冷轧轧机TDC控制系统

1、天铁冷轧培训专用系列教材CSPBT # 目录冷轧轧机TDC控制系统硬件和组态系统软件处理器功能简介2COMMONFUNCTIONS通用功能3MASTERFUNCTIONS主令功能：4STAND1-STAND5机架控制系统1-5冷轧轧机TDC控制系统一.硬件和组态TDC工业控制系统西门子公司SIMADYND的升级换代产品，也是一种多处理器并行远行的控制系统。典型的TDC控制系统的配置是由电源框架、处理器摸板、I/O摸板和通讯摸板搭建构成。电源框架含21个插槽，最多允许20个处理器同时运行。框架上方的电源可单独拆卸，模板不可带电插拔。CPU551是TDC控制系统的中央处理器，带有一个4M记忆卡，程

2、序存储在记忆卡内，电源启动时被读入CPU551中执行。可通过在线功能对处理器和存储卡中的程序作同步修改。SM500是数字量/模拟量输入/输出模板，更换时注意跳线.CP50MO是MPI/PROFIBUS通讯摸板，更换时需要使用COM-PROFIBUS软件对其进行组态的软件下装。CP5100是工业以态网的通讯摸板，更换时注意插槽跳线。CP52A0是GDM通讯模板。GDM是不同框架的TDC之间进行数据交换的特有通讯方式，不同框架的TDC通过光缆汇总到GDM内，点对点之间的通讯更加直接，传输速度更快。TDC控制系统的硬件需要在软件程序中进行组态和编译，然后下装到CPU中。二系统软件包钢薄板厂冷轧轧机区

3、域TDC控制系统按框架分为以下三个功能：酸轧电气控制冷轧酸轧电气篇CSPBT天铁冷轧培训专用系列教材CSPBT 1处理器功能简介COMMONFUNCTIONS通用功能：处理器1：SIL:模拟功能SDH:轧制参数管理IVI:人机画面处理器2：MTR:物料跟踪系统WDG:楔形调整功能处理器3:ADP:实际值管理MASTERFUNCTIONS主令功能：处理器1:MRG-GT:轧机区域速度主令处理器2:THC-TH:轧机厚度控制入口区域处理器3:THC-TX:轧机厚度控制出口区域处理器4:SLC:轧机滑差计算ITG:张力计接口处理器5:LCO-LT:轧机区域生产线协调STAND1-STAND5机架控制

4、系统1-5处理器1:CAL:机架标定SCO:通讯接口MAI:手动干涉ITC:机架间张力控制处理器2:SDS:机架压下系统处理器3:RBS:机架弯辊系统酸轧电气控制冷轧酸轧电气篇RSS:机架串辊系统处理器4：REC：轧辊偏心补偿（F1专有）FLC：板形控制系统（F5专有）以下将对每个功能中的笔者阅读过并认为重要的处理器的程序作说明，对于没有阅读和非重要的仅作简单介绍。2.2COMMONFUNCTIONS通用功能通用功能中的模拟功能冷轧未使用，SDH（轧制参数管理）和ADP（实际值管理）是专门针对过程计算机的。SDH负责接收来自过程计算机的轧制参数并分析归类后下发给相关的TDC或PLC执行。ADP

5、则是将其它控制系统传送过来的现场的实际值汇总后发给过程计算机。物料跟踪系统MTR（Materialtrackingsystem）是一条承上启下的控制环节，负责对整个酸轧生产线上的带钢作全程跟踪，并触发带钢经过区域的控制设备向过程计算机请求对应的控制参数并将现场控制过程的部份实际值反馈给过程计算机以及处理生产过程中的分卷和断带问题。2.2.1MTR控制的理念每个热轧原料卷都有自己的一个固定的卷号如6DD16855111D00。当这个原料卷被录入过程计算机的生产计划时，过程计算机视生产过程会自动生成唯一的物理卷号6DD16855111D001，并赋予它一个唯一的逻辑卷号如7200。基础控制级的跟踪

6、过程都是以这个逻辑卷号作为跟踪和传递的对象，对过程计算机的参数请求和实际值反馈都以这个唯一标识进行接收和发送的。当一个全新的热轧带卷被吊入酸轧机组入口的步进梁鞍座时，对鞍座监视的光栅信号会反馈给入口的控制PLC通过通讯传入物料跟踪系统，触发向过程计算机的请求逻辑卷号的进程。过程计算机根据轧制计划确定当前带钢的物理卷号和逻辑卷号并将逻辑卷号下发给物料跟踪系统，同时将该带钢的参数（卷径、宽度、长度、卷重、钢种等）和轧制参数（轧机的压下量分配，主传动的转速分配等）下发给基础级的参数储存管理系统SDH，等待其它基础级控制系统的调用。当带钢入生产线，物料跟踪系统负责向经过区域内的控制系统提供当前的逻辑卷

7、号，控制系统以逻辑卷号为标识去参数存储管理系统调用自己的轧制参数。现场的实际值被实际值存储管理系统ADP采集整理后反馈给过程计算机。过程计算机将根据实际值反馈对轧制参数进行修改，修改后的轧制参数重新下发。SDH会将重新计算后的轧制参数单独存储并面向所有处理器广播修改轧制参数的带钢的逻辑卷号，每个处理器对本区域内正在处理的带钢的逻辑卷号进行对比，发现相同后重新向SDH酸轧电气控制冷轧酸轧电气篇CSPBTCSPBT CSPBT 天铁冷轧培训专用系列教材进行新的轧制参数调用。系统的硬件构成物料跟踪系统的现场的硬件点只有四个焊缝检测装置，需要的参数基本来自于对其它处理器的数据通讯。系统的软件酸轧生产线

8、从入口焊机到出口的滚筒剪被分成14个速度区域，每个区域有一个配属的监控模块MTR01B,每个监控模块有自己的单独的存储区域和地址指针。带钢的逻辑卷号在这14个监控模块中传递和跟踪。每个MTR01B模块可以跟踪5条带钢，整个跟踪区域最多可以同时跟踪20条带钢。MTB01是入口焊机的跟踪模块，也是14个监控模块中的起始模块，下面我们以它为例进行说明。BE和BA是环网通用存储区域的地址指针，前一个模块的BA指向后一个模块的BE，指针在对TDC的初始内存管理中就已经被定义和固化了。SE1初始模块必须定义为零，SE2来自于环网终止监控模块的SA2；SA1指向下一监控模块的SE1，SA2初始模块不输出。V

9、是本区域内的唯一的带钢通过的速度值。本模块的速度V取自入口1#张紧辊的线速度值。PO1和PO2是该模块监控的区域范围，以对应焊机的距离作为参照。前一模块的终止位置PO2是下一模块的起始位置P01,以保证跟踪的连续性。本模块的PO1为零说明以焊机为起点。11/2、M01/2、TY1/2、FZ1/2、WA1/2、WE1/2是本区域内的两个跟踪校正装置的信号和参数。I是校正信号的数字量信号输入。MO模式参数分为从0到6共七种：0.不连续模式不强制加载不连续模式强制加载连续模式（焊缝检测仪或孔检测装置）穿带模式强制加载尾出模式强制加载酸轧电气控制冷轧酸轧电气篇天铁冷轧培训专用系列教材天铁冷轧培训专用系

10、列教材CSPBT #穿带模式不强制加载尾出模式不强制加载强制加载：带钢跟踪不等待HMD热金属检测仪的信号不强制加载：带钢跟踪等待HMD热金属检测仪的信号校正装置可以是热金属检测仪、焊缝检测装置或孔检测装置。FZ是校正装置的实际位置，WA和WE分别是校正功能的起始和终止位置。以我们通常采用的模式2：连续的焊缝检测方式进行说明。校正信号I为孔检测装置的反馈信号，正常状态下为以脉冲信号，取上升沿有效。当带钢头部通过校正装置的规定的WA和WE之间的检测范围内，校正装置没有收到上升延信号即认为跟踪故障并将跟踪的状态字YF中的相关位置。S和R是对带钢的置位和复位命令。MNI是带钢跟踪内部赋予的随机生成的1

11、-20内部卷号作为校验，BAS是将要被置位或复位的带钢的逻辑卷号。SHD是BAS对应带钢的设定头部位置，STL是BAS对应带钢的设定尾部位置。REN是对带钢重新命名，NBA和NIN是重新命名后的带钢逻辑卷号和内部卷号。当带钢进入焊机焊接以后,它就进入了这14个环组成的跟踪区域。带钢跟踪会向过程计算机发出逻辑卷号为BAS的带钢焊接完毕的信号，同时向SDH系统寻找该逻辑卷号的带钢长度。将SHD置为0，将STL置为带钢长度，同时将S置位，录入新的跟踪带钢。对本区域的带钢的跟踪取决于带钢长度和本区域的唯一带钢通过的速度值V。对V作积分与本区域的监控范围P01和PO2作比较即可精确得出带钢头部或尾部位于

12、本区域的实际位置。当积分值显示带钢尾部超过本区域的监控范围PO2时说明带钢进入下一区域，本区域的带钢跟踪结束。当带钢跟踪发生错误需要改正时，我们使用同步（同步synchronization）的功能。需要删除带钢时，物料跟踪将要删除的带钢的逻辑卷号置入BAS，内部卷号置入MNI,将R置位。带钢自动在跟踪中被删除。但相邻两根带钢的首尾位置不变。若要将两根带钢首尾相连接或改变带钢的跟踪位置时，只要将带钢的卷号置入BAS、MNI同时将更改后的带头带尾位置置入SHD和STL，对S置位。MTR01B的输出Q表示在PO1与PO2的范围内至少有一根带钢受到监控，RM1-RM5显示区域内最大能跟踪的5根带钢的内

13、部卷号，F1A、F1N和F2A、F2N对应两个校正装置。F1A是校正装置的信号反馈输出，F1N显示上一根通过校正区域的带钢的内部卷号。NR1-NR5显示监控范围内的带钢的逻辑卷号。YF和YF2是跟踪的状态字。区域内的设备对跟踪的调用使用ANX0FB模块。酸轧电气控制冷轧酸轧电气篇CSPBT天铁冷轧培训专用系列教材天铁冷轧培训专用系列教材CSPBT ANXBOF的地址ACD来自本区域的MTR01B的公用存储器的地址指针BA。ACD是该设备在跟踪区域内的精确位置。通过跟踪可以得到：QA指示是否有带钢经过该设备，AID指示通过带钢的逻辑卷号。ACL显示当前带钢通过该设备的行程，ARL表示当前带钢剩余

14、部分的行程。B0=1触发向SDH请求AID指示的逻辑卷号的带钢的轧制参数的下发。焊机与出口以外的跟踪以带卷传输的位置为单位单独进行的。如步进梁上的每个鞍座，带卷运输车，卸卷小车等。以酸洗1#开卷机的上卷小车为例进行说明。酸轧电气控制冷轧酸轧电气篇旦钢集SNC010是一个选择模块，根据数字量输入11-18决定输出Y取自模拟量输入X1-X8的哪一个。11-18无输入时输出Y自保持。11-18的信号分别为：11,步进梁上卷信号。12,开卷机卸卷信号，13,画面手动输入信号。14,SAVEPC信号（跟踪断电记忆自恢复系统）。X1-X8的模拟量分别为：X1，步进梁3#鞍座上卷号（逻辑）。X2，1#开卷机

15、卷号。X3,手动输入的卷号。X4,SAVEPC中记忆的卷号。11-18经或逻辑后进入SNC040模块，SNC040模块的Y输出连接到LOC010块的SET置位点上，SNC010的Y输出连接到LOC010的IDE点上。跟踪模块LOC010的工作原理为：以自动上卷条件下为例。步进梁向上卷小车运卷时，步进梁每完成一个周期的动作会向SNC010的I1发送1信号选择步进梁3#鞍座的逻辑卷号进入LOC010的IDE点，同时通过SNC030将SET点置1。LOC010根据SET信号将输出点ID的旧带钢卷号替换为新的IDE点输入的卷号。LOC010的RES复位功能与置位相仿，是删除输出ID的卷号并置零。输入点

16、BUF是新带钢的参数存储地址。OCC点表示有无卷号被跟踪。FLT是故障报警。同步功能。冷轧区域的自动上卷功能暂时未能实现，因此必须使用同步功能。所谓同步功能就是一种打破跟踪内部的环网，强行向里增加或者删除带钢卷号的功能。同时，同步对处理因带钢跟踪错误所引起的故障是非常有帮助的。同步功能仍以入口焊机和出口滚筒剪分为入口同步、线上同步和出口同步。以线上同步为例对同步功能的具体操作步骤描述如下：工在WINCC画面点击overplant，点击右下角的synchronistation按钮,出现三个同步按钮:Entry,Line,Exit。点击Line后出现上图。POR1和POR2是两台开卷机，对应Wel

17、ded下方的按钮为哪个开卷机上的带卷与焊机相连。Pos是跟踪的顺列，Segment是具体的带钢位置。TR-T是等待位的卷取机，TR-C工作位的卷取机，Coupled上方的按钮是带钢与哪个卷取机相连。以棕色带钢为例进行说明，4代表顺位为4,棕色代表画面上的带钢跟踪的颜色，卷号是带钢的实际卷号，74代表一个位置：轧机入口分切剪。Segement的位置与数字的对照如下：酸轧电气控制冷轧酸轧电气篇CSPBT天铁冷轧培训专用系列教材天铁冷轧培训专用系列教材CSPBT 通过点击Segment可以调出此画面。若我们想删除棕色带钢，只要将其全部信息清空即可，按下右下角的Apply。若我们想把棕色和绿色带钢合二

18、为一，只要将棕色带钢全部信息清空同时将绿色带钢的Segment改为74，然后按下Apply。若我们想将棕色带钢分成两段，前一段不变，后一段改为另一个卷号。则将棕色带钢的顺位和相关信息移到第5顺位，将第四顺位的信息清空后添入新的卷号，同时将新带钢的Segment定位到分段处即可。2.3MASTERFUNCTIONS主令功能MRG是整个轧机区域所有线上电机的速度参考值的发出者，MRG以第五机架的出口速度为基础，向后协调两个张力卷曲机，向前顺次协调四台轧机的出口转速。两台卷取机应该与5号机架的出口速度保持一致。前4个机架将根据带钢的出口厚度与F5出口的带钢厚度的比值决定出口速度。即：F4出口速度=尸

19、5出口速度XF5出口厚度/F4出口厚度F3出口速度=尸4出口速度XF4出口厚度/F3出口厚度其余同上。MRG中含有3个主斜坡发生器，分别命名为MR1、MR2、MR3。正常轧钢过程中，我们把F5的出口速度定义为主斜坡1，简称MR1。所有线上的电机的转速都根据自己的特性以MR1为基准依一定比例共同上升、下降或保持匀速。MR2专门针对两台卷取机，因为冷轧采用的是无头轧制，一台卷取机工作的时候，另一台卷取机处在等待位。当带尾进入剪切区域的时候，待命的卷取机根据MR2自动加速到与MR1同步的转速，带钢切折后，两台卷取机互相交换MR1和MR2。缠有被切折的旧带钢的卷取机，由主斜坡MR2速度降为0，并开始卸

20、卷。新穿入带钢的卷取机将以MR1随同线上的其它电机继续工作。MR3一般用于设备的组点动功能，组点动是用来测试线上电机同步性的一个手动功能，可以检验线上设备是否具备轧钢条件。速度主令功能中还含有5酸轧电气控制冷轧酸轧电气篇个针对每个机架的速度主令SP1-SP5,用于每个机架的标定过程或WarmUp功能。WarmUp功能是使换完辊后的轧机的各个设备进入二级机所设定的轧制参考值的一项功能。LCO（生产线协调功能）是根据所收集的控制系统、执行机构和现场实际值的反馈后，综合控制线上所有设备的功能。包括整条生产线的正常起车、正常停车、快停和事故急停等特殊功能。并根据当前的状况作出判断或根据指令对电机或变频

21、器或其它执行设备发出起、停或急停的各个项指令。MRG和LCO的程序复杂而庞大，不适合作语言描诉，对这部分的程序我们还在消化吸收中。SLC是轧机滑差值计算。ITG是机架间张力计接口。前一个属于工艺上的复杂计算，后一个只是简单的通讯接口，在此也不再详述了。THC厚度控制。关于厚度控制的程序，不做具体描述，只对厚度控制的理论作详细说明。厚度控制分为入口厚度控制和出口厚度控制两种。而这两种厚度控制都是基于秒流量方程：带钢入口厚度X带钢入口速度=带钢出口厚度X带钢出口速度入口厚度控制分为传统秒流量控制和扩展秒流量控制两种。在HMI画面上可以作出选择。传统秒流量中入口的5#张紧辊处于张力控制环下，入口的秒

22、流量可变，用来消除厚度偏差的三种方式：FFC（前馈控制）、FBC（后馈控制）、MFC（秒流量控制）的校正值也以张力偏差的方式加入控制中。扩展秒流量中入口的5#张紧辊处于速度控制环下，入口的秒流量不变，用来消除厚度偏差的三种方式：FFC、MON、MFC的校正值也以速度偏差的方式加入控制中。正常轧钢过程中我们一直采用扩展秒流量控制方式，使入口秒流量恒定便于控制出口秒流量。出口厚度控制分为A，B，C三种模式。过程计算机默认所有带钢均处于C模式下。C模式为F5机架平整模式，正常轧钢时前四个机架平均分配压下量，HGC（液压辊缝控制）处于位置控制方式，F5机架只加一定的轧制力，处于力控方式下。F4-F5之

23、间的张力控制F4转速，F5出口厚度偏差控制F4转速、F5压下、F5转速、卷取机转矩。THC厚度控制用来消除厚度偏差的有三种方式:FFC（前馈控制）、MON（后馈控制）、MFC（秒流量控制）。轧机区域F1轧机前后各有一个激光测速仪和一个测厚仪，F1轧机具有全部三项校正功能。F5轧机后有两个激光测速仪和两个测厚仪，这两个互为备用，F5轧机只具有MON后馈功能。FFC前馈控制是已知入口测厚仪到F1机架的距离，对带钢入口速度作积分预测带钢到达发F1时间，并记录带钢入口厚度偏差。在时间到达时根据记录的偏差作出修正。MON后馈功能根据带钢出口厚度偏差来调整带钢入口速度从而酸轧电气控制冷轧酸轧电气篇CSPB

24、TCSPBT CSPBT #天铁冷轧培训专用系列教材达到调整入口秒流量从而调整出口秒流量从而起到消除出口厚度偏差的功能。MFC秒流量控制根据带钢的入口厚度和速度的设定值与实际值的偏差以及出口速度对将要出现的出口厚度的偏差进行预测并提前进行校正的功能。2.4STAND1-STAND5机架1-机架5控制系统包钢薄板厂冷轧轧机为五机架联轧机组，每架轧机有三对不同的轧辊分别为：支撑辊、中间辊和工作辊。轧钢过程中的机架控制包括HGC液压辊缝控制系统、CVC中间辊轴向串动控制系统、IRB/WRB中间辊/工作辊弯辊控制系统、轧辊多区冷却控制系统。对于带钢的板形和出口厚度起决定作用的是HGC液压辊缝控制。2.

25、4.1HGC（HydraulicGapControl）液压辊缝控制系统的结构。HGC液压控制系统的组成如下图所示：HGC液压辊缝控制系统主要的控制设备是机架顶部分别位于传动侧（DS）和操作侧（OS）的两个大型液压缸，称之为HGC液压缸。如图下部支撑辊、中间辊和工作辊位置固定，HGC液压缸活塞杆侧向下伸出时压迫上支撑辊的轴承座，通过上支撑辊、中间辊和工作辊向下产生轧制力。图1所示，PAO1/#YVHS1、2、3、4是四个伺服阀，1和3一组受控于先导阀PA01/#YVH1称之为GROUP1，2和4一组受控于先导阀PA01/#YVH2称之为GROUP2。每组都有一个伺服阀将两个HGC液压缸的活塞侧与

26、280bar的主压力管线相连。基于两组伺服阀的交替工作可以将HGC液压辊缝控制系统分为四种工作组态：1组、2酸轧电气控制冷轧酸轧电气篇旦钢集|l-l,天铁冷轧培训专用系列教材天铁冷轧培训专用系列教材 组、1+2组、2+1组。组状态下YVHS1控制传动侧HGC液压缸YVHS3控制操作侧HGC液压缸。2组状态下转为另一组伺服阀控制。1+2组状态下，传动侧HGC液压缸由YVHS1为主YVHS2为辅进行控制，轧制力不超过YVHS1所能提供的范围时YVHS2不工作，超出范围时YVHS2负责提供超出部分的轧制力，操作侧以YVHS3为主以YVHS4为辅。2+1组状态下，主辅调换。PA02/#YVHP1是一个

27、比例阀，向两个HGC的杆侧提供两种固定压力：50bar（轧制状态）、150bar（换辊状态）。它的先导阀为PA02/#YVH1。在1组和2组的主管线上分别有两个安全卸压阀PA03/#YVH1和PA03/#YVH2，作用是使轧制力快速释放或检修状态下锁定HGC液压缸。PA01/#BD1和PA01/#BD2是两个压力传感器,分别位于两个HGC液压缸的活塞侧用来测量活塞侧的压力，HGC液压缸杆侧受一个比例阀控制，故只用一个压力传感器PA02/#BD1来测量杆侧压力。PA01/#BS1和PA01/#BS2是两个SONY位置传感器分别位于传动侧和操作侧HGC液压缸的顶部与活塞刚性相连接，可精密测量出HGC液压缸的走行距离。PA01/#SBE1和PA01/#SBE2是两个接近开关，用于换辊或紧急提升状态下的HGC液压缸收回的位置检测作用。2.4.2HGC的自动控制系统HGC液压缸的最大行程210mm，位置传感器采用SONY公司的HA-705K&MSS-9