軋制過程控制第四篇板帶鋼軋制過程控制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)解析課件

1、北京科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院/machine/板帶鋼軋制過程控制第三篇板帶鋼軋制過程控制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)張曉峰、張清東第1頁，共33頁。第1章、基本概念綜述 1.1、現(xiàn)代化連軋機(jī)控制系統(tǒng)的概念 1.2、工藝設(shè)備對計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的要求 1.3、國內(nèi)外連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要類型 1.4、本章小結(jié) 2022/7/29/machine/2第2頁，共33頁。1.1、現(xiàn)代化連軋機(jī)控系統(tǒng)的概念 1.1.1、連軋機(jī)控制系統(tǒng)包含的“三電”范圍 電氣控制設(shè)備 計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 自動化檢測儀表 1.1.2、連軋機(jī)控制系統(tǒng)不包括的范圍 廠房設(shè)施及土建 供配電設(shè)備 公輔設(shè)備 工藝設(shè)備本體2022/7/29/machin

2、e/3第3頁，共33頁。1.1.3、以“4高2低”的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)求得效益 高效能: 年產(chǎn)量達(dá)到100-500萬噸。 高效率: 軋制速度達(dá)到20米/秒。 高質(zhì)量: 厚度精度達(dá)到微米級。 高可靠性: 系統(tǒng)運(yùn)行率99.8%以上。 低投資: 噸鋼投資低。 低消耗: 能源、介質(zhì)、材料、備件消耗低。2022/7/29/machine/4第4頁，共33頁。1.2、工藝設(shè)備對計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的要求（1/2） 1.2、工藝設(shè)備對計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的要求 高速控制：設(shè)備采用液壓傳動，控制采樣周期可達(dá)2-20ms，需要進(jìn)行“高速控制”。 高速通訊：主要質(zhì)量控制功能集中于精軋機(jī)組，各控制器及各CPU間具有1-2ms級的數(shù)據(jù)

3、更新能力，需要進(jìn)行“高速通訊”。 功能關(guān)聯(lián)與耦合：功能之間相互影響，多個(gè)功能需共享輸入和輸出模塊。2022/7/29/machine/5第5頁，共33頁。2022/7/29/machine/6第6頁，共33頁。1.3、國內(nèi)外連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要類型 1.3.1、熱連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的演變歷程 上世紀(jì)60年代以前（孕育期）：模擬厚度控制系統(tǒng) 上世紀(jì)60-70年代（成長期）：MCLOUTH 1525 上世紀(jì)80-90年代（成熟期）： 美、歐、日 上世紀(jì)末-本世紀(jì)初（ 新生期）：中國和世界列強(qiáng) GE: INNOVATION SIEMENS: SIMATIC TDC（SIMADYN D） MI

4、TSUBISHI：MELPLAC 2000 NERCAR：CNROLL2022/7/29/machine/7第7頁，共33頁。 1.3.2、熱連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開放性的趨勢 20世紀(jì)90年左右 20世紀(jì)末 SIEMENS:MMC216 SIMADYN D SIMATIC TDC （VME總線） GE:CSF GM-2000 INNOVATION （VME總線）ALSTOM (W-H): WDPF ALSPA INNOVATION （VME總線） （PCI + VME總線） NERCAR: CNROLL （VME總線）2022/7/29/machine/8第8頁，共33頁。 1.3.3、我國的

5、熱連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 2022/7/29/machine/9第9頁，共33頁。 1.3.2、我國的熱連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（續(xù)）2022/7/29/machine/10第10頁，共33頁。1.4、本章小結(jié) 以現(xiàn)代化熱連軋、冷連軋為代表的鋼鐵工業(yè)是大規(guī)模制造精品的過程工業(yè)。控制系統(tǒng)是過程工業(yè)的神經(jīng)中樞。 鋼鐵制造的過程可以分為“慢過程”和“快過程”?！奥^程”指如高爐、轉(zhuǎn)爐等冶煉過程?！翱爝^程”如熱連軋和冷連軋，對其控制性能要求“高速控制”和“高速通訊”。2022/7/29/machine/11第11頁，共33頁。第2章、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能 2.1、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分級 2.

6、2、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 2.3、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能 2.4、本章小結(jié) 2022/7/29/machine/12第12頁，共33頁。 2.2、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分級 L4(生產(chǎn)管理)：合同處理、生產(chǎn)計(jì)劃、日志報(bào)表 L3(生產(chǎn)控制)：物流和庫存管理、質(zhì)量管理、日志報(bào)表 L2(過程控制)：過程控制、過程監(jiān)視、過程日志 L1(基礎(chǔ)自動化)：順序控制、邏輯控制 L0(傳動控制)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際動作、實(shí)際數(shù)值傳送2022/7/29/machine/13第13頁，共33頁。2.2、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 2.2.1、集中控制 2.2.2、分布式控制系統(tǒng)特點(diǎn)： 1、分級遞階控制; 2

7、、硬件積木化3、軟件模塊化; 4、控制系統(tǒng)用組態(tài)方法生成5、通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用;6、可靠性高7、開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征： “區(qū)域控制器群”結(jié)構(gòu) “超高速網(wǎng)”結(jié)構(gòu)2022/7/29/machine/14第14頁，共33頁。 “區(qū)域控制器群”結(jié)構(gòu)： 美國GE的系統(tǒng)，如本鋼1700，梅山1422；德國SIEMENS的系統(tǒng)，如武鋼2250，寶鋼2050，各CSP等。 “超高速網(wǎng)”結(jié)構(gòu)： 日本MITSUBISHI的系統(tǒng)，如寶鋼1580，鞍鋼1780，唐鋼1800等；我校的CNROLL系統(tǒng)，如鞍鋼1700等。2022/7/29/machine/15第15頁，共33頁。 “區(qū)域控制器群”結(jié)構(gòu)特征 2022/7/29/

8、machine/16第16頁，共33頁。2.2、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（4/4） “超高速網(wǎng)”結(jié)構(gòu)特征 2022/7/29/machine/17第17頁，共33頁。2.3、連軋機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能 2.3.1、首先確定功能分配原則 跟蹤：L1位置跟蹤、L2數(shù)據(jù)跟蹤 設(shè)定值管理：L1設(shè)緩沖區(qū)管理 采樣值處理：L2進(jìn)行 人機(jī)界面(HMI)功能：L1為主，L2僅與設(shè)定有關(guān) 子系統(tǒng)設(shè)置 各控制器I/O配置 2022/7/29/machine/18第18頁，共33頁。 2.3.2、再確定功能間信息交換 L1 L2事件驅(qū)動 L2 L1設(shè)定完成 L1 L1動態(tài)交換 主網(wǎng)子網(wǎng)主從方式(留有與L0及L

9、3的通信接口） 對內(nèi)存映象網(wǎng)（分享內(nèi)存）進(jìn)行設(shè)計(jì)2022/7/29/machine/19第19頁，共33頁。 2.3.3、軋線主要儀表配置 序號儀表名稱測點(diǎn)1測寬儀粗軋后、精軋后、卷取前2測厚儀精軋后3測溫儀出爐、粗軋、精軋前后、卷取前等4金屬檢測器（HMD、CMD）各段輥道跟蹤點(diǎn)5測壓儀粗軋、精軋機(jī)各機(jī)架6優(yōu)化剪切儀表切頭飛剪前7直線位移傳感器各位置控制液壓缸8旋轉(zhuǎn)位置編碼器各調(diào)速電機(jī)9平坦度儀精軋后10凸度儀精軋后2022/7/29/machine/20第20頁，共33頁。2.3.4、基礎(chǔ)自動化級 、L1級硬件配置 系統(tǒng)中設(shè)有多臺PLC用于跟蹤、軋件運(yùn)送順序控制、中等速度的位置和速度控制以

10、及換輥控制等功能。 系統(tǒng)中設(shè)有多臺VME總線多CPU HPC（高性能控制器），用于質(zhì)量控制及精軋區(qū)內(nèi)需要高速控制的位置、速度、活套張力等的控制。 2022/7/29/machine/21第21頁，共33頁。 精軋區(qū)域內(nèi)各控制器通過超高速光纖內(nèi)存映像網(wǎng)連接，各站都有自動旁路開關(guān)。爐區(qū)、粗軋區(qū)和精軋區(qū)之間的數(shù)據(jù)交換通過主干光纖以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。 內(nèi)存映像網(wǎng)與主干以太網(wǎng)之間的通訊，采用冗余方式。 系統(tǒng)中大量采用現(xiàn)場總線以連接遠(yuǎn)程I/O、主輔傳動 控制器、子系統(tǒng)（液壓站、泵站等）。 系統(tǒng)中預(yù)留有與L3和連鑄L2的接口。2022/7/29/machine/22第22頁，共33頁。 、L1級功能分配 加熱區(qū)21

11、0#站(PLC)：加熱爐入口區(qū)跟蹤及入口和出口側(cè)輥道控制 加熱區(qū)220#站(PLC)：加熱爐本體控制 加熱區(qū)230#站(PLC)：全軋線跟蹤和模擬軋鋼2022/7/29/machine/23第23頁，共33頁。 粗軋區(qū)310#站(PLC)：完成粗軋區(qū)的順控、APC和AWC控制 粗軋區(qū)320#站(PLC)：完成熱卷箱控制 粗軋區(qū)330#站(PLC)：完成飛剪控制及輔助設(shè)備的控制2022/7/29/machine/24第24頁，共33頁。 精軋區(qū)410#站(PLC)：順序控制、終軋溫度控制 精軋區(qū)420#站(HPC)：液壓壓下APC和彎輥、竄輥控制 精軋區(qū)430#站(HPC)：精軋厚度控制AGC及

12、板形控制 精軋區(qū)440#站(HPC)：精軋機(jī)組主速度和活套控制 精軋區(qū)450#站(PLC)：精軋機(jī)組快速換輥控制2022/7/29/machine/25第25頁，共33頁。 卷取區(qū)510#站(PLC)：卷取溫度控制CTC和質(zhì)量分類 卷取區(qū)520#站(PLC)： 熱輸出輥道及有關(guān)輔設(shè)備控制 卸卷小車控制 運(yùn)輸鏈控制 卷取區(qū)530#站(HPC)：1#卷取機(jī)控制及助卷輥AJC 卷取區(qū)540#站(HPC)：2#卷取機(jī)控制及助卷輥AJC 2022/7/29/machine/26第26頁，共33頁。2.3.5、過程控制級 、L2級硬件配置 過程控制計(jì)算機(jī)的選型有傳統(tǒng)的小型機(jī)服務(wù)器（ALPHA Server

13、）和目前流行的微機(jī)服務(wù)器（PC Server）兩種方案。為了提高可靠性，一般采用1用1備和共享磁盤陣列的模式，同時(shí)每臺服務(wù)器還對關(guān)鍵部件（比如電源、風(fēng)扇、網(wǎng)卡、硬盤）進(jìn)行冗余配置并且可以熱插拔。另外，還配備若干臺高檔PC機(jī)用作軟件開發(fā)終端。 2022/7/29/machine/27第27頁，共33頁。 、L2級功能分配 初始數(shù)據(jù)的輸入： 生產(chǎn)計(jì)劃輸入到過程控制級計(jì)算機(jī)，同時(shí)還輸入初始數(shù)據(jù)PDI（PRIMARY DATA INPUT）。 跟蹤： 跟蹤是確定軋件在生產(chǎn)線上的實(shí)際位置和有關(guān)狀況，以便在規(guī)定的時(shí)間啟動有關(guān)應(yīng)用程序，完成過程控制的其他功能。2022/7/29/machine/28第28頁

14、，共33頁。 設(shè)定和設(shè)定計(jì)算：通過一系列的數(shù)學(xué)模型計(jì)算 得到各種生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)定值或設(shè)定方式, 并且在規(guī)定的時(shí)序?qū)⒂?jì)算結(jié)果傳送給L1。包括： 加熱爐設(shè)定計(jì)算（HSU） 粗軋機(jī)設(shè)定計(jì)算（RSU） 熱卷箱設(shè)定計(jì)算（CBSU） 精軋機(jī)設(shè)定計(jì)算（FSU） 板形設(shè)定計(jì)算（SSU） 卷取溫度控制設(shè)定計(jì)算（CSU）等2022/7/29/machine/29第29頁，共33頁。 模型的自學(xué)習(xí)：利用前一塊鋼的軋制實(shí)測數(shù)據(jù)，采用指數(shù)平滑方法，修正計(jì)算模型參數(shù)，使模型更加精確。 一般參與自學(xué)習(xí)的模型參數(shù)有： 粗軋機(jī)單位壓力 精軋溫度模型系數(shù) 軋制壓力模型系數(shù) 合金鋼的鋼種系數(shù)等 2022/7/29/machine/30第30頁，共33頁。 數(shù)據(jù)記錄和報(bào)表：計(jì)算機(jī)采集生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)，編輯成各種類型的報(bào)表，主要有： 班報(bào) 工程記錄 生產(chǎn)報(bào)告(包含質(zhì)量分類報(bào)告) 人機(jī)界面 (HMI)：通過顯示畫面可了解過程控制的有關(guān)信息，通過輸入畫面和鍵盤可向計(jì)算機(jī)輸入必要的數(shù)據(jù)和命令。2022/7/29/machine/31第31頁，共33頁。 數(shù)據(jù)通訊