控制系统论文三明钢铁厂高速线材轧机电气自动化控制系统-写手联盟

1、控制系统论文|三明钢铁厂高速线材轧机电气自动化控制系统-写手联盟    ANSALDO 公司开发ARTICS系统己多年，并将其广泛地赢H丁 业控制系统，经过多年实践，积累了许多经验，使系统不断地发展和完善。该系统为ANSALDO 公司在世界J：业控制领域的竞争中争夺了许多的市场，赢得了一批客户，取得了可观的经济效益，并得到了客户的信任而享有一定的声誉。% H: U% + j: U# p, - k该电气控制系统设备由人机接口WSA（Work Station ANSALDO）或监控系统MMI、ANSALDO公司工业控制机AMS、可编程序控制器PLC、r业令牌

2、控制网络TPL、1：业局域网络ETHERNET、人机操作系统配置软件系统O1s（Operator InterfaceSystem）2 、ANSALDO 实时控制系统ARTICS配置软件和全数字式直流传动装置Silcopae D等纽成。* T' r- n4 _: q, z" t' e% K3 u4 S1993年11月三明钢铁厂与ANSALDO公司签订合同， 电气控制系统设备由ANSALDO公司负责设计 I制造， 1996年4月ANsAu）0 公司将该控制系统殴备远到了三明钢铁厂， 1997年10月开始调试，1998年2月正式投入运行和生产，到目前设备运行一直良好。3 l

3、+ e3 R) d* I3 n) . X  y/ 1.ARTIcs系统的组成ANSALDO公司的ARTICS（ANSALDOReal Time Integrated Control System）称为安萨尔多实时集成控制系统。不同的控制麻Hj采HJ不同的硬件 l软件组成系统，人致可将当今 业控制领域的设备控制级、基础口动化控制级和过程控制级设备包括在内 设备控制级的全数字式直流整流传动装置，基础自动化控制级的PLC、AMS和WSA，过程控制级设备PC 机、DEC 的VAX 利A1lpha 业控制机等设备，由ETHERNET、TPL和DvME-BUS网络集成。按响应时间来说。

4、设备控制级为10 s，基础自动化控制级为10-2s， 过程控制级为1旷 s。. v' q8 F/ M6 U5 x9 e# k( '4 q6 j( t主要设备选择的最基本原则是开放和标准，硬 1：范罔考虑到是世界范围内的标准设备和计算机，例如DEC、VME总线Motorola平¨IBM 兼容个人计算机。PLC设备以满足用户的要求来选择。达到最灵活的集成系统 同样软件的操作系统和开发平台，采用VMS（DEc）、VMEexec（Motorola）、WINDOWS（Microsoft）、C+和IEC ll31标准语言软件通讯协议符合开放系统要求。 采用ARCNET、TC

5、PflP和|EEE 803等协议。0 b$ $ g, T2 z, A并具有如下特点：8 + w4 O- o3 U6 t 分布式结构和多控制级参与；" 安装在每一控制级别的设备将完成该级别的任务：. d0 b5 |" Q, p  W( s" 基础自动化控制级管理和完成不同快速响麻时问功能和任务：" O8 a2 c- e. C; J+ m$ r$ O" 硬作平¨软 1：结构为开放式且可以扩展：! u5 K1 F9 '' F* T7 b: x0 M基础自动化级的通讯网络为实时网络且可靠性高：'

6、; k$ e1 g$ U2 c+ U应用指令可以简捷、迅速监视和配置：; q4 _: K6 '2 T监视装置显示生产过程实时任务和变量： "7 n+ ?- W( a: j! a 人 I：简单干预和影响控制生产过程，并具有自诊断系统和打印。, q5 V* w5 h9 a: T3 g, l6 z1 B# uI.1过程控制级通常计算机是该级的最主要的设备。在不同的r程项目中将采用不同的机器。主要选择： ./ X) X) n& a"   美国数字设备公司的产品VAX机型； 美国Motorola VME总线式的微处理器M680XX 型：) G# &

7、amp; 3 t2 J5 p- E 个人计算机（IBM 兼容计算机）。& u" f  p- q/ N, o0 n/ L在复杂系统中，通常计算机选择VAX机型，操作系统为VMS 开发和完成工程应用的多用户、多任务软件系统，并具有高速、实时、批处理、时间优先、事件优先、顺序执行等功能。: w# Y9 e" Z. M; VMS操作系统还提供了高性能诊断和程序调试软件，及具有支持许多的通讯标准确保与其他设备的联络。6 c$ G4 T5 p% '7 z3 V5 ' ) m三明钢铁厂高速线材工程属一般工业控制系统，该系统的计算机选用了IBM

8、个人1：业型计算机，操作系统为WINDOWSNT 。8 H7 & _) U0 w$ w3套监视系统MM1：" d5 j% c. t7 G5 'CPU型号 Intel一奔腾II内存 64Mbytes RAM硬盘 1.5G bytes软盘 1.44Mbytes 3,5操作系统 WINDOWS-NT与PLC接口网络接口显示器串行El（RS232485转换口1ETHERNET网卡20 分辨率1024x7681.2AMS控制系统AMS（ANSALDO Micro system）实际上是一台工业控制计算机，由ANSALDO 公司白行设计和以OEM方式采购的Motorola公司68

9、0X0系列（时钟频率25MHz）芯片为基础。配以ANSALDO公司的开发软件组成。基本结构为欧洲I 业标准框架和VME总线，可插入多CPU处理器、多种网络接El 、操作者终端接El卡、MM1人机接El和高速的数字繁和模拟量I，o输入输出模块卡。是ARTICS系统核心装置。完成的任务如 F：& d4 g  X5 a' s2 H1 X% ' t( m/ | 高速处理器的实时控制； 逻辑和顺序控制：8 k' S3 T6 c) J# Q) 与设备级传动装置直接连接； 与快速IO模块连接； 与TPL网络连接：( t# 5 I, O0 Q7 Q"

10、; 与ETHERNET 网络连接，可诊断、监视和管理（1）AMS硬作AMS结构示意图见幽3。% F, Z4 w( n' $ A1 O& z  c配有2套AMS控制装置框架有20个插槽，总线为32位VME开放式总线 第一个插槽必须插入MVME162.222 CPU ； 第二个插入XVMERamdisk内存卡；其他CPU可插入第三、四、五和六槽中。 AMS最多插五块CPU模块；其余槽位可留给辅助模块。3 t! ', 1 z7 X0 I# y2 _0 c; M) a1 CPU 的规格： Motorola公司产品，MVMEI62LXMC68040.主频为25

11、MHz.0 t. t4 x( t! _8 ': Z8 c多控制器接El，能够保证完成2.78xl0 ips指令条s。第一个CPU与其他CPU型号完全一致。所不同的具有ETHERNET的接口控制器。可以与操作者终端、服务器、软件开发器和监视器相连接。( B" 1 A8 D8 r1 G, n9 v. V辅助模块分成两部分，一部分为IOCHANNEL 的模块，另外部分设置VMEShort IO模块。模块种类为数字和模拟ItO输入输出 、计数器 、快速IO 模块、DVME传动装置接！Zl模块、1PL网络接！Zl模块。通常TPL网络模块为双模块MM87和MMI 1.插在框架的展末槽位中

12、。# 1 C4 u4 g- e$ a（2）AMS软件多处理器工作环境中操作系统采用了VMEexec开发环境。即Motorola操作系统pSOS+实时系统 在此基础上ANSALDO公司配制系统配置软件和开发软件接口，将结合。L：程以c+软件来编制麻用软件完成：程过 控制。在卜5ms扫描周期内能完成一次r 麻软件扫描，这样确保了许多精度要求高和速度要求快的过程控制。如自动测厚控制和 剪控制等。- 8 r* o9 w6 U另一些1 程应用软件过程控制扫描时间要求在2030ms内完成， 这些软作在SaGRAF环境开发。可以川国际标准IEE13l1规定语言编制。IEE 131 1编制语言包括功能流 图、

13、功能块幽、梯形图、结构文本和语句表五种语言。# S, y! l% I3 W4 I（31PLC装置有4套PLC装置。PLC选用GEFANUC公司产鼎90.70系列， VME总线。- s( f  A2 p/ U3 o2 s& z: n9 j6 P1.3 TPL通讯系统TPL（Token Pass Line）令牌传递网络，属丁一种高速通讯系统。以ARCNET网络标准为基础，将基础自动化级分布式控制器连接起来。完成_I：程的过程控制。由于通讯速率高，特别适合实时过程控制。主要的特点如下：. V" : v& F& X9 a6 A 能点到点通讯：: n

14、2 q7 k' l) A3 y! S9 O 有整个系统的全局寄存器：( d, 3 N3 C) ', h1 M 每个通道最人传输512bytes：5 & H6 H% j. n+ z6 7 j 采烈轴利同轴屯缆冗余方式连接：& 2 o. z, I6 o+ ; E 具有16位CRC方式检验每条信息； 防【 屯缆故障 IlJ 作站故障； 每个l：作站与系统的连接和断开能自动配置：5 Y" V% w  _; |* k& P% j0 J( z1 z+ r 自诊断寻找和找出故障的位置：1 m% i( 3 J" X8 Z 电缆连接

15、长度在无放大器时为600m .最大为3500m ：/ E: |2 R( G( V 系统I：作站（无放人器时连接）10个。! t% o3 |2 R3 h% e- s  F  I9 E晟多为32个站； 符合IEEE 802.4通讯规定。$ ?+ R0 L! T+ G! 2 e6 _/ H（1）令牌传递采IHJ令牌传递方式控制网络系统，自动循环周而复始地工作。系统中工作站谁拥有令牌。谁就有权利向系统发送信息。. J( E3 M7 E: T发送完毕将令牌按顺序传送给下一个工作站。系统上工作站无令牌时只能接收网络信息。该网络最大优点是在一定量数据交换时能计算出交换

16、时间，是其他网络无可比拟的。4 Y+ V5 E% g% |( T! W' l* x6 r" X1 S（21系统全局寄存器全局寄存器就是网络上所有工作站都具有共享的寄存器区。实际上将网络每个作站规定一块公共寄存器区，该区根据网络上1：作站数量来确定寄存器块的数量。寄存器块的人小取决 J：作站通讯数量。某个作站发送信息时网络其他所有工作站的公共寄存器区对应的寄存器块将被更新。当网络上所有工作站完成一个发送信息循环周期， I：作站的公共寄存器 全部被更新。( A* k9 h1 L% 三明钢铁厂高速线材l 程TPL网络上配置了2台AMS利4台PLC，即6个l：作站，每个l：作站开辟一

17、个512byles的公共寄存器区，该区将分成6个寄存器块，每块对麻一个 作站。* R, X/ _1 L# z+ E3 A* Jf3）N络连接除了VAX 计算机通过TC1（TokonComputer In.rface）令牌计算机接口及VME总线形式。与TPL网络连接在一起外，TPL网络上工作站将利用网络专用接口模块连接。专用模块设计成MM1l和MM87两块，两块网络模块同时丁作。网络开发和配置由ARTICS软件配置器完成，采用一般个人计算机在WINDOWS平台上运行配置器，配置器将网络上的1二作站和计算机全局寄存器分配以文件方式形成。形成的文件送到各个：作站。- U3 p7 J' D-

18、D# R, N/ E3 bMMl1模块：1 F& U* k) x- i专用丁二网络电缆连接口，电缆采用双轴和同轴电缆，以及管理和处理冗余信息，模块面板上装有电缆连接诊断指示灯（传送给MM87模块显示）。6 C1 % 1 c* % CMM87模块：  h4 ; _- R; t9 u5 + w# G全局寄存器板，VME总线的双端内存64Kbytes，数据访问时间为230ns（典型值），CPU板为ln忙l 80188，ARCNET处理器为NCR 90C98，模块面板上装有5个诊断指示灯，用 垒局寄存器区的管理和诊断显刁 。" 9 E4 L$ G0 p+ j* t

19、（4）网络诊断网络运行后硬件诊断可通过MM87模块指示灯显示。软件诊断通过监视器显示整个网络系统是否正常I：作。$ v& l" '+ f4 W# H, 6 B" '/ z（5）网络电缆冗余考虑到通讯系统中电缆常常出现故障，ANSALDO 公司专门设计了网络电缆冗余控制检查装置，网络工作站之间连接的电缆均为两根。其中一根正常通讯电缆出现故障时，冗余电缆将自动投入工作。8 d) P2 q3 ?; g: P+ 2 M1.4局域网ETHERNET以太网系统采用TCPdP以太网通讯网络。将各AMS控制器及监控计算机WSA或MMI之间连接在一起，进行数据传递、信

20、号联络和通讯。该网络适合中型控制系统的通讯。& F; w: z) Z. m8 W* F+ U. l* A# g可靠性高且实用性强以太网网络主要特点：5 S; j/ k6 '9 F& E. W 符合EEE 802_3规定：; R2 M% _+ u% N! _ 网络通信。 点数量AMS 为服务器， 展多32个1 作站；- 网络通信节点数量WSA或MM为1 网络的通信速率为10MBPS：1 E+ M+ Q#   l3 l 采I【l通讯协议TCPEP的客户朋务器 ：( M! R! p: z$ K) X9 c- 每台连网的WSA或MMI计算机均装有一块网络接口

21、模块：/ h! p9 n: r- j; _ 网络。1 作站电缆采抖j同轴电缆。' u9 e$ B5 l) Kl、5 OIS 2监管器OIS（Operator Interface System）2是一个软件包。它是在BM个人计算机WINDOWSWINDOWS NT环境中开发和编制的，实质上是l：程过 控制系统中交换信息的管理器。在较人控制系统中由多台AMS 、WSA（Work Station ANSALDO）或称MM组成，系统的控制装置之间存在着大量的数据交换。MMI中可将监视工程过程用表格和幽形等方式米显示，I 程过程现场数据通过AMS收集，这些数据由AMS送往MMI：6 d) W:

22、h8 y3 s9 u2 W. o反过米，在控制过 中，MM可修改某些数据，由MM送往AMS去干预乖控制工程过程。由丁系统中人量数据你来我往，纵横交错的传递，数据的类型、起点、终点、名称、静态、动态分类等请多冈素，系统必须将数据协调管理，才能顺利完成控制。8 Z$ 7 j! D$ ?  W& L: ROIS 2就是ARTICS系统的信号川户管理器。7 G: h$ g" x9 O" b  y; O0 0 Q( P. t1 cETHERNET网络将AMS与MMI连接一起，采Hj通讯协议TCPIP的客户N务器交互通讯，AMS设置服务器

23、 ，MMI为客户。控制系统中可配置单一服务器和多个客户：或多个服务器平¨多个客户。0 I6 F4 * w0 ROIS 2监管器包括O功能、配置功能、MM功能、其他功能（如归档、登记和打印等）四部分功能的软件包。9 L/ V% r8 d  t/ |; % 0 b5 Cfl1lO功能管理系统中在MM上显示的所有数据， 以及网络中传递的数据，例如AMS装置与WSA或MMI之间数据管理。AMS与PLC之间数据传递管理。, U# I* ' ?0 s. n% v& t4 J% i5 r（2）配置功能WSA 或MM的表格和图形配置及编制。 ANSALDO

24、公司开发了一个专用幽形编辑器。编辑器存有大量的图形符号或幽形数据库， 图形符号按EC标准存储。另外。2 R9 '9 * j" % f% 3 i, f4 o; F还可以让编辑人员白行编辑闰形存储起来。8 p5 n5 N3 Z! ; j0 , e编辑r 过程显示图形可将图形块组台，配以颜色变量、尺寸变量、位置变量和形状变量，可满足任何显示表格和幽形。将。I：程过群数据或变量与图形符号连接起来，编辑成整幅图形或表格显示执行文件。8 j" K# F: B  y/ J. j. h数据库的配置和编辑，将MMI幽形和表格显示的数据归纳在一个库中。; |'

25、; e, R1 Y4 ) l数据库与图形执行文件连接后。形成MM图形执行文件。. V. ) V0 m. . 7 i（3）MM功能MM图形执行文件运行在IBM 兼容计算机中，操作者通过监视器监视。r：穰过程控制，也可以朋键盘和鼠标来修改某些参数和变量。3 e# o2 S' K. L0 E8 m（4）其他功能将MM!中编辑的数据、报警和报告形成可阅读的文件，归档所有配置报告，如数据库、工程图形和表格执行文件。) L2 r/ L9 M+ i: 7 |1.6监视工具借助监视 r 具对ARTICS系统监视、检验和调试 监视：【具安装在IBM 兼容个人计算机中， 带有调制解调器连接ETHERNET

26、网络仁。 L程师利用网络膏将监视。1：具连接到ARTICS系统上。可监视到：+ J* T1 " d3 X# x& M工程系统AR11cs硬件配置状况；AMS硬件配置状况；VO状态和强制； 系统应用功能参数状态和修改：1 R) w+ M: g6 F4 F# x. K 备份所有文件；TPL网络数据和诊断：1 _! 9 l% , v: E2 _AMS应硐软件变量； 传动装置变量跟踪、参数修改和诊断。) d5 O- o) 4 G1 W& n% W# '1.7系统配置ARTICS系统配置器也是一个软件包。# M5 & ; 5 i8 Z" f: ( k+

27、 '4 j0 _使用同样的IBM 兼容计算机。 在WINDOWS和WINDOWS NT操作平台上。井且计算机内存在4M 以上和硬盘20M以上运行。将完成如_F功能：, g5 A8 J5 U2 E 工程系统结构定义； 基础自动化级AMS硬件配置； 系统中每个AMS担负的任务和控制功能：  e$ o1 e0 F4 _; X2 y9 U- 自动产生TPL网络交换数据； 产生工程运行相关文件。+ Y5 l2 A  Y7 t/ W1_8DVME网络卡DVME网络 安装在AMS中。属于VME Short 1O控制模块 . 是ARTICS与全数字式直流传动装置

28、的串行通讯卡。通讯速率为187k波特率。数据采样和更新周期为l0ms RS485方式与全数字式直流传动装置连接， 电缆为屏蔽般绞电缆。 一块DVME#晟多能连接30台全数字式直流传动装置。通常AMS上只连接l5台全数字式直流传动装置。6 S7 U  w) |; j数据交换DATABASE矢量，包括状态、保护、逻辑联锁VO、速度给定、速度反馈、电枢电流和电枢屯压。PARAMETER矢量有调试、配置、传动基本参数； TYRISTORTRACE矢量中包括每个可控硅元件脉冲变量； DRIVER TRA CE 矢量有5O 个DATABASE矢量采样数据，采样周期为程序扫描或更新时间1

29、o2、5ms。4 _! T; |' j: G$ s! V2 el、9全数字式直流传动装置全数字式直流传动装置为ANSALDO公司的产品SilcopacD和Silcol 2.数量共计34套。Silco l 2装置用于精轧机主传动，其他主传动和辅助传动均采用SilcopacD装置 装有RS485串行接口，与上位机通讯，具有与其他电气公司生产同类产品所有的功能和性能。5 N+ i' F9 y# U; 8 W; Y$ F2.工程控制主要功能在三明工程高速线材轧机控制系统中，与通常线材轧机控制内容一致。主要控制内容如下； 加热炉区上料、装料、步进结构、出料逻辑顺序控制；- 轧线启动、停止

30、。以及紧急停车控制：/ W' V+ k* d' k* z7 w6 A" M 粗中轧区轧机的微张力控制； 轧线级联速度设定及自动级联调节：' k; V) z# u: C- p0 ! t2 Q 轧线速度设定的自适应控制：0 l% f' a( i  v/ T. u) ? 轧件跟踪控制； 轧线冲击速度补偿控制：5 p5 A3 K. a+ b1 O 活套白动控制； 活套辊升降自动控制； 剪剪刃定位控制； 剪切头长度控制：: c# t  C2 M8 z* H6 B7 H" v 精轧机与夹送辊张力控制：# Y'

31、; M$ 1 o3 T* ; b$ m; E/ E, l 粗中轧机换辊顺序控制； 吐丝机控制：! |( 3 K) |% a 穿水冷却段顺序控制：& N, M  $ 2 / t% Z3 M- V/ 散卷风拎却段顺序控制； 集卷区控制：, 6 u1 '& B* t2 Y- X" UPF钩式运输机控制； 人。I：打捆机、卸卷小车控制：0 O9 B4 R1 K8 P/ m 故障报警、自诊、显示和打印； 轧制样序的存储、设定、修改和自动计算； 与液压站和润滑站的联锁。$ U& s3 G0 a& _3 p: X; S. B: O2.I

32、AMS和PLC控制功能和控制区域AMS和PLC装置承担了全线基础自动化系统的任务，由丁装置I 作速度的不同。7 r2 h. i% # % eAMS和PLC将完成不同的工作任务。设计和配置装置完成的任务可以根据：艺设备情况。划分成单体设备或设备群。或根据控制功能需要完成的时问来确定。本J： 任务的分配如F：9 C3 e7 P! c' i4 6 G" L控制设备 控制功能AMS（M01） 轧机主轧机速度控制、级联速度控制、轧件头部微张力控制、活套自动控制、轧什跟踪控制、事故1AMS（M02） I 和2 E剪切头切尾控制、剪刃位置控制、故障自动碎断控制PLC（P01）PLC（P02

33、）PLC（P03）PLC（P04）从加热炉上料到加热炉炉门出口侧的夹送辊之间的逻辑顺序控制粗轧机区至预精轧机区逻辑顺序控制精轧机区到散卷风冷运输机区逻辑顺序控制集卷站到卸卷小车逻辑顺序控制、PF钩式运输系统控制2.2 MMI功能在WSA编辑器中。编辑了I5幅画面，3台MMI可同样显示所有功能。为了操作者方便，规定MMI OlS 2-I为轧机工艺参数设定和其他所有功能人机操作站： 另外2台MMIOlS 2-2和OlS 2-3只有轧机传动装置和辅助设备的操作、主轧机传动装置电流和转速棒形图显示、主轧机动态模拟图形显示、轧机传动装置变量的趋势图形、轧机控制参数设定和修改、故障报警、统计报表和打印报表

34、。1 z7 T3 V& E, Y" X% n3.RTICs系统软件WSA或MMI和2台AMS装置由以太网连接成过程控制级或I。5级基础自动化级。利用ARTICS coNFIGuRAToR系统配置：【=具。 首先配置出一个基本的Plant。即系统组态，与系统Database数据库连接：其二，将2台AMS和4台PLC组态， 由TPL 网络连接井对装置编号。3 z% / u$ I* 8 C. MAMS编成M0I和M02. PLC为P0I、P02、P03和P04；其三，AMS装置可多CPU 配置。第一槽CPU配成在VMEexec操作系统下主动节点，其余CPU设成协助节点访问1（9印象表；其四，对于AMS装置，由ARTICS系统硬件配置可设置AMS中所有模块；其五，每台AMS装置配置好各自的系统基本功能：其A，系统中数据或信号规定编制。5 E/ j" ?, Q  P+ J