六辊轧机软件设计任务书.docx
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六辊轧机软件设计任务书
六辊冷轧机软件设计说明
本文件的使用范围：
公司内部。
本文件的编制目的：
A.便于产品不断完善
B.便于产品维护
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8
24-Jun-03
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目录
萧山六辊冷轧机软件设计说明1
目录2
1概述4
2硬件环境4
2.1中央控制器4
2.2自动化网络4
2.3人机界面4
3软件框架4
3.1软件环境4
3.2程序结构4
4PLC功能4
4.1功能块清单4
4.2初始化程序6
4.3中断程序6
4.4CPU资源分析7
4.4.1网络特点7
4.4.2变量7
4.4.3程序执行期7
5HMI功能说明7
5.1操作界面7
5.2生产监控9
5.2.1启动画面9
5.2.2机组状态9
5.2.2.1工艺画面9
5.2.2.2辅系统10
5.2.2.3状态显示13
5.2.2.4报警记录15
5.2.33数据处理17
5.2.3.1参数设定17
6PLC与操作员站的通讯建立（建议放入调试说明文件中）18
7源程序保存30
7.1开发版30
7.2运行版30
8相关文件30
1
概述
设计依据E040011《六辊冷轧机系统设计说明》中的定义进行。
2硬件环境
2.1中央控制器
根据轧线速度选择中央处理单元是非常必要的。
根据张力控制程序选择CPU416-2DP的张力控制程序的OB1循环扫描时间为10ms左右，对于轧制车速为1000m/m的速度时，CPU416-2DP的浮点数运算时间为0.48us。
而CPU412的浮点数运算时间为0.6us。
所以选择CPU412以上的都可以处理800~1000m/m车速的轧机。
2.2自动化网络
整个自动化网络采用全集成自动化的方案。
PLC与HMI通过普通网卡采用工业以太网协议，通讯速度可高达100M。
采用普通网线，使用平行接的方式，利用RJ45接头直接连接PLC的CP443-1模板和CP1613卡。
PLC的CP443-5与现场ET200M采用现场总线ProfiBUS-DP网络，采用西门子的紫色双绞屏蔽电缆，通过西门子的DP接头，与各个设备相连。
由于只是采集现场信号，那么通讯速度不必设的太高，在187.5k~1.5M即可。
CPU的DP接口与现场传动DCS500采用现场总线ProfiBUS-DP网络，采用西门子的紫色双绞屏蔽电缆，通过西门子的DP接头，与各个传动相连。
由于要求快速满足工艺控制，那么通讯速度要设的高，只要大于1.5M即可。
那么现场的12M波特率，也是可以正常运行的。
2.3人机界面
选用工控机，由于处理变量和图形显示的需求，以及WinCC自身的要求。
要求系统配要高，至少要选用P42.0G以上的速度，和512M内存。
3软件框架
3.1软件环境
操作系统：
Windows2000，Wincc6.0，
开发环境：
STEP-75.2；
3.2程序结构
4PLC功能
本应用软件是为六辊可逆冷轧单机架机组而开发的专用软件.
但其中的张力控制核心软件也适用于其他间接张力控制的卷筒中心卷取的设备。
——速度给定来自于外部信号的监测和计算，这是计算正确卷径的必要条件
——张力给定来自于外部张力信号给定，卷径值由软件内部计算得到
软件平台为SIEMENSStep7V5.2。
采用STL语言编写。
使用面向对象的原理对张力控制功能进行封装。
中央处理单元主要功能:
-生产过程的参数控制、联锁和顺序控制
-各设备运行状态的监视和报警
-液压站，润滑站，平床过滤器等的工艺控制
-主轧机的速度控制和显示
-开卷机恒张力控制和甩尾轧制
-卷取机的恒张力控制
-主轧机轧辊负荷平衡控制
-断带检测和保护
-上卷小车，卸卷小车，乳液流量、方向等工艺操作控制
-带长计算
4.1功能块清单
使用了10个系统组织块:
代号
任务
OB1
全局组织块，所有的外围设备的操作，逻辑控制功能块在这里完成。
OB35
循环中断块，张力控制功能块，及速度检测计算。
OB80
循环时间故障，用于操作员站显示PLC故障。
OB81
电源模块故障，用于操作员站显示PLC故障。
OB82,OB83
PLC的I/O模块故障，用于操作员站显示PLC故障。
OB84
CPU故障，用于操作员站显示PLC故障。
OB85
PLC编程错误，用于操作员站显示PLC故障。
OB86
机架故障，用于操作员站显示PLC故障。
OB87
通讯故障，用于操作员站显示PLC故障。
OB100
系统重新启动功能块，给FM450-1的计数器模板地址初始化。
编制了8个标准功能块:
*FB1
积分器，用于卷径计算。
是变步长的积分器。
*FB2
低通滤波器。
对信号进行滤波。
*FB3
微分器。
对速度进行微分，实现加速度的计算
*FB4
积分器，用于张力给定的积分，是恒定步长的积分器。
*FB5
张力给定功能块。
*FB6
卷径计算器
*FB8
卷取逻辑，实现上或下卷取方向的判断。
FB10
点动电位器功能。
4个逻辑功能块:
FC1
主轧机逻辑控制功能块。
FC2
开卷机逻辑控制功能块。
FC3
右卷取机逻辑控制功能块。
FC4
左卷取机逻辑控制功能块。
FC0:
FM450-1计数器的专用计数为SIMATIC块。
FC5,FC30:
开卷机张力控制功能块。
FC6,FC31:
左卷取机张力控制功能块。
FC7,FC32:
右卷取机张力控制功能块。
FC8:
左偏导辊的速度测量功能块。
FC9:
右骗导辊的速度测量功能块。
*FC10:
加速度力矩计算功能块。
*FC11,FC12:
动态补偿力矩计算的2个公式计算。
*FC13:
空载力矩的插值计算。
*FC14:
空载转矩的权值补偿。
*FC15:
切换输入的功能块。
*FC16:
切换输入而分别得到正负的功能块。
*FC17:
张力力矩给定功能块。
*FC18:
线速度给定功能块。
*FC19:
处理线速度给定逻辑，实现速度偏差。
*FC20:
卷径计算逻辑，实现卷径计算的停止功能。
*FC21:
确定张力力矩给定的正负限幅。
*FC22:
确定加减速动态补偿和空载补偿的和输出。
*FC23:
实现输入的乘除运算。
FC24:
辊筒中心测量计算功能块。
实现成品卷中心与辊轴中心在同一水平线上。
FC25:
实现自动导卫对中控制，以便让带材在初始阶段处于中央位置。
FC26:
轧制线标高调整功能块。
为了实现主轧机与左右偏导辊在同一水平线上。
FC27:
主轧机负荷平衡控制，通过调节上辊或下辊的速度，实现上辊，下辊的转矩达到近似的一致。
FC28:
带断检测功能。
开卷机时通过判断角速度的方向来判断；卷取机时通过实际线速度，实际转矩与给定线速度，给定转矩的比较来判断。
FC29:
轧线速度给定，包括点动，预热，自动减速，自动停车的控制。
FC34,FC35,FC36:
分别是开卷机，左卷取机，右卷取机的张力给定程序，其中包括逻辑的控制。
FC37,FC38:
控制PLC与传动之间的通讯。
FC39:
参数设置。
确定轧线工艺运行过程中的参数切换。
FC40:
带材长度计算。
根据偏导辊上的码盘脉冲数，偏导辊的直径来计算通过主轧机的带长。
FC41:
状态保持功能块，目的是防止在加张操作过程中防止误操作。
FC42:
标定功能块。
是为了把工程量转换成0-20000之间的标么值。
FC43:
反标定功能块。
是为了把0-20000之间的数值转换成工程量。
系统逻辑及辅助系统控制逻辑功能块:
FC100
判断系统设备正常的功能块。
FC101
上卷小车的逻辑操作控制。
FC102
开卷机开头矫直机设备的逻辑操作。
FC103
机前装置的逻辑操作。
FC104
左卸卷小车的逻辑操作控制。
FC105
机后装置的逻辑操作控制。
FC106
右卸卷小车的逻辑操作控制。
FC107
皮带助卷器的逻辑操作控制。
FC108
换辊操作的逻辑控制。
FC109
液压站的逻辑操作控制。
FC110
润滑站的逻辑操作控制。
FC111
控制乳液的逻辑工艺控制。
FC112
执行传动的启动停止等逻辑操作控制。
FC113
稀油站简单的启停控制。
FC114
油雾润滑操作的简单逻辑控制。
FC115
电机温度检测动能。
与其他系统的数据交换:
FC116
与AGC的控制。
FC117
与侧厚仪的控制。
注：
标*为张力核心控制软件
DB块清单：
DBXXX
DBXXX
DBXXX
DBXXX
4.2初始化程序
OB100，是系统重新启动的初始化程序。
系统重新启动后，不再运行OB100，那么在这样的初始化程序放置FM450-1的模板初始化程序。
4.3中断程序
OB35,中断时间为30ms。
在中断程序中，应放入与时间有关的功能块及通讯处理块和速度检测程序。
例如：
包含积分功能的功能块。
这样在OB35中放置的程序为FC30，FC31，FC32。
通讯处理程序FC37，FC38。
速度检测FC8，FC9。
4.4CPU资源分析
4.4.1网络特点
集成了2个通讯接口，分别为MPI和ProfiBUS-DP两个通讯接口。
通讯速率高达12M。
MPI接口用于调试程序，与AGC通讯。
ProfiBUS-DP接口用于与传动进行通讯。
4.4.2变量
内部变量：
位存储器16K。
外部变量：
全部I/O地址区为16K/16K。
定时器/计数器：
416-2DP中，有512个定时器和512个计数器。
定时范围为10ms~9990s。
计数范围为1~999.
中断处理：
看门狗中断为9个。
过程报警为8个
日期时间中断为8个
延迟中断为4个
4.4.3程序执行期
通过“模块信息”中的“scanscycletime”观察到OB1的循环时间啊是10ms左右。
5HMI功能说明
陕压1450mm可逆冷轧机组设置有HMI（人机接口）系统，使操作人员和维护人员能够直接在画面上对整个生产过程进行监控，并进行数据的输入和参数的设定以及报警记录分析和报表打印。
-轧机生产现场的各设备状态，工艺参数显示
-满足轧机启动条件的状态信号的显示
-设置轧机运行时所需的工艺参数
-液压站的液位、温度等状态监视和远程操作控制
-润滑站的液位、温度等状态监视和远程操作控制
-直流电机各个位置的温度显示和报警
-现场接近开关、限位开关、电磁阀等状态显示
-轧机运行时的电机电流、电压的趋势图显示和存储
-系统运行时产生的报警故障显示和记录
-存储每一道次轧制的工艺参数
HMI系统的功能大致分为生产监控和数据处理两部分。
5.1操作界面
HMI系统的图形界面分为五个部分：
标题栏、LOGO区、切换工具栏、主显示窗口以及报警信息栏。
画面左上角为LOGO区，画面上部为标题栏，画面左侧为切换工具栏，画面中部为主显示窗口，画面下部为报警信息栏。
图1所示。
图1.
标题栏：
标题栏用于显示此项目的名称及时间等公共信息。
LOGO区:
LOGO区用于景新的LOGO及景新中文交替显示。
切换工具栏:
工具栏位于HMI画面屏幕的左侧，用于各个画面间的切换操作以及登录和退出WinCC系统的操作。
操作人员执行“退出系统”的操作，画面中部会弹出对话框询问是否退出系统，只有当“确认”键按下后系统才会退出。
主显示窗口:
HMI的功能性画面，包括生产监控及数据处理的所有画面，均在主显示窗口显示，通过功能键切换主显示窗口当前所显示的画面。
报警信息栏:
报警信息栏用于显示当前的报警信息。
5.2生产监控
5.2.1启动画面
每当用户启动WinCC程序后，程序将自动进入启动画面。
启动画面为预备性画面，除进行WinCC登录外不能作任何实质性操作。
5.2.2机组状态
5.2.2.1工艺画面
该画面是对1450mm轧机实际生产状况的模拟显示，并可进行部分不频繁操作。
1.模拟显示
画面中显示的设备位置和现场设备的实际位置一一对应，并通过形状、位置、颜色的不同来表示设备的不同工作状态，例如：
-根据轧机的运行状态，模拟显示带钢的位置
-开卷机及卷取机上模拟钢卷的圆环，其外径与钢卷实际外径成正比，卷径时时变化的显示
2.外设条件
画面左侧为开机的联锁条件，显示当轧机运行时所有应该具备的条件，使操作人员能够更方便的对当前机组的状况做出分析和判断：
如果该项条件具备时指示灯为绿色，条件不满足时指示灯为红色，只有全部指示灯均为绿色时机组才能正常启动运行。
3.参数显示
画面中提供多种生产参数的实际值和设定值的数值和棒图形式的显示以便操作人员进行观察和对比，主要包括：
-轧机线速度
-开卷张力
-卷取张力
-各个传动时时电流
-各个传动时时速度
-左右卷取的带长
-左右卷取机档位显示
4.操作
可通过本画面进行以下操作：
-设定张力
-设定轧机线速度
5.2.2.2辅系统
辅系统分为四个子画面，分别监控机组辅助液压系统、润滑系统、机组直流传动系统、参数设定里的稀油站、油雾润滑、真空风机、自动负荷平衡、AGC工艺控制的运行情况。
A.液压系统子画面
画面中提供液压站的操作及显示，主要包括：
-温度显示
-管道堵塞显示
-泵的启停显示
-液位显示
-温度超限报警显示
-液位超限报警显示
-上位机启停液压站的控制
B.润滑系统子画面
画面中提供工艺润滑站的操作及显示，主要包括：
-静水箱和污水箱油温显示
-电磁阀工作状态显示
-泵的启停显示
-液位显示
-温度超限报警显示
-液位超限报警显示
-上位机启停润滑站的控制
C.直流传动系统子画面:
画面中提供直流传动的操作及显示，主要包括：
-传动报警显示
-故障复位
-上位机对传动分合闸的控制
D.参数设定子画面:
画面中提供工艺参数设定及外围设备的操作及显示，主要包括：
-带材宽度设定
-穿带速度设定
-开卷机初始卷径设定
-左卷取机初始卷径设定
-右卷取机初始卷径设定
-电机温度报警设定
-乳液流量设定
-主轧机工作辊直径设定
-左右偏导辊直径设定
-乳液温度设定
-轧制线标高调整的参数设定
-轧辊负荷自动控制
-稀有站控制
-油舞润滑控制
-真空风机控制
-AGC工艺控制
5.2.2.3状态显示
状态显示包括电磁阀动作显示，接近开关状态显示，电机温度数据显示。
5.2.2.4报警记录
该画面上可以显示目前系统所记录的机组出现的报警的详细情况，例如：
报警类型、出现地点、出现时间、报警持续时间等，以便于系统操作和维护人员进行故障的分析和排除。
1.2.4维护画面
1.2.4.1趋势图记录
该画面上显示轧机的速度、电机电流、电机电压、轧制张力等变量生产状态的历史趋势曲线，以帮助操作人员和维护人员对当前机组的运行状态进行分析和判断。
通过趋势曲线图顶部的工具条可以对趋势图进行在线设定，操作和维护人员可以根据需要选定适合采样的周期和时间，还可以选择不同的曲线进行组合分析。
可以时时打印曲线。
5.2.33数据处理
数据处理功能嵌入WinCC运行，即：
从操作角度看，HMI是一个单一的系统。
数据处理的主要功能包括：
-生产参数设定
-生产记录处理
5.2.3.1参数设定
可通过三种方式确定生产参数：
引用预设定值、调用轧制规程表或是手工修改，这些操作均在同一画面内进行。
无论是引用的预设定值还是调用的规程表数据，均可对其进行手工修改。
1.3.1.1轧制规程管理
轧制规程为带钢规格及其生产参数的集合，借助于轧制规程，可不经计算而直接调用生产参数。
轧制规程管理具有以下功能：
轧制规程存储：
将特定的轧制表记录作为轧制规程记录储存到轧制规程表中；
轧制规程编辑：
提供对轧制规程记录的修改及删除；
轧制规程调用：
将所选定的轧制规程记录的生产参数应用到当前轧制表记录。
6系统控制原理说明
冷轧机控制工程软件设计实现了对冷轧工艺的要求，其系统控制原理框图见E03016191-03。
6.1卷取机原理框图
注释：
1.卷取机控制采用间接张力控制方法，卷取机的角速度通过通讯来自于传动，线速度通过偏导辊上的高速计数器计算得到。
2.由于齿轮箱变比在整个轧制过程中是变化的，那么会影响线速度的处理和动态补偿的参数。
3.蓝色部分由PLC控制，灰色部分为DCS500控制。
手动点动操作没有提及，参见主轧机控制原理框图。
说明：
Velocityorequivalentsignal是通过偏导辊上高速计数器检测的脉冲数计算得到的线速度。
功能块为FC8，FC9。
引入FC8或FC9计算得到的线速度。
该功能块是FC18
Referenceprocessing是速度给定处理。
根据FC18得到的线速度，再增加偏差量，以使速度达到饱和。
处理该功能块为FC19。
TensionReference是张力给定功能，引入操作台上的点动电位器给定，并有锥度控制和积分输出功能。
该功能块是FB5。
Z=X*Y/100%,是实现张力力矩的功能，即张力乘以卷径形成力矩。
该力矩作为传动中力矩给定的限幅。
对应的功能块是FC17和FC21。
Diametercalculator是卷径计算器，根据FC18中的线速度给定，和通过通讯读到的角速度进行处理，经过卷径积分器得到卷筒的卷径。
对应的功能块是FB1,FB6。
Accelerationcalculation是根据带材的线速度，根据卷筒的转动惯量，计算得到实时的加速力矩的补偿。
对应的功能块为FB2,FB3,FC10,FC11,FC12。
Loss是由于机械摩擦或风阻等因素产生的力矩补偿，该力矩补偿根据实际卷筒的角速度来设定力矩值。
对应的功能块为FC13和FC14。
processvariableratio是处理由于齿轮箱变比的变化而产生线速度的标么的变化，该功能对应在FC39中。
Variableratioparameters是处理由于齿轮箱变比的变化而产生动态补偿和空在补偿参数的变化，该功能对应FC39中。
6.2主轧机原理框图
注释：
主轧机控制采用速度控制方法。
根据现场操作的不同，采用不同的速度给定。
蓝色部分由PLC控制，灰色部分为传动控制。
说明：
Jogcontrol为点动控制功能。
主要实现在维护工艺操作时实现。
Warmingupcontrol为预热控制。
主要是在启车之前，手动给定轧机一个速度，让其转动，这是乳液喷下，通过摩擦，加热乳液。
Auto-Decreasecontrol为自动减速功能。
就是在第一道次轧制过程中，在开卷机的卷径达到一定程度，即块放完时，自动减速到穿带速度。
Auto-Stopcontrol为自动停车功能。
就是在可逆轧制过程中，由于放卷的带材越来越少，当减少到设定的程度，轧机自动停车。
Load-balancecontrol为负荷平衡控制。
就是在张制过程中，可能会由于带材的质量的问题出现上下辊的电流偏差较大，那么通过调节上辊或下辊的角速度来调整电流的大小，是上下辊处于一种平衡状态。
Normspeedcontrol为正常的速度控制，也就是说在轧制过程中，操作人员通过操作台上的按钮和转换开关根据轧制的工艺要求进行调解主轧机的速度。
Conditionchoose上述主轧机的控制要求根据轧制工艺的不同要求采用不同的控制方案，上述这些均在FC29中控制。
7源程序保存
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7.2运行版
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