寶鋼200mw機(jī)組基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的改造

寶鋼200mw機(jī)組基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的改造

1因數(shù)控制器系統(tǒng)總書記采用了2050噸大型候選人的主要設(shè)備。采用工藝基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的pmc216系統(tǒng)是德國(guó)sientin公司20世紀(jì)70年代的產(chǎn)品。該系統(tǒng)投產(chǎn)至今已服役十多年,存在著很多問(wèn)題,如設(shè)備老化,備件訂購(gòu)不到,系統(tǒng)的響應(yīng)速度慢等,已不能滿足新工藝及更高軋制節(jié)奏的要求,急需進(jìn)行改造。MMC216系統(tǒng)的編程采用的是PL/M-86語(yǔ)言,該語(yǔ)言的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜煩瑣,專用性很強(qiáng),是一種非模塊化的編程語(yǔ)言,加上其和原西門子操作顯示設(shè)備COROS中的參數(shù)化表格混合使用,使程序的可讀性極差,給維護(hù)工作帶來(lái)極大不便。此次改造采用了德國(guó)Siemens公司新一代的自動(dòng)化控制產(chǎn)品——SIMATICTDC系統(tǒng)。另外,此次改造還采用了Siemens公司新開(kāi)發(fā)的專門用于熱軋控制的SIROLL2軟件平臺(tái)系統(tǒng)。SIROLL2是一種L0、L1、L2一體化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該軟件包編程方式采用的是LFE結(jié)構(gòu)(邏輯功能元件)。改造保留了原有系統(tǒng)成功的、成熟的工藝控制過(guò)程,在吸收和借鑒原有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)原有的工藝進(jìn)行了一定的改進(jìn)和提高。例如,增加了5塊板坯跟蹤的功能;將原系統(tǒng)基于地點(diǎn)的跟蹤方法改為基于行程計(jì)算的精確材料跟蹤方式;新增了梯形坯控制功能與模擬軋鋼功能;HMI畫面也作了很大改進(jìn)等等。2系統(tǒng)的組成2.1u3000tdc接口改造后的基礎(chǔ)自動(dòng)化(簡(jiǎn)稱BA)系統(tǒng)采用SIMATICTDC作為控制裝置,這是Siemens公司新近開(kāi)發(fā)的一種工藝控制設(shè)備。TDC可以解決非常復(fù)雜的調(diào)節(jié)和各種通信任務(wù),它特別適合于軋鋼設(shè)備的控制?；A(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由工業(yè)以太網(wǎng)、GDM、MPI及PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線等組成。粗軋基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)分成主控和4個(gè)機(jī)架控制單元。每個(gè)單元對(duì)應(yīng)1臺(tái)SIMATICTDC,它們獨(dú)立地對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。每個(gè)控制單元都連接到各自的傳動(dòng)裝置和現(xiàn)場(chǎng)傳感器上,為了實(shí)現(xiàn)高速工藝控制,TDC提供了直接的接口用于連接處理器模塊和輸入/輸出設(shè)備。在新的粗軋基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)中,掛在Ethernet主干網(wǎng)上的設(shè)備主要包括:5臺(tái)SIMATICTDC控制站、3臺(tái)HMI操作顯示終端、1臺(tái)HMI服務(wù)器、1臺(tái)HMI維護(hù)及開(kāi)發(fā)終端、1套過(guò)程數(shù)據(jù)分析終端(PDA)、5臺(tái)TDC開(kāi)發(fā)站、3臺(tái)硬拷貝機(jī)和激光打印機(jī)、1套用于L1和過(guò)程計(jì)算機(jī)交換信息的中間橋梁的新前置機(jī)(在粗軋過(guò)程機(jī)改造完成后L1通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)直接和L2通信)以及閥控系統(tǒng)的SIMATICS7站等。其中SIMATICTDC控制站及PDA通過(guò)GDM互連,用于TDC之間及TDC和PDA之間的快速數(shù)據(jù)交換。SIMATICTDC通過(guò)PROFIBUS-DP同遠(yuǎn)程I/O設(shè)備——ET200連接。另外,5臺(tái)TDC還采用MPI總線同5臺(tái)工程師開(kāi)發(fā)站相連接,用于TDC的在線和遠(yuǎn)程編程。詳見(jiàn)系統(tǒng)配置圖(圖1)。2.2系統(tǒng)的功能塊SIMATICTDC采用基于圖形化的SIMATIC編程工具CFC(ContinuousFunctionChart)來(lái)編程。SIMATICCFC軟件包另外還需要D7-SYS軟件包的補(bǔ)充,后者包含用于SIMATICTDC和特別快速的操作系統(tǒng)的功能塊。采用CFC編制的程序可以用“CFC測(cè)試模式”進(jìn)行圖形化調(diào)試。實(shí)際值可以在線顯示,模塊之間的連線可以新增和修改。可以在線插入和刪除功能塊。因?yàn)樾枰谖挥诓煌琓DC背板中的CPU中交換數(shù)據(jù),Siemens公司采用GDM(GlobalDataMemory)來(lái)實(shí)現(xiàn)最多44個(gè)TDC機(jī)架的CPU交換數(shù)據(jù)的中央存儲(chǔ),因此在一個(gè)系統(tǒng)中可以采用800個(gè)以上CPU。GDM又可與過(guò)程數(shù)據(jù)分析計(jì)算機(jī)相連。這樣可保證PDA快速收集到各臺(tái)TDC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的處理,在最短的時(shí)間得出內(nèi)處理分析結(jié)果,對(duì)故障診斷及生產(chǎn)操作起到指導(dǎo)作用。2.3tdc軟件體系概述SIROLL2是在西門子公司MMC216和SIMADYND這兩套用于熱軋控制的專門技術(shù)的基礎(chǔ)上,專門針對(duì)SIMATICTDC這樣一套新的硬件系統(tǒng)所開(kāi)發(fā)出來(lái)的,用于熱軋機(jī)組控制的應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)體系,是對(duì)熱軋控制功能的重新劃分。與原來(lái)我們所熟悉的熱軋控制功能的劃分如:材料跟蹤、速度控制、數(shù)據(jù)管理、順序控制、機(jī)架控制等不同,西門子在SIROLL2中將熱軋的粗軋機(jī)組的控制功能按LFE(LogicFunctionElement)來(lái)進(jìn)行重新劃分。這些LFE分別位于不同的TDC中的不同的CPU中。3粗軋控制功能的組成信息原2050熱軋粗軋基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)由系統(tǒng)2和系統(tǒng)3兩個(gè)系統(tǒng)組成,分別承擔(dān)從除鱗機(jī)至E1/R1后輥道及從E2/R2前輥道至E4/R4后輥道的控制。原系統(tǒng)主要由三個(gè)功能組成:BLAB(板坯跟蹤)、ABLA(過(guò)程控制)、HYARA(液壓定位控制)。此次粗軋基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)改造后,由于采用SIROLL2,粗軋控制功能的劃分發(fā)生了很大的變化。下面對(duì)采用SIROLL2后新的控制功能加以簡(jiǎn)單說(shuō)明。3.1道次計(jì)劃執(zhí)行過(guò)程基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的控制方式共有三種:A方式,B方式和C方式。A方式即維修操作方式。此種方式不能用于生產(chǎn),僅用于維修工作、調(diào)整工作、換輥和標(biāo)定過(guò)程。設(shè)定值只可通過(guò)手動(dòng)干預(yù)相應(yīng)的控制對(duì)象來(lái)進(jìn)行預(yù)設(shè)定。B方式即半自動(dòng)方式。道次計(jì)劃的數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)在WINCC上的道次計(jì)劃數(shù)據(jù)表取出,直接向基礎(chǔ)自動(dòng)化裝載并進(jìn)行生產(chǎn)。C方式即全自動(dòng)方式?；A(chǔ)自動(dòng)化的全部功能及過(guò)程計(jì)算機(jī)投入運(yùn)行,板坯每次軋制的道次計(jì)劃數(shù)據(jù)由過(guò)程計(jì)算機(jī)傳送給基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng),由基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)各機(jī)架及設(shè)備的控制。3.2控制功能包括主tc中的控制功能3.2.1粗軋區(qū)板坯跟蹤材料跟蹤功能是對(duì)每一個(gè)機(jī)架設(shè)定一0mm位置,板坯在被粗軋區(qū)入口光電管檢測(cè)到后即開(kāi)始跟蹤,并根據(jù)輥道速度計(jì)算板坯頭尾位置。板坯長(zhǎng)度等于其頭尾位置的差值。板坯跟蹤位置可以用軋制力信號(hào)來(lái)糾偏。板坯跟蹤程序最多可以同時(shí)管理5塊板坯(原系統(tǒng)為3塊)。所以粗軋區(qū)的板坯跟蹤需要對(duì)粗軋所有板坯的材料號(hào)、板坯頭部和尾部位置、板坯位于哪個(gè)機(jī)架進(jìn)行跟蹤。HMI畫面顯示整個(gè)粗軋區(qū)的板坯映象。3.2.2粗軋區(qū)時(shí)板坯跟蹤基礎(chǔ)自動(dòng)化根據(jù)材料在軋機(jī)中的位置來(lái)確定各設(shè)備的動(dòng)作,進(jìn)行設(shè)定值的輸出。當(dāng)一塊未知的新板坯進(jìn)入粗軋區(qū)時(shí),板坯跟蹤程序給其指定一個(gè)相對(duì)材料號(hào)(1～5)。該材料所請(qǐng)求的道次計(jì)劃存放于“緩沖區(qū)”1～5中,并在那里存放至該材料離開(kāi)粗軋區(qū)為止。在收到道次切換信號(hào)后,SDH從相應(yīng)緩沖區(qū)中讀取道次設(shè)定值,并發(fā)送給相應(yīng)的控制功能(LFE),啟動(dòng)相應(yīng)動(dòng)作。3.2.3進(jìn)鋼條件的分析軋線協(xié)調(diào)控制的功能主要是協(xié)調(diào)輥道以及主傳動(dòng)的速度控制,其次還包括進(jìn)鋼條件的判斷、過(guò)程畫面機(jī)架狀態(tài)的顯示、故障的報(bào)警、板坯的自動(dòng)及手動(dòng)擺動(dòng)控制、根據(jù)板坯位置的不同啟動(dòng)相應(yīng)的動(dòng)作和板坯的正反向可逆軋制控制等。3.2.4粗軋區(qū)域的傳動(dòng)速度其功能主要有:速度設(shè)定值的生成及分配、輥道組的馬達(dá)速度控制、立輥和水平輥的馬達(dá)速度控制、水平輥和立輥之間的張力控制、R3/R4之間的張力控制、翹扣頭控制、R4的勵(lì)磁控制等。在粗軋區(qū),傳動(dòng)速度類型有很多種,包括咬鋼速度、軋制速度、拋鋼速度、傳輸速度、擺動(dòng)速度、爐子速度、飛剪速度等。不同的速度進(jìn)行切換時(shí),為了防止板坯打滑,送到傳動(dòng)系統(tǒng)中的速度設(shè)定值必須由最大加速度和斜坡發(fā)生器來(lái)限制。3.2.5基礎(chǔ)自動(dòng)化改造這里所說(shuō)的實(shí)際制收集及處理主要指過(guò)程計(jì)算機(jī)為了進(jìn)行板坯跟蹤、模型計(jì)算、道次計(jì)劃下達(dá)等,而向基礎(chǔ)自動(dòng)化提出實(shí)際值要求?；A(chǔ)自動(dòng)化將根據(jù)板坯軋制的實(shí)際情況,將板坯所處的位置信號(hào)、軋制力、溫度、寬度及馬達(dá)電流等信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送給過(guò)程計(jì)算機(jī)。為了適應(yīng)2050熱軋的全面改造,在新過(guò)程機(jī)還沒(méi)有完成改造時(shí)新BA的TDC系統(tǒng)與舊過(guò)程機(jī)M70系統(tǒng)能夠正常通訊,設(shè)計(jì)了一套新的前置機(jī)IPC0來(lái)實(shí)現(xiàn)電文的轉(zhuǎn)發(fā)。L1及L2全部改造完成后,將取消前置機(jī),TDC直接和新過(guò)程機(jī)進(jìn)行通訊。3.2.6模擬鉻sil新的2050粗軋基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)中編制了三種模擬軋鋼程序。(1)模擬軟件功能如果某一功能沒(méi)有完成而希望對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試,可編制一模擬程序?qū)υ摴δ苓M(jìn)行模擬。(2)從軟件模擬的方法上模擬法在進(jìn)行軟件測(cè)試或調(diào)試期間,很多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際信號(hào)收集不到,為了提高軟件調(diào)試的效果,可采用軟件模擬的辦法來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際位置、實(shí)際軋制力、實(shí)際溫度、實(shí)際電流、實(shí)際寬度、實(shí)際厚度等信號(hào)。(3)從軟件的模擬試驗(yàn),主要有在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備要投入運(yùn)轉(zhuǎn),但并沒(méi)有真正的板坯投入軋制時(shí),有些信號(hào)就收集不到(如:光電管信號(hào),軋制力等)。對(duì)于那些收集不到的實(shí)際值信號(hào)必須用軟件來(lái)進(jìn)行模擬,這樣可以檢驗(yàn)軟件編制的正確性和設(shè)備是否正常。另外,在與模擬軋鋼有關(guān)的LFE中都有相應(yīng)的SIL模擬軋鋼程序,以完成主SIL下達(dá)的指令,并為主SIL收集或模擬實(shí)際制,生成模擬軋鋼的聯(lián)鎖條件等。3.3四個(gè)臺(tái)賬法控制tdc中的控制功能3.3.1u3000dc的軋線、聯(lián)鎖控制方式在主TDC中已經(jīng)有一個(gè)負(fù)責(zé)整個(gè)粗軋區(qū)域的軋線協(xié)調(diào)功能LCO,但要它負(fù)責(zé)各機(jī)架所有具體設(shè)備的控制有一定困難。所以,在各機(jī)架對(duì)應(yīng)的TDC中設(shè)置了專門負(fù)責(zé)各相應(yīng)機(jī)架設(shè)備的軋線協(xié)調(diào)功能,以根據(jù)板坯跟蹤的具體位置和SDH下達(dá)的指令并加入必要的聯(lián)鎖條件來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)1～4號(hào)機(jī)架所對(duì)應(yīng)的具體設(shè)備。另外SCO還要收集現(xiàn)場(chǎng)ET200的信號(hào),然后送各LFE作為聯(lián)鎖控制用,同時(shí)從各LFE搜集需要輸出的信號(hào),送現(xiàn)場(chǎng)的相應(yīng)設(shè)備。SCO功能還負(fù)責(zé)與各機(jī)架其它功能和主TDC中的LCO功能之間的軟件信號(hào)接口。3.3.2冷卻控制功能SSF的主要功能為:(1)完成立輥的冷卻控制和相應(yīng)的通訊功能、模擬程序功能;(2)完成水平輥的冷卻控制、除鱗水控制和相應(yīng)的通訊功能、模擬程序功能等。3.3.3接觸馬達(dá)的位置控制這里指1號(hào)與2號(hào)機(jī)架前后側(cè)導(dǎo)板(直流)、3號(hào)及4號(hào)機(jī)架前側(cè)導(dǎo)板(交流)的定位控制。直流馬達(dá)的位置控制的基本過(guò)程如下:在指定時(shí)刻將被控對(duì)象的位置自動(dòng)地控制到預(yù)先給定的目標(biāo)值上。交流馬達(dá)的位置控制即三點(diǎn)式調(diào)節(jié)。當(dāng)進(jìn)行三點(diǎn)式調(diào)節(jié)時(shí),它會(huì)在設(shè)定值和實(shí)際值之間的差值為一定值時(shí)讓電機(jī)停轉(zhuǎn)。由于傳動(dòng)的制動(dòng)特性各不相同,因此可能出現(xiàn)某一傳動(dòng)的偏差不恒定。為此,采用一種叫做“補(bǔ)充節(jié)拍”功能,其原理為設(shè)定值一直短時(shí)加上,直到達(dá)到傳動(dòng)偏差為止。另外,在程序中還為三點(diǎn)式調(diào)節(jié)器采用了一個(gè)自學(xué)習(xí)的功能,在“補(bǔ)充節(jié)拍”出現(xiàn)時(shí)它會(huì)對(duì)預(yù)停點(diǎn)進(jìn)行校正。3.3.4標(biāo)定要點(diǎn)換輥控制包括立輥和水平輥的換輥。基礎(chǔ)自動(dòng)化中的換輥程序主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)扁頭的功能和壓下定位到換輥位置。標(biāo)定功能包括立輥、水平輥和導(dǎo)板的標(biāo)定。在下列情況下必須進(jìn)行機(jī)架標(biāo)定:每次換輥后;在掉電或自動(dòng)化系統(tǒng)復(fù)位后軟件內(nèi)標(biāo)定點(diǎn)丟失了。在較長(zhǎng)停車時(shí)間后也應(yīng)該對(duì)機(jī)架進(jìn)行標(biāo)定。3.3.5sds的控制在這里水平輥的壓下控制是指水平輥的電動(dòng)壓下控制(EGC),具體的控制功能包括:直流壓下馬達(dá)的電動(dòng)位置控制,壓下監(jiān)控,水平輥傾斜控制和水平輥耦合器開(kāi)閉控制等。SDS有開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種,開(kāi)環(huán)控制主要用于手動(dòng)控制,而自動(dòng)控制是通過(guò)閉環(huán)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。手動(dòng)控制包括耦合器的控制,DS側(cè)、OS側(cè)預(yù)選控制,水平輥的整體壓下控制,水平輥的傾斜控制等。自動(dòng)控制包括輥縫設(shè)定值生成,自動(dòng)壓下的閉環(huán)控制等。3.3.6立輥液壓控制的控制立輥的壓下控制包括電動(dòng)壓下控制(EGC)和液壓壓下控制(HGC)。其具體的控制功能包括:直流壓下馬達(dá)的電動(dòng)位置控制、液壓動(dòng)態(tài)輥縫控制、壓下監(jiān)控及立輥平衡控制等。立輥電動(dòng)壓下直流馬達(dá)的位置控制的基本過(guò)程同水平輥。立輥的液壓輥縫控制主要是根據(jù)過(guò)程計(jì)算機(jī)中寬度控制的各個(gè)功能(PWC、AWC和SSC)的模型計(jì)算值及實(shí)際的輥縫位置反饋值,在軋鋼過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)各立輥的上下液壓缸的位置,以實(shí)現(xiàn)理想的板坯寬度控制功能,達(dá)到理想的板坯控制精度和板坯頭尾形狀。3.3.7保持負(fù)載的立輥輥縫值立輥的寬度控制功能是在WCT(WidthControl)中實(shí)現(xiàn)的。WCT的任務(wù)是保持負(fù)載的立輥輥縫值,也就是板坯的寬度在整個(gè)板坯長(zhǎng)度方向保持恒定。該功能的輸出值是立輥輥縫的位置附加設(shè)定值(△)。寬度控制功能(WCT)主要包括短行程控制(SSC)、自動(dòng)寬度控制(AWC)、連續(xù)前饋寬度控制(PWC)和梯形坯控制功能(TSC)。(1)ssc短行程控制板坯頭部或尾部在軋制時(shí),如果立輥的輥縫與帶鋼中部的輥縫相同,就會(huì)在易發(fā)生形變的板坯的頭部和尾部產(chǎn)生魚尾形狀,從而影響了產(chǎn)品的利用率。生產(chǎn)實(shí)踐證明:板坯越寬、厚度越小、側(cè)壓量越大,所產(chǎn)生的魚尾形狀越明顯。為提高材料的利用率,減少這種現(xiàn)象的發(fā)生,在E1～E4采用SSC(ShortStrokeControl)短行程控制。其原理是:以大側(cè)壓調(diào)寬時(shí)板坯頭尾部收縮的輪廓線為基準(zhǔn),在軋制過(guò)程中控制軋機(jī)的輥縫,不斷跟蹤基準(zhǔn)輪廓曲線,并按與之對(duì)稱而相反變化的曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)準(zhǔn)確檢測(cè)板坯頭部和尾部位置,并給出相應(yīng)的頭部和尾部寬度修正值,以補(bǔ)償側(cè)壓變形量,從而使頭部及尾部板寬略寬于板坯中部。再經(jīng)過(guò)以后水平輥道次的軋制,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。為此,過(guò)程計(jì)算機(jī)根據(jù)板坯的側(cè)壓量、寬度、溫度和材質(zhì)為板坯計(jì)算出一條短行程控制曲線Y=f(x)。在板坯頭部和尾部長(zhǎng)度可定義的范圍內(nèi),Y值隨著板坯位置x而變化。老的基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)也采用了SSC功能,但其控制曲線為三點(diǎn)式;而新系統(tǒng)采用了三點(diǎn)式、高斯曲線和多項(xiàng)式三種模式。(2)u3000軋軋機(jī)根據(jù)輥縫變化而變化在熱軋機(jī)中機(jī)架的彈性變形不容忽視。典型的機(jī)架剛度約為200T/mm,而板坯溫度每變化50K就會(huì)引起軋制力變化約20%。因而10MN就會(huì)變?yōu)?MN,這就會(huì)使得輥縫變化1mm。另外軋制力及負(fù)載輥縫會(huì)因板坯入口厚度以及化學(xué)成分的不同而變化。AWC的任務(wù)就是根據(jù)機(jī)架的剛度系數(shù)Cg、板坯實(shí)際寬度等,為立輥壓下系統(tǒng)計(jì)算出壓下設(shè)定值,以消除上述影響,維持恒定的立輥負(fù)載輥縫值,獲得恒寬的板坯。(3)立輥應(yīng)對(duì)不同區(qū)域的動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)方式引起的熱波動(dòng)PWC功能主要用于校正因水印點(diǎn)而造成軋制時(shí)在寬度上所產(chǎn)生的誤差。板坯在加熱爐中由于步進(jìn)梁所造成的水印點(diǎn)的溫度低于板坯的其他部分,這就會(huì)造成水平輥在長(zhǎng)度方向上軋制力的波動(dòng)。立輥機(jī)架的PWC就是根據(jù)水平輥機(jī)架在反道次軋制時(shí)記錄的板坯不同位置的軋制力測(cè)量值,由基礎(chǔ)自動(dòng)化判斷出板坯上水印點(diǎn)的位置,并在正向道次軋制時(shí)增大這些點(diǎn)的側(cè)壓量,從而使水平輥軋制后的板寬達(dá)到希望的寬度。這就是PWC(Progresi