全集成自动化八辊五机架冷轧机组.docx

1、全集成自动化八辊五机架冷轧机组全集成自动化（T1A）八辊五机架冷轧机组本系统利用西门子全集成自动化平台，以西门子全集成自动化为基础，突现了一个完整的从现场级到工厂管理级的自控系统，该系统能够降低工厂单位能耗提高产品质量及更佳的供应管理。该系统具有三个典型的特征：1统一的组态和编程2统一的数据管理3统一的通信从管理级和现场控制级，T1A通讯可覆盖整个公司，性能优越的网络适应各种应用，工业以太网、Profibus以及AS-I总线。以下是该系统的详细描述：一 配套设施描述：1450mm全连续式八辊五机架冷轧机组电控设备由高压配电、无功补偿、谐波滤波、整流变压器、动力变压器、低压配电、马达配电中心、不

2、间断电源、直流电机、传动装置、基础自动化、检测仪表、各类传感器、过程控制组成。整个控制过程由L3向过程级发送每天的作业计划和相应的PDI值，过程机接受L3级的作业计划，进行机架设定值计算，向L1级提供预设定方案参数。基础自动化级接受L1级的信息后实现各类控制。主要有AGC控制、传动控制、数据采集、主令速度控制、入口段、出口段物流及逻辑控制，以及各类辅助设备的控制。二 过程控制系统描述：第1章 过程计算机技术文挡1、总则 二级系统的一个主要功能是对一级机设定值的预设定（如轧制力、张力等等），以便要求钢卷能够轧到目标厚度，同时预设定是通过数学模型来实现的。 为了克服实际轧制力和数学模型计算出来的轧

3、制表数据的偏差，调整（学习）功能投入使用，让轧制表数据能够从实际轧制力中学习，等等。PDI计划从三级计算机系统那儿接收到，产品计划的编制通常由三级机来执行。在PLC系统中，轧制工艺的功能控制根据由二级机发出来的设定值来执行。（详细描述见自动功能部分）二级机的其他重要功能是控制信息的处理。该功能通过HMI接口提供了工艺界面，如和产品有关的记录和统计信息。这些信息服务帮助我们优化产品控制来提高工厂的操作水平。2、过程计算机（二级机）硬件说明计算机型号和尺寸仅作为一个参考给出。到计算机硬件和软件订货时，硬件和软件的型号和尺寸将会被更新到买方给出定单时的流行版本.管理控制计算机1】、西门子工控机 2台

4、2】、喷墨打印机 1台3】、Wincc编程软件 2套系统网络1】 现场级：ProfibusDp 12Mblt 介质：西门子DP网络线2】 基础自动化级：H1以太网100Mblt 介质：光纤3】 过程级：TCP/IP以太网100Mblt 介质：光纤3、基础软件规格书计算机型号和尺寸仅作为一个参考给出。到计算机硬件和软件订货时，硬件和软件的型号和尺寸将会被更新到买方给出定单时的流行版本.1】 系统平台操作系统：Windows 2000 数据库平台：MS SQL Server 2000系统平台选用原因Windows 2000是一个功能强大网络操作系统，这是结合了Windows98和Windows N

5、T 4.0的优良特性和功能于一身的Microsoft研发的新一代产品。在系统的综合可靠性和网络管理功能上都有很大的提高。通过Windows 2000 Server操作系统达到了软件业很少实现的一个目标：提供一种同时具有改进性和创新性的产品。改进性表现为Windows 2000建立于Windows NT 4.0操作系统的良好基础之上；创新性表现为Windows 2000 Server设置了操作系统与Web、应用程序、网络、通讯和基础设施服务之间良好集成的一个新标准。SQL Server 2000是一项全面完整的数据库与分析产品。从借助浏览器实现的数据库查询功能到内容丰富的扩展标记语言（XML）支

6、持特性均可有力地证明。与此同时，SQL Server 2000还在可伸缩性与可靠性方面保持着多项基准测试纪录，而这两方面特性又都是企业数据库系统在激烈市场竞争中克敌致胜的关键所在。无论以应用程序开发速度还是以事务处理运行速度来衡量，SQL Server 2000都堪称最为快捷的数据库系统，而这恰恰是该产品成为灵活首选解决方案的原因所在。它有高度的可伸缩性和可靠性，使用SQL Server 2000 可以获得非凡的可伸缩性和可靠性。通过向上伸缩和向外扩展的能力，SQL Server 满足了苛刻应用程序要求。向上伸缩。SQL Server 2000 利用了对称多处理器(SMP) 系统。SQL Se

7、rver Enterprise Edition最多可以使用32个处理器和64GB RAM。向上扩展SQL Server 2000 利用了对称多处理器(SMP) 系统。SQL Server Enterprise Edition 最多可以使用32 个处理器和64 GB RAM。可用性。通过增强的故障转移群集、日志传送和新增的备份策略，SQL Server 2000 达到了最大的可用性。2】 开发平台操作系统：Windows 2000 Server数据库系统：MS SQL Server 2000开发工具：Visual Studio .NET Enterprise Architect开发技术：C、C、

8、C#项目管理：MS Project 2000开发平台选择原因Visual Studio .NET是唯一一个从一开始就是为Windows应用服务创建的开发环境。通过允许应用程序通过网络沟通和共享数据。Visual Studio .NET 和Windows应用服务提供简单、灵活、基于标准的模型，允许开发人员从新的和现有的代码汇编应用程序，而与平台、编程语言或对象模型无关。系统的中间软件层和核心算法模块采用C静态链接库的形式编码，在保持最高效率的同时又保证了开发和维护的灵活性。Visual C+是由Microsoft开发的一种高级编程语言，由于它是从C中派生出来，因此具有C的灵活高效功能，同时有具备

9、开发超大规模系统的能力。由于是Microsoft公司的产品，它又同VB一样简单，可以显著的降低开发和调试周期，我们在国内两套中厚板厂成功第实施了两套过程控制系统，均由Visual C+开发，从而在实时性和开发开发维护效率之间获得了平衡。C#是由Microsoft开发的一种新型编程语言，由于它是C和C+ 的超集，因此具有保持较高运行效率的同时实现组件框架的功能。我们的实践证明，C#是开发.NET框架应用程序的最好语言，我们将在PC终端应用上部署.NET灵活高效的应用程序。Microsoft Project 2000是全球最普及的专案管理软体。代表Microsoft公司在专案管理上的新里程碑。Mi

10、crosoft Project的安装基础，Microsoft Project 2000 是针对整个客户层投入无数研发后的结果，它提供几个主要新增功能和加强功能。Microsoft Project 2000让知识工作者能够灵活协同运作计划、追踪专案，并提供计划所需的结果。它是组织大型软件项目所需的规划工具。此外，新的相关产品Microsoft Project Central与Microsoft Project 2000密切运作。Microsoft Project Central是Web型协同作业工具，允许专案人员之间双向通讯，也允许每个人(即使桌面上没有Microsoft Project 200

11、0) 存取资料。Microsoft Project Central将使用Microsoft Project 2000让更多的使用者存取专案管理。4、系统软件-实时文件系统（RDB）-进程管理（TASK）-数据联路管理（PLCLINK）-数字IO管理（DIOMNT）-通讯管理（LANMNT）-报警管理（ALMMNT）-终端管理（OPSMNT）系统功能配置图本系统使用固定优先级策略来管理处理器调度。为了实现调度策略，采用了“优先级”和“份额”的概念。1) 固定优先级调度法则各线程分属于不同的优先级，优先级值越大的线程越是优先分配CPU资源。例如：当一个低优先权的线程正在运行时，另一个高优先权的线程

12、转变为准备状态，则CPU的执行权传给高优先级的线程并把低优先级的线程放在等待队列的头部。线程的优先级在在线程创建时设定，除非使用系统调用setpriority()声明否则不会改变（这种情况不适于为提高实时性而采用的优先级继承功能）。相应的，当高优先级的线程运行时低优先级的线程永远不会获得优先权。2) 基于份额的调度法则如果线程具有相同的优先级，则采用基于分额的调度法则。份额意味着对CPU执行权限的控制限度。当一个线程执行了很久并消耗了由份额值所规定的时间，它将被占先，CPU的调度权移交到同等优先级的另一线程。被占先的线程被放置在同等优先级的队列尾部5、应用软件-PDI数据输入（PDI）-钢卷跟

13、踪（TRACKING）-实时数据采集（DTGMNT）-CRT显示/输入（CRTMNT）-班组管理（SHIFTMNT）-换辊（ROLLMNT）-带钢轧制力调节（利用数学模型）的机架设定功能-针对轧制力自适应补偿功能-Oracle工艺数据采集和分析仓库-和三级机的数据链接-和PLC的数据链接-轧制报表 以模型为核心的过程控制系统 1】 原始数据输入（PDI）在这儿，主要执行的功能有：-PDI在线从三级机接收-PDI离线从HMI手动输入-修改/删除PDI数据（a） 总则 本功能主要用来进行和钢卷产品有关的技术数据的输入。PDI信息应该在钢卷到达开卷机前到达。 所有针对机架控制的预设定数据是基于PDI

14、数据的，只有PDI数据是按照正确格式和可用的情况下，这些数据才被接受。每个钢卷必须有一套PDI数据（b） PDI内容PDI内容是基于以下的描述。内容的详细定义和格式将在详细设计阶段最终确定。基本上，PDI应该包括钢卷的如下信息：# 原料验证码# 原料类型# 原料代码# 原料宽度过程机存储足够的生产数据，保证在通讯系统故障下维持生产。2】 钢卷跟踪跟踪系统具有如下功能：钢卷/带钢跟踪跟踪钢卷/带钢的移动，形成从入口鞍座到出口鞍座且包含带钢位置和信息的跟踪印象。启动其他功能能够在特定的时刻执行自动预设、数据采集、OPS和生产结果传送等其他功能。钢卷跟踪段名称段编号段名称定时(入口)入口段开卷机上卷

15、(入口)入口段焊接完成1入口段焊缝通过#1焊缝检测装置 2轧机段焊缝通过#2焊缝检测装置 3轧机段焊缝通过No1 STD (出口)出口段轧机出口剪剪切或焊缝通过3】 数据采集实际数据由一级机采得，该功能收集并存储这些数据。采集到的数据存入每个入口钢卷和成品钢卷的数据中并传送到三级机。另外这些数据也用于OPS 的操作指导显示和报表输出等功能。共有两种数据收集方式：事件收集类型 采样收集类型 ( 定长采样) 数据采集示意图（见附图）4】 机架设定计算（数学模型）二级计算机最重要的一个功能是计算和预设定针对控制级（如一级机）的给定控制值，以便能够得到想得到的成品钢卷规格。设定值是通过数学模型来进行计

16、算的.数学模型自己不能表现出100%的物理现象；因此，它需要通过一个学习模型（称为“自适应控制”）来进行补偿。机架设定计算和选择预设定值的参数包括： -轧制速度 -张力 -轧制力 -轧制分配表 -弯辊力 -AGC控制参数设定计算的框图如下：PDI入口厚度出口厚度带钢宽度屈服点等等 数学模型考虑到冷轧带钢时存在弹性变形区的现象。变形抗力模型：从入口厚度hin到出口厚度hout的平均变形抗力 km 5】 自适应学习 数学模型是一组描述生产工艺操作与控制规律的方程。冷连轧的数学模型是轧制理论、控制理论与实践经验结的产物，是近似的理论模型。因此，数学模型都不是绝对准确的，需要不断的修正提高精度。数学模

17、型学习的策略和任务就是通过比较计算机系统收集的实际数据与模型设定计算值之间的差异，反映出理论与实际的差别，以不断修正数学模型方程系数的方法，使数学模型逐步求精，逼近当前生产轧制的实际，从而使冷连轧机的过程控制系统获得更高的设定精度。（1）摩擦系数学习：根据摩擦系数模型可以得到系数的计算式， (6-1) (6-2) 其中：第I机架摩擦系数后计算值；模型参数(最小摩擦系数)，层别表数据；模型参数(轧制长度影响系数)，层别表数据；模型参数(带钢速度影响系数)，层别表数据；模型参数(标准速度)，m/min们，层别表数据；第I机架带钢出口速度，m/min；第I机架工作辊轧制总长度，km；学习系数当前使用

18、值；学习系数计算值。（2）变形抗力模型学习变形抗力学习只在高速和低速时学习。变形抗力学习系数在每个钢卷都被更新，但更新后的学习系数并不是马上影响到设定计算，而是只保留在内存中。学习计算和学习系数更新在后台不断进行，更新后的学习系数在内存中不断的更替，当所有机架一起更换工作辊时，最新的后台更新的学习系数才被应用到设定计算中。三 基础自动化1、L1级硬件设备如下：1】一套TDC PLC；2】一套辅助控制S7-400PLC；3】一套飞剪控制S7-300PLC；4】5套液压压下控制S7-400PLC；5】一套数据跟踪DTB；6】3套OPS站（4台研华611工控机，4台17寸平板显示器）;7】 6套OP

19、S站（西门子10.4触摸屏）8】 五套S7200，传动逻辑控制系统9】 主操作站（21寸显示器4台、西门子工控机2台）。10】 西门子ET200站（3000点）。 2，L1级PLC编程软件：西门子PLC编程软件用2套STEP7 （授权），9套Wincc。 3，主要功能：1， 传动控制。2， AGC控制。3， 数据采集。4， 轧辊调零。5， 主令速度控制（点动、单动、穿带、加速、保持、减速、停机、快停、急停）。6， 入口段，出口段物流及逻辑控制。7， 辅助液压，润滑，乳化液冷却系统控制。8， 排雾、除尘、通风、排污系统控制。9， 故障报警及连锁。 4，自动厚度控制AGC：为了达到好的厚度精度，本

20、项目提供一下AGC功能：1， 自动位置控制APC；2， 硬特性控制BIARA；3， 辊缝监视GMN；4， 快速监视FAST;5， 辊缝前馈GFF；6， 速度补偿SPC；7， 辊缝物流GMF；8， 解耦控制NIC；9， 自动张力调节ATR；10， 自动速度调节ASR；11， 张力监视器SMN；5，动态变规格FGC： 为了提高成材率，在不停机状态下，把一种产品规格（钢种、厚度、宽度）变换成另外一种产品规格，是连续轧机的重要特征。 过程：1， 二级机把新的轧制规程算出来；2， 钢卷到达一机架前50米，新轧制规程送入一级机；3， 启动FGC。步骤：1， 轧机减速；2， 关闭AGC；3， 待变规格点进入

21、一号机架时，按新的规程的辊缝和机架速度给定；4， 变更速度要保持二号和三号机架的张力恒定；5， 待变规格点进入下一机架时的步骤同上。6， 活套控制： 机组为水平活套，采用直接张力控制，保证有足够时间进行带钢接头。 四 传动单元：1】直流控制柜：采用西门子6RA70直流控制器。 50台。2】交流控制柜： 10台。3】配电柜： 10台（用铜牌与电柜联接）。五 仪表：1， 测厚仪；2， 编码器；3， 张力仪；4， 压力传感器；5， 油压计；6， 辊缝仪；7， 对中装置CPC；8， 秤重仪；9， 光电传感器，接近开关；10， 热工仪表（液位、温度、流量、压力、电导、浓度、酸度等）。11， 焊缝检测装置（乙方供货）