CN108107849A - 一种宽带钢热连轧生产线自动控制系统 - Google Patents

一种宽带钢热连轧生产线自动控制系统 Download PDF

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Abstract

一种宽带钢热连轧生产线自动控制系统,采用多级系统、各级间高速光纤以太网、高性能控制器间高速全局数据内存网、高性能控制器与现场设备间Profibus DP网通信、L2级服务器热机备份策略、L1级光纤以太网冗余设计等创新的设计理念,以及拥有自主知识产权的L2级中间件系统、L2级关键数学模型和L1级核心控制模型。该控制系统使连轧生产线的厚度控制精度、板形控制精度以及凸度控制精度等性能指标均达到或超过国内同类水平,为企业创造了巨大的经济效益和社会效益。

Description

一种宽带钢热连轧生产线自动控制系统
技术领域
本发明涉及一种宽带钢热连轧生产线自动控制系统,适用于机械领域。
背景技术
宽带钢热连轧生产线是一套综合了机电液压系统的复杂大系统,其中自动控制系统在整条生产线中占有重要地位,结构合理、性能可靠的自动控制系统可以最大限度地发挥轧线的生产效能,并且是生产高质量产品的重要保证。由于热连轧生产线的复杂性决定了其控制系统的复杂性,所以国内先进的热连轧生产线的三电基本上由国外大公司提供,如早先引进的武钢1700mm热连轧和宝钢2050mm热连轧,以及新近引进的鞍钢1780mm热连轧和武钢2250mm热连轧。与此同时,为了打破国外公司的技术垄断,培养自主创新能力,创造拥有自主知识产权的热连轧自动控制系统,国内各高等院校和研究院所也一直致力于自主开发和研制,并取得了明显的效果。如鞍钢1700。热连轧、济钢1700mm热连轧、莱钢1500mm热连轧等多条热轧线。其中莱钢1500mm热连轧是一套完全由国内自主开发的生产线,其自动控制系统是国内第一次采用与世界同步的Siemens TDC系统,由高效轧制国家工程研究中心集成和设计开发的,同样采用Siemens TDC系统的日照1580二热连轧生产线将于2006年投产。
现代带钢热连轧自动控制系统一般由三级组成,其中L2过程控制级由两台或多台高性能网络服务器和几十台工业控制计算机构成;L1基础自动化级多台高性能通用控制器构成;L0设备传动级包括交直流主辅传动系统、现场机械液压设备、控制执行结构、各种检测仪表等组成。能提供全套系统的国际大公司主要是德国的西门子公司、美国的GE公司和日本的三菱公司,现在,我们自己能够独立承担宽带钢热连轧自动控制系统工程,标志着我国的自动化系统开发集成技术水平基本达到了同类国际先进水平。
发明内容
本发明提出了一种宽带钢热连轧生产线自动控制系统,采用多级系统、各级间高速光纤以太网、高性能控制器间高速全局数据内存网、高性能控制器与现场设备间Profibus DP网通信、L2级服务器热机备份策略、L1级光纤以太网冗余设计等创新的设计理念,以及拥有自主知识产权的L2级中间件系统、L2级关键数学模型和L1级核心控制模型。
本发明所采用的技术方案是:
所述控制系统采用多级分布式系统结构,性能可靠,易于维护。
所述控制系统各级间采用多种网络通信方式,使通信更加合理,提高通信效率,同时可以简化网络结构、降低成本。
所述控制系统各级系统间采用高速光纤以太网、高性能控制器间采用高速全局数据内存网通信,保证了大数据量通信情况下的高通信速度。
所述高性能控制器与现场设备间采用Profibus-DP网通信,大大减少了直接硬线I/O通信的电缆数量。L2级服务器热机备份策略、L1级光纤以太网冗余设计以及其他创新设计理念也增加了系统的稳定性和可靠性。
所述控制系统采用了拥有自主知识产权的L2级中间件系统,自主开发了所有的通信接口应用程序、L2级管理程序、关键数学模型、通信程序和模型程序,L1级全部应用程序和控制程序,包括综合AGC厚度自动控制模型,AJC自动踏步控制模型,AFS自动形控制模型等核心控制模型,全线HMI人机画面和应用程序,拥有了现代带钢热连轧生产线L1和L2整套自动控制系统,标志着我国的自动化系统开发集成技术水平基本达到了同类国际先进水平。
本发明的有益效果是:该控制系统使连轧生产线的厚度控制精度、板形控制精度以及凸度控制精度等性能指标均达到或超过国内同类水平,为企业创造了巨大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明的工艺流程简图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1,现代热连轧生产线主要由机械设备、电气设备和液压润滑设备组成。机械设备包括二至三座步进梁式加热炉、粗轧除鳞箱、粗轧立辊轧机、粗轧四辊可逆轧机、热卷箱、飞剪、精轧立辊轧机、精轧机组四辊轧机、层流冷却装置、全液压三助卷辊地下卧式卷取机卸卷设备、打捆机和运输设备。电气设备包括主传动系统、辅传动系统、高低压配电、计算机系统、自动控制系统等。液压润滑设备包括伺服液压站、辅助液压站、润滑站等。
热连轧基本工艺流程为:合格连铸坯由装钢机推入步进梁式加热炉内进行加热;加热好的坯料被托出经粗轧除鳞后送往E1、R1组成的可逆粗轧机组轧制3~5道次;轧出的合格中间坯被送往热卷箱卷成热卷,开卷后继续运行至精轧机组;精轧机组一般由一架立辊和六至七架平辊轧机组成,机架间设有活套装置,并设有液压AGC自动厚度控制系统和工作辊弯辊装置,用于保证带钢全长范围内的厚度精度及板形要求;带钢头部从精轧末架出来经一小段辊道空冷进入带钢层流冷却装置将带钢冷却至所要求的卷取温度;带钢头部出冷却区后咬入具有助卷辊自动踏步控制功能卷取机在恒张力状态下卷取;带钢成卷后经卸卷小车卸卷并放置在打捆站上打捆;然后由步进运输机将钢卷取走称重、并完成标记后,采用专用吊具把钢卷吊运至成品库堆放、待发。
控制系统分为三级,即L2过程控制级、L1基础自动化级和LO传动设备级,并预留到连铸L2级接口和到L3生产管理级的接口。
自动控制系统网络结构由高速光纤以太网、普通10/100M以太网、高速全局数据内存网、Profibus_ DP网组成。L2级服务器与L1级控制器、L2级系统内部、L1级TDC控制器与PLC控制器之间、人机界面HMI系统与L2级及与L1级控制器之间采用高速光纤以太网或普通100/100M以太网通信。
SIEMENS SIMATIC TDC系统之间可以通过GDM(Global Data Memory)以实现各控制器之间、控制器多CPU之间进行高速通信和数据共享,数据通信速度可以达到630Mbaud /1ms(300m);GEVMIC系统之间可以采用高速内存映像网进行通信,数据通信速度可以达到170Mbaud /1ms。
基础自动化级系统与远程I/O和现场设备之间通过ProfiBus DP网进行通讯。ProfiBus是一种用于具有有限数量站点的单元级和现场级子网,它是与制造商无关的开放式通讯系统,ProfiBus_DP(分散的外围设备)协议适用于分散的外围设备(如ET200M)的连接,具有快速的响应时间。
L2级主要由两台过程控制服务器(一用一备)、一台历史数据服务器、磁盘阵列柜、多台开发终端、多台HMI监控和开发终端、多台过程控制模型开发终端组成。服务器采用高性能HP PC Server,硬件配有多CPU、大内存、SCSI硬盘、磁盘阵列卡等。软件配有Windows2000 Server,Oracle数据库、轧制中心自主开发并拥有全部知识产权的NERCARPCDP(Process Control Develop Platform)for Windows v1.1中间件,具有RDFM(实时数据文件管理)、IPC(进程间通讯管理)、HubWare(外部系统通讯管理),LOGGER(报警日志管理),DBLinker(数据库连接管理),TagCenter(HMI变量管理),TaskWatch(进程管理)等功能。
传动设备级主要包括所有传动设备(主传动系统、辅传动系统)、与控制系统相关的现场机械设备、液压润滑设备(伺服液压站、辅助液压站、润滑站),各种压力和位置控制所对应的液压系统及执行机构,以及测厚仪、侧宽仪、热金属检测器、激光检测器、位移传感器、压力检测器、光电编码器等检测仪表。
过程控制计算机系统(L2)主要任务是对全线的生产工艺过程进行跟踪和控制,进行各种控制数学模型及参数的计算与设定。生产计划部门根据热轧工艺要求、交货进度和板坯来料情况编制出每天的生产计划,由操作员从PDI输入终端依次输入到L2计算机系统。L2计算机将严格地按照生产计划,控制板坯从入炉辊道开始,依次经过加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取等工艺过程。在设定计算完成后,设定值被立即传递给L1,传递下去的设定数据由L1管理,具体执行控制的时序由L1控制。该级通过光纤以太网进行互联,并与基础自动化级PLC以及现场生产控制计算机系统进行通讯。具体功能包括:板坯初始数据及轧制计划管理、轧件数据跟踪、轧制节奏计算、设定计算(粗轧机设定、热卷箱设定、精轧机设定、板形设定、CTC设定、卷取设定、分类设定)、通信管理、画面管理、历史数据管理、模拟轧钢、轧辊数据及生产数据管理、数学模型等。
基础自动化级(L1)包括TDC,PLC控制器及其远程I/O、操作台及相应的应用程序,负责在轧制过程中根据L2设定值和带钢位置对相关设备的动作时序进行控制,并为L2提供各测量值和检测信号。具体功能包括:(1)炉区:加热炉入口侧的板坯跟踪及跟踪修正,热送衔接辊道控制,称量辊道及板坯称量机的控制,入炉辊道控制,装钢机控制,出炉辊道及回炉辊道控制,出钢机及粗轧除鳞箱及其辊道控制,炉区人机界面功能。(2)粗轧区:轧件跟踪E1机前辊道、粗轧机后辊道及粗轧机速度控制、粗轧除鳞水控制、粗轧区入口导板APC控制、立辊VE1开口度APC、平辊R1轧机的压下APC控制、粗轧机速度顺序控制、粗轧机立/平辊间微张力控制、模拟轧钢、热卷箱及前后辊道控制、粗轧区人一机界面功能。(3)精轧区:轧件跟踪(跟踪修正)、轧制主速度控制、精轧机组与热卷箱开卷速度的匹配控制、精轧机组厚度设定模型及模型自学习、精轧机快速AGC监控、精轧设备位置控制、精轧主速度控制、活套高度及活套张力控制、自动厚度控制系统、活套补偿、偏心补偿等补偿功能、精轧机组板形设定模型及模型自学习、弯辊力控制、窜辊位置控制、精轧终轧温度控制、精轧质量分类、精轧人机界面功能。(4)卷取区:卷取跟踪(跟踪修正)、热输出辊道速度超前、滞后控制、层流冷却装置和卷取设备设定、卷取温度控制、卷取区设备位置控制、夹送辊速度超前、滞后及夹送辊与卷取机间以及F6与夹送辊间张力控制、卷取机速度、张力控制、液压助卷辊跳跃(AJC)控制、钢卷尾部定位控制、卸卷小车控制、运输链跟踪、运输链控制、卷取区人一机界面功能、卷取区质量分类。

Claims (5)

1.一种宽带钢热连轧生产线自动控制系统,其特征是:所述控制系统采用多级分布式系统结构,性能可靠,易于维护。
2.根据权利要求1所述的一种宽带钢热连轧生产线自动控制系统,其特征是:所述控制系统各级间采用多种网络通信方式,使通信更加合理,提高通信效率,同时可以简化网络结构、降低成本。
3.根据权利要求1所述的一种宽带钢热连轧生产线自动控制系统,其特征是:所述控制系统各级系统间采用高速光纤以太网、高性能控制器间采用高速全局数据内存网通信,保证了大数据量通信情况下的高通信速度。
4.根据权利要求1所述的一种宽带钢热连轧生产线自动控制系统,其特征是:所述高性能控制器与现场设备间采用Profibus-DP网通信,大大减少了直接硬线I/O通信的电缆数量,L2级服务器热机备份策略、L1级光纤以太网冗余设计以及其他创新设计理念也增加了系统的稳定性和可靠性。
5.根据权利要求1所述的一种宽带钢热连轧生产线自动控制系统,其特征是:所述控制系统采用了拥有自主知识产权的L2级中间件系统,自主开发了所有的通信接口应用程序、L2级管理程序、关键数学模型、通信程序和模型程序,L1级全部应用程序和控制程序,包括综合AGC厚度自动控制模型,AJC自动踏步控制模型,AFS自动形控制模型等核心控制模型,全线HMI人机画面和应用程序,拥有了现代带钢热连轧生产线L1和L2整套自动控制系统,标志着我国的自动化系统开发集成技术水平基本达到了同类国际先进水平。
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