轧制过程控制第四篇板带钢轧制过程控制计算机控制系统解析课件

1、北京科技大学 机械工程学院/machine/板带钢轧制过程控制第三篇板带钢轧制过程控制计算机控制系统张晓峰、张清东第1页，共33页。第1章、基本概念综述 1.1、现代化连轧机控制系统的概念 1.2、工艺设备对计算机控制系统的要求 1.3、国内外连轧机计算机控制系统的主要类型 1.4、本章小结 2022/7/29/machine/2第2页，共33页。1.1、现代化连轧机控系统的概念 1.1.1、连轧机控制系统包含的“三电”范围 电气控制设备 计算机和网络设备 自动化检测仪表 1.1.2、连轧机控制系统不包括的范围 厂房设施及土建 供配电设备 公辅设备 工艺设备本体2022/7/29/machin

2、e/3第3页，共33页。1.1.3、以“4高2低”的技术经济指标求得效益 高效能: 年产量达到100-500万吨。 高效率: 轧制速度达到20米/秒。 高质量: 厚度精度达到微米级。 高可靠性: 系统运行率99.8%以上。 低投资: 吨钢投资低。 低消耗: 能源、介质、材料、备件消耗低。2022/7/29/machine/4第4页，共33页。1.2、工艺设备对计算机控制系统的要求（1/2） 1.2、工艺设备对计算机控制系统的要求 高速控制：设备采用液压传动，控制采样周期可达2-20ms，需要进行“高速控制”。 高速通讯：主要质量控制功能集中于精轧机组，各控制器及各CPU间具有1-2ms级的数据

3、更新能力，需要进行“高速通讯”。 功能关联与耦合：功能之间相互影响，多个功能需共享输入和输出模块。2022/7/29/machine/5第5页，共33页。2022/7/29/machine/6第6页，共33页。1.3、国内外连轧机计算机控制系统的主要类型 1.3.1、热连轧机计算机控制系统的演变历程 上世纪60年代以前（孕育期）：模拟厚度控制系统 上世纪60-70年代（成长期）：MCLOUTH 1525 上世纪80-90年代（成熟期）： 美、欧、日 上世纪末-本世纪初（ 新生期）：中国和世界列强 GE: INNOVATION SIEMENS: SIMATIC TDC（SIMADYN D） MI

4、TSUBISHI：MELPLAC 2000 NERCAR：CNROLL2022/7/29/machine/7第7页，共33页。 1.3.2、热连轧机计算机控制系统开放性的趋势 20世纪90年左右 20世纪末 SIEMENS:MMC216 SIMADYN D SIMATIC TDC （VME总线） GE:CSF GM-2000 INNOVATION （VME总线）ALSTOM (W-H): WDPF ALSPA INNOVATION （VME总线） （PCI + VME总线） NERCAR: CNROLL （VME总线）2022/7/29/machine/8第8页，共33页。 1.3.3、我国的

5、热连轧机计算机控制系统 2022/7/29/machine/9第9页，共33页。 1.3.2、我国的热连轧机计算机控制系统（续）2022/7/29/machine/10第10页，共33页。1.4、本章小结 以现代化热连轧、冷连轧为代表的钢铁工业是大规模制造精品的过程工业。控制系统是过程工业的神经中枢。 钢铁制造的过程可以分为“慢过程”和“快过程”。“慢过程”指如高炉、转炉等冶炼过程。“快过程”如热连轧和冷连轧，对其控制性能要求“高速控制”和“高速通讯”。2022/7/29/machine/11第11页，共33页。第2章、连轧机计算机控制系统的结构和功能 2.1、连轧机计算机控制系统的分级 2.

6、2、连轧机计算机控制系统的结构 2.3、连轧机计算机控制系统的主要功能 2.4、本章小结 2022/7/29/machine/12第12页，共33页。 2.2、连轧机计算机控制系统的分级 L4(生产管理)：合同处理、生产计划、日志报表 L3(生产控制)：物流和库存管理、质量管理、日志报表 L2(过程控制)：过程控制、过程监视、过程日志 L1(基础自动化)：顺序控制、逻辑控制 L0(传动控制)：执行机构实际动作、实际数值传送2022/7/29/machine/13第13页，共33页。2.2、连轧机计算机控制系统的结构 2.2.1、集中控制 2.2.2、分布式控制系统特点： 1、分级递阶控制; 2

7、、硬件积木化3、软件模块化; 4、控制系统用组态方法生成5、通信网络的应用;6、可靠性高7、开放系统结构特征： “区域控制器群”结构 “超高速网”结构2022/7/29/machine/14第14页，共33页。 “区域控制器群”结构： 美国GE的系统，如本钢1700，梅山1422；德国SIEMENS的系统，如武钢2250，宝钢2050，各CSP等。 “超高速网”结构： 日本MITSUBISHI的系统，如宝钢1580，鞍钢1780，唐钢1800等；我校的CNROLL系统，如鞍钢1700等。2022/7/29/machine/15第15页，共33页。 “区域控制器群”结构特征 2022/7/29/

8、machine/16第16页，共33页。2.2、连轧机计算机控制系统的结构（4/4） “超高速网”结构特征 2022/7/29/machine/17第17页，共33页。2.3、连轧机计算机控制系统的主要功能 2.3.1、首先确定功能分配原则 跟踪：L1位置跟踪、L2数据跟踪 设定值管理：L1设缓冲区管理 采样值处理：L2进行 人机界面(HMI)功能：L1为主，L2仅与设定有关 子系统设置 各控制器I/O配置 2022/7/29/machine/18第18页，共33页。 2.3.2、再确定功能间信息交换 L1 L2事件驱动 L2 L1设定完成 L1 L1动态交换 主网子网主从方式(留有与L0及L

9、3的通信接口） 对内存映象网（分享内存）进行设计2022/7/29/machine/19第19页，共33页。 2.3.3、轧线主要仪表配置 序号仪表名称测点1测宽仪粗轧后、精轧后、卷取前2测厚仪精轧后3测温仪出炉、粗轧、精轧前后、卷取前等4金属检测器（HMD、CMD）各段辊道跟踪点5测压仪粗轧、精轧机各机架6优化剪切仪表切头飞剪前7直线位移传感器各位置控制液压缸8旋转位置编码器各调速电机9平坦度仪精轧后10凸度仪精轧后2022/7/29/machine/20第20页，共33页。2.3.4、基础自动化级 、L1级硬件配置 系统中设有多台PLC用于跟踪、轧件运送顺序控制、中等速度的位置和速度控制以

10、及换辊控制等功能。 系统中设有多台VME总线多CPU HPC（高性能控制器），用于质量控制及精轧区内需要高速控制的位置、速度、活套张力等的控制。 2022/7/29/machine/21第21页，共33页。 精轧区域内各控制器通过超高速光纤内存映像网连接，各站都有自动旁路开关。炉区、粗轧区和精轧区之间的数据交换通过主干光纤以太网实现。 内存映像网与主干以太网之间的通讯，采用冗余方式。 系统中大量采用现场总线以连接远程I/O、主辅传动 控制器、子系统（液压站、泵站等）。 系统中预留有与L3和连铸L2的接口。2022/7/29/machine/22第22页，共33页。 、L1级功能分配 加热区21

11、0#站(PLC)：加热炉入口区跟踪及入口和出口侧辊道控制 加热区220#站(PLC)：加热炉本体控制 加热区230#站(PLC)：全轧线跟踪和模拟轧钢2022/7/29/machine/23第23页，共33页。 粗轧区310#站(PLC)：完成粗轧区的顺控、APC和AWC控制 粗轧区320#站(PLC)：完成热卷箱控制 粗轧区330#站(PLC)：完成飞剪控制及辅助设备的控制2022/7/29/machine/24第24页，共33页。 精轧区410#站(PLC)：顺序控制、终轧温度控制 精轧区420#站(HPC)：液压压下APC和弯辊、窜辊控制 精轧区430#站(HPC)：精轧厚度控制AGC及

12、板形控制 精轧区440#站(HPC)：精轧机组主速度和活套控制 精轧区450#站(PLC)：精轧机组快速换辊控制2022/7/29/machine/25第25页，共33页。 卷取区510#站(PLC)：卷取温度控制CTC和质量分类 卷取区520#站(PLC)： 热输出辊道及有关辅设备控制 卸卷小车控制 运输链控制 卷取区530#站(HPC)：1#卷取机控制及助卷辊AJC 卷取区540#站(HPC)：2#卷取机控制及助卷辊AJC 2022/7/29/machine/26第26页，共33页。2.3.5、过程控制级 、L2级硬件配置 过程控制计算机的选型有传统的小型机服务器（ALPHA Server

13、）和目前流行的微机服务器（PC Server）两种方案。为了提高可靠性，一般采用1用1备和共享磁盘阵列的模式，同时每台服务器还对关键部件（比如电源、风扇、网卡、硬盘）进行冗余配置并且可以热插拔。另外，还配备若干台高档PC机用作软件开发终端。 2022/7/29/machine/27第27页，共33页。 、L2级功能分配 初始数据的输入： 生产计划输入到过程控制级计算机，同时还输入初始数据PDI（PRIMARY DATA INPUT）。 跟踪： 跟踪是确定轧件在生产线上的实际位置和有关状况，以便在规定的时间启动有关应用程序，完成过程控制的其他功能。2022/7/29/machine/28第28页

14、，共33页。 设定和设定计算：通过一系列的数学模型计算 得到各种生产设备的设定值或设定方式, 并且在规定的时序将计算结果传送给L1。包括： 加热炉设定计算（HSU） 粗轧机设定计算（RSU） 热卷箱设定计算（CBSU） 精轧机设定计算（FSU） 板形设定计算（SSU） 卷取温度控制设定计算（CSU）等2022/7/29/machine/29第29页，共33页。 模型的自学习：利用前一块钢的轧制实测数据，采用指数平滑方法，修正计算模型参数，使模型更加精确。 一般参与自学习的模型参数有： 粗轧机单位压力 精轧温度模型系数 轧制压力模型系数 合金钢的钢种系数等 2022/7/29/machine/30第30页，共33页。 数据记录和报表：计算机采集生产过程中的各种数据，编辑成各种类型的报表，主要有： 班报 工程记录 生产报告(包含质量分类报告) 人机界面 (HMI)：通过显示画面可了解过程控制的有关信息，通过输入画面和键盘可向计算机输入必要的数据和命令。2022/7/29/machine/31第31页，共33页。 数据通讯