TMEIC热轧带钢生产线自动化系统特点_付冰

1、TMEIC 热轧带钢生产线自动化系统特点付冰邓卫丰(东芝三菱电机工业系统(中国有限公司北京100096摘要介绍了TMEIC 常规热连轧带钢生产线的工艺特点以及其电气传动系统、基础自动化系统(L1以及过程控制系统(L2的实现方法及实际应用效果,着重说明了该公司自动化控制系统所具有的新技术和新特点。关键词电气传动系统基础自动化系统过程控制系统中图分类号TG3349文献标识码Bdoi :103969/jissn100112692013z2039Features of TMEIC Hot Strip Mill Automation SystemFu BingDeng Weixian(Toshiba M

2、itsubishi-Electric Industrial System (China Corp ,Beijing 100096ABSTACTThe processing features ,the implementation method in electrical drive system ,basic automationsystem (L1and process control system (L2,and its actual application result is introduced in TMEIC conventional hot strip mill systemKE

3、YWODSElectrical drive systemBasic automation systemProcess control system1前言自1960年冶金工业的第一台控制用计算机应用于带钢热连轧机辊缝及速度设定以及70年代带钢轧制实现计算机控制以来,30年中计算机控制已经经历了四、五代的变迁,控制系统的硬件和软件更新速度越来越快。轧制生产过程控制功能亦由于对带钢质量要求的不断提高而日新月异,从电气传动系统、基础自动化级(一级、过程控制级(二级以及三级生产控制,形成了完整的多级冶金自动控制系统。进入21世纪以来,特别是以2250常规热轧带钢生产线为代表的生产线陆续投产,由于计算机硬

4、件技术以及计算机网络技术的高速发展,冶金工业的多级冶金自动化控制系统开始呈现出新的特点:电气传动系统更加稳定、大型化;基础自动化系统接近分布式系统,功能更加标准化;过程控制级网络通讯高速化,使得许多传统热连轧自动化控制系统中为基础自动化系统的功能已经成功移植到过程控制系统,过程控制系统的高速数据采集以及高速在线控制功能使得轧制模型计算精度已经达到了前所未有的高度;基础自动化与过程控制系统结合更加紧密,基础自动化系统与过程控制系统之间的界限逐渐模糊。2工艺布置以及工艺特点如图1所示,某钢厂热轧带钢生产线由三座加热炉,大压下侧压机,1号立棍轧机,1号粗轧机,2号立棍轧机,2号粗轧机,保温罩,切头剪

5、,7机架精轧机组,层冷以及3座地下卷取机组成 。图1某热轧带钢生产线工艺布置图811Total No208Extra Edtion (22013冶金设备METALLUGICAL EQUIPMENT 总第208期2013年特刊(2作者简介:付冰,女,1958年出生,毕业于北京科技大学,工程师,硕士与其它传统轧线相比:1宽度控制能力更强、也更复杂;由于大压下侧压机的使用,使得2250常规热轧带钢生产线的最大减宽量可达350mm ,但是由于侧压机形成的dogbone 的变形恢复原理与传统的立棍轧机形成的dog-bone 的变形恢复原理大大不同,因此造成了侧压机出口宽度精度不高。这就要求粗轧前的立辊轧

6、机设定更加准确,道次要求更加严格。2轧制节奏更快;目前2250热轧带钢生产线的轧制节奏最高可超过每小时30卷钢,接近每2分钟1卷钢。3轧制计划自由度更大;2250热轧带钢生产线的自动化控制系统可根据实际工艺情况在线调整道次规程以满足目标要求,同样各级自动化控制系统特别是过程控制系统能非常良好的适应来料尺寸(板坯钢种、宽度、厚度、轧制计划(成品厚度、宽度的突然变化,因此由于生产订单的复杂性造成的TME-IC2250热轧带钢生产线钢种混轧、成品宽度厚度跳变剧烈等在传统热轧带钢生产线所无法容忍的轧制情况已对该生产线的生产和质量不再造成巨大影响。3TMEIC 自动化控制系统31 系统组成图2TMEIC

7、 热连轧线控制系统拓扑图热轧板带生产线特点是连续、高速、实时、高精度,在TMEIC 热连轧线控制系统完全体现了这样的特点。如图2所示,通过EGD 网络,二级服务器直接与基础自动化以及特殊仪表通讯;通过TOSLINE 网络,基础自动化(PLC 与电气传动和执行机构进行通讯,网络拓扑结构简单,系统集成方便。最为重要的是,全部网络设备选用标准化商业产品。32高速与稳定的通讯技术通常,常规热轧生产线的各级自动化控制系统拥有数量种类众多的控制器,如服务器,PLC 控制器,单片机等等;操作系统也五花八门,如WINDOWS ,UNIX ,LINUX ,VMS 或者嵌入式操作系统。为了实现简单网络拓扑上的高速

8、稳定的通讯,TMEIC 热轧生产线采用了EGD 技术和TCNET 技术。321EGD 技术EGD 是英文“Ethernet Global Data ”的缩写,是美国GE 公司首倡的一种TCP /IP 通讯协议,通过EGD 通讯技术,可以实现计算机之间高速的数据交换。可以实现各种操作系统下的TCP /IP 通讯是其最大优点之一。TMEIC 热轧带钢生产线实现了过程控制服务器,基础自动化PLC 控制器,特殊仪表之间高速的EGD 通讯,部分数据交换速度已达20ms 。322TCNET 技术TCNET 技术是日本TOSHIBA 公司研制的一种以太令牌光纤环网(根据控制要求,也可以设置成以光纤双环网或者

9、单环网,通过TCNET 技术,可以实现PLC 控制器及计算机之间高速的数据交换。通过TCNET 技术,TMEIC 热轧线PLC 控制器之间的部分数据流交换速度已达1ms ,这极大地满足了高速控制器特别是HGC 控制器之间的通讯要求。33传动系统趋于更加稳定及过载能力更强TMEIC 热轧带钢生产线,其主传动变频器选用TMEIC 公司生产的大功率IEGT 变频器,IEGT 是英文“Injection Enhanced Gate Transistor ”的缩写,译成中文叫注射增强型门极晶体管,IEGT 变频器为三电平交直交变频器。TMEIC 公司生产的IEGT 变频器的控制特点:系统保持高稳定性,速

10、度调节器拟合了反超调控制技术,系统输出没有超调;采用模拟跟随控制技术(SFC 控制,降低了冲击速降,避免了扭振与机电共振;功率因数控制技术,系统功率因数为1,电网不须要安装高次谐波滤波器与静态无功补偿装置;使用高性能测速元件(esolver ,系统静态精度达001%,同时IEGT 元件能忍受很高的di /dt 与dv /dt 。这些特点决定了TMEIC 热轧带钢生产线的主传动系统更加稳定、过载能力更强。911付冰等:TMEIC 热轧带钢生产线自动化系统特点2013年特刊(2表1TMEIC热轧带钢生产线主传动系统部分参数表功率/kW最大过载/%最大过载时间/secE122002256011320

11、025060E227802256011980025060F11140020060F21140020060F31140020060F41140020060F51140020060F61000020060F71000020060在TMEIC热轧带钢生产线X80钢种的开发过程中,由于X80的特点决定需要低温轧制,超低的出炉温度,超低的精轧开轧温度,超低的精轧出口温度,超低的卷取温度,这是对主传动系统的严重考验:1由于材质太硬,粗轧区域,上下辊的负荷分配严重不平衡,导致了上辊负荷有时可达190%;2精轧F6一直工作在170%的过载状态;3当目标厚度为20mm时,卷取机的卷取负荷处于过流;即使是工作在这

12、样苛刻的环境下,主传动系统没有因此而跳停堆钢,这是以前的主传动系统所无法比拟的。34基础自动化系统目前,一般热连轧生产线选择的基础自动化控制系统都是使用PLC作为主要的控制器,TMEIC热轧带钢生产线选用TMEIC生产的V系列控制器,其特点为:微型化、网络化、PC化、高速化、分布式。341TMEIC热轧带钢生产线的基础自动化系统的主要应用功能1全生产线物料实时跟踪及数据跟踪(微跟踪;2全生产线所有设备的逻辑、顺序控制;3全生产线的各种自动位置控制(APC;4粗轧、精轧、卷取主令控制及其他设备的速度控制;5全生产线的各种辊道控制;6粗轧机负荷平衡控制;7飞剪控制;8精轧机活套控制;9板坯宽度控制

13、;10带钢厚度自动控制(AGC;11全生产线的模拟轧钢。342V系列控制器V系列控制器属于PLC范围,在实际的应用中,使用方法与工业控制PC计算机非常接近。其特点是:PC化:V系列控制器的C3CPU模块就完全可以说是一台计算机,C3CPU模块拥有工业PC机的全部硬件设备,兼容WINDOWS2000或者其他操作系统,有各种外设接口(如显示设备、键盘、鼠标接口、串并口、USB口。同时C3CPU模块因为是PLC控制器,还具有PLC控制器特有的高速I/O访问能力。高速化:V系列控制器的STC控制器拥有超高速的扫描能力,扫描速率最快可达2ms。网络化:V系列控制器配有普通以太网模块TN721,通过TN7

14、21模块,可以对V系列控制器进行网络配置,配置跟普通PC计算机网卡原理一致;完成网络配置后,工程师可以在同一网络上的任何计算机访问任意一台V系列控制器,这极大的简化了工程师的工作量,同时也为V系列控制器的分布式特性打下了基础。343V系列控制器的分布式监控和维护工具Vtool Vtool是V系列控制器的监控、维护工具,除了简单方便外、其最大特点是分布式访问。Vtool与V系列控制器之间采用分布式连接技术中最为复杂的“众播通知式联接”,因此网络中任何有效安装了Vtool工具包的节点都可以独立自由的访问同一网络中的V系列控制器节点, Vtool工具与V系列控制器的任何节点出了问题不会影响其他节点。

15、344高速在线数据采集系统ODGTMEIC提供的基础自动化系统的在线数据采集ODG 可以提供非常高速的数据采集。最高速率可达5ms每次。35过程控制系统TMEIC热轧带钢生产线不仅仅只有基础自动化系统,其过程自动系统(L2同样具有高速控制,高速通讯能力,许多以往只能在基础自动系统实现的功能在TMEIC热连轧线由过程自动系统来实现。351过程控制系统主要功能有:1生产和控制数据的输入及管理;2工艺和控制数据的在线采集和处理;3全生产线物料的实时位置跟踪及数据跟踪(宏跟踪;4过程自动化各项设定值的计算;5模型参数自学习以实现优化控制;6轧制节奏控制;7终轧温度控制(FTC;8卷取温度控制(CTC;

16、9过程自动化级人机对话以实现全生产线的数据监控和数据处理;10全生产线的模拟轧钢。352软硬件产品标准化TMEIC热轧带钢生产线的过程控制系统的硬件系统全部选用标准化商业计算产品,软件系统选用TMEIC的PASolution系统平台。353过程控制系统实现高速数据采集由于TMEIC热轧带钢生产线具有高度通讯功能,过0212013年特刊(2总第208期冶金设备程控制系统直接采集工艺和控制参数,并且在线向模型计算和自学习进行反馈,大大提高了模型计算预设定精度。354传统基础自动化功能向过程控制系统移植TMEIC热轧带钢生产线的过程系统中具有许多在线控制功能,如终轧温度控制(FTC和卷取温度控制(C

17、TC,全生产线物料的实时位置跟踪及数据跟踪(宏跟踪,这是很多传统的过程控制系统没法实现的。由于模型计算和在线控制集于一体,大大提高了模型设定和控制功能。355工艺分析和优化更加简便TMEIC热轧带钢生产线提供了简单,易用,但功能强大的模型分析工具MTOOL,通过这个工具,工艺工程师可以采集各种工艺和控制参数。TMEIC热轧带钢生产线提供了友好的工艺维护和优化工具CTOOL。CTOOL提供了TMEIC热轧带钢生产线上全部工艺参数和控制参数的人机接口,工艺工程师可以方便的进行工艺维护和工艺优化,如调整道次规程,冷却计划等等。4TMEIC热轧带钢生产线的优点41完善的工艺控制系统TMEIC工艺控制稳

18、定,产品指标精度高,TMEIC工艺控制技术系统的特点:厚度控制对各种工艺问题各有其对策,控制功能完善,可称“近终型”厚度控制系统;LILQ 活套控制成功实现张力闭环以及套高闭环的完美解耦,能实现稳定的张力闭环控制以及套高闭环控制,这是薄规格稳定轧制以及软钢稳定轧制的基础之一;温度场的有限差分计算从出炉开始一直到最终卷取,实现了温度模型的直接温度学习以及温度模型系数自学习的有机结合;板形控制模型能够用于PC轧机以及CVC轧机,有完善的板形计算模型以及控制策略。由于TMEIC对模型的完善的理论研究,因此各模型建立了相应的物理模型,因此模型计算和自学习全部采用物理模型,大大提高了模型控制精度。42产品覆盖面宽TMEIC的系统有大量的工艺经验积累,因此TMEIC 系统能够覆盖几乎全部热轧带钢工艺产品:极薄规格、汽车板、电工钢、高强钢、双相钢以及TIP钢、不锈钢。43系统开放性好TMEIC的一、二级系统包括数学模型的原代码不存在黑匣子,基本对客户开放,客户可以非常方便的在TMEIC 的系统上进行二次开发,能轻松实现新钢种开发、新工艺应用或者