dòng)干預的設定值優(yōu)先于自動(dòng)狀態(tài)下的設定值傳送給基礎自 動(dòng)化。 全自動(dòng)方式。在該方式下，基礎自動(dòng)化的全部功能及過(guò)程計算機投入運行，板坯每次 軋制的道次計劃數據由過(guò)程計算機傳送給基礎自動(dòng)化系統，基礎自動(dòng)化系統根據道次計劃 表中的設定數據來(lái)完成對粗軋機架和各設備的控制。軋制的流程由基礎自動(dòng)化系統自動(dòng)控 制。壓下設定值和速度設定值由基礎自動(dòng)化系統，按照當時(shí)的板坯跟蹤狀態(tài)進(jìn)行投入。必 要的材料跟蹤信號及實(shí)績(jì)值由基礎自動(dòng)化系統傳送給過(guò)程計算機，以便過(guò)程計算機對板坯 進(jìn)行跟蹤以及數學(xué)模型的計算。運行方式通過(guò)人機接口HMI 進(jìn)行選擇。在全自動(dòng)方式下， 軋制過(guò)程所必須的傳動(dòng)設備、傳動(dòng)設備組和控制功能均根據當前的道次計劃進(jìn)行自動(dòng)控 制。在任何時(shí)間，只要不超過(guò)限定值，手動(dòng)干預都是允許的。手動(dòng)干預的設定值優(yōu)先于自 動(dòng)狀態(tài)下過(guò)程計算機下達的設定值。 粗軋控制系統主要功能有軋機壓下控制，軋線(xiàn)協(xié)調，材料跟蹤，設定值分配，實(shí)際值 收集，輔助的功能有側導板控制、標定、換輥等。

    下面簡(jiǎn)要介紹一下主要的控制功能：

    軋機壓下控制是在要求時(shí)間內將軋輥的位置自動(dòng)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。在壓下位置控制過(guò)程中，壓下位置設定值 通過(guò)過(guò)程控制計算機來(lái)設定，也可以在操作畫(huà)面上人工給出。壓下位置實(shí)際值可以通過(guò)安 裝在電動(dòng)機上的脈沖編碼器所測量的脈沖數換算出來(lái)。將當時(shí)的位置實(shí)際值與位置設定值 進(jìn)行比較，壓下螺絲將軋輥移動(dòng)到距離設定位置允許的偏差范圍之內。 軋線(xiàn)協(xié)調控制機架前后輥道以及主傳動(dòng)的傳動(dòng)速度控制，其次還包括進(jìn)鋼條件的詢(xún) 問(wèn)，過(guò)程畫(huà)面機架狀態(tài)的顯示，故障的報警，板坯的擺動(dòng)等。 材料跟蹤的目的是根據材料在軋線(xiàn)中的位置來(lái)確定各相關(guān)設備的動(dòng)作，進(jìn)行設定值的 輸出。材料跟蹤功能的實(shí)現通過(guò)在軋線(xiàn)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(lái)監視和計算板坯位置。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(xiàn)上某一特定位置時(shí)，順序控制就啟動(dòng)某一設備的動(dòng)作。實(shí)現這些動(dòng)作所需要的 數據來(lái)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(dòng)寬度 控制（AWC） 短行程控制（SSC）是在進(jìn)行板坯頭部或尾部的軋制時(shí)，如果立輥的輥縫與在進(jìn)行板 坯中部軋制時(shí)的設定輥縫相同，板坯的頭部和尾部會(huì )產(chǎn)生魚(yú)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(guò)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(dòng)寬度控制（AWC）就是根據軋制力誤差算出相應的寬度補償值。通過(guò)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(shí)間響應都要求快速響應，所以都是通過(guò)液壓系統來(lái)實(shí)現的。

4．結束語(yǔ)

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