冷轧自动化系统综述

1、1. 80万吨冷轧工程概述精品冷轧项目于2011年2月开始筹建，围绕国内外市场紧缺的钢材深加工产品，预计投资18亿元，引进全套自动化生产线。一期工程于2011年10月正式开工建设，预计2012年年底投产。该项目由中冶京诚工程技术有限公司（原北京钢铁设计研究总院）负责工厂设计，吸收国内同类型工程的实践经验以及现代化企业管理模式，坚持项目建设和设备装备水平的高起点、高效益、低消耗，采用当今国内先进的技术及装备。主要机组包括：1450酸轧联合机组、电解脱脂机组、罩式退火炉机组、双机架平整兼二次冷轧机组、单机架平整机、电镀锡机组、拉矫重卷机组、包装机组、磨辊间设施、酸再生机组、110KV专线供电，废水

2、、废油、废酸等处理及相关配套公辅设施。全线的核心设备由常州宝菱重工机械有限公司加工制造，自动化系统控制器PLC 、TDC采用西门子公司产品，各种检测元件采用国际知名品牌，如瑞典ABB板形仪、比利时IRM测厚仪、德国EMG纠偏装置等。同时，为保证高精度的板面质量及不同板面粗糙度的要求，引进德国WALDRICH的磨床和EDT设备。本项目设计年产量80万吨，主要生产厚度0.15 mm 1.8 mm、宽度750 mm 1300 mm的冷轧薄板和镀锡板。产品广泛用于建筑、家电、汽车、电子等高科技领域。公司规划的二、三期工程计划投资建设连续退火、电镀铬、覆膜铁以及印铁制罐等生产线。产品以镀锡板、涂镀板、覆

3、膜钢板为主，形成多条板材精加工和深加工生产线。2. 自动化系统部分机组自动化系统由L3（管理执行系统）、L2（过程自动化）、L1（基础自动化）、L0（传动）组成。管理执行系统MES（简称L3）系统覆盖从合同管理、生产管理、作业计划、质量管理、生产实绩收集、物料跟踪、检化验管理、仓库管理、发货管理等全过程的业务信息处理，MES系统根据公司冷轧产线生产的特点，管理和控制所有冷轧产线的生产过程，使公司的各级管理部门与冷轧厂在物流、信息流上能高度集成，以实现生产过程的全信息化管理，该部分为预留。过程自动化系统Level 2（简称L2）接收由上级系统传来的生产计划，根据计划内容协同数学模型制定相关工艺参

4、数，并下达给基础自动化系统Level 1（简称L1），同时监控生产过程中的各种参数，接收L1级传送来的各种过程数据和质量数据，进行处理和记录，向上级系统反馈，对生产计划进行管理。基础自动化系统Level 1（简称L1）收到来自L2的各种数据后，将这些数据同Level 0级系统采集到的数据进行比对验证，管理下达工艺参数，对实际的生产过程进行控制，并向上级L2反馈。传动和马达控制系统Level 0（简称L0）主要负责执行由L1级下发的控制命令，对要求的数据进行采集和上传，不具备智能功能，是直接与生产设备相连的控制系统。2.1过程自动化部分针对我们厂的冷轧项目，该过程自动化的概念可概述为：在生产的轧

5、制过程中，通过采用反映轧制过程变化规律的数学模型、自动控制装置、计算机及其控制程序等，使各种过程变量（如流量、温度、张力和速度等）保持在所要求的给定值上，并合理地协调全部轧制过程以实现自动化操作的一种先进技术。由于对冷轧薄板质量的要求越来越严，因此计算机控制系统已是冷连轧不可缺少的组成部分。二级计算机系统在生产中的作用：它利用材料跟踪功能来支持生产；利用模型计算出设置值，并把这些设置值送到现场级，这样可以减轻现场控制系统的压力，也可以统一产品质量；利用神经网络可以多次计算设定点来优化产品；并且可以使操作简单化，解放了大量的劳动力，日志功能可以给工程师等人提供技术参数支持；所以二级计算机实现了现

6、代的、先进的工业自动化。过程自动化控制级，主要任务有：与上下级的通讯：过程自动化控制机提供与现场级的通讯接口，提供与生产管理控制系统的接口。和以上系统高效通讯，协调各部分间的数据传递。数据管理功能：过程控制系统在生产过程中管理的数据主要有：不随生产过程变化的数据（如带钢原始数据信息，生产线全线张力设定参数、拉矫机设定参数等等）；生产过程中收集统计的数据，对现场控制级所采集的生产线状态和工艺参数、生产数据进行处理，并进行相应的数据格式转换和组装，形成可被三级系统接受的数据信息，并把数据传递给现场控制级；随生产过程变化的数据（如生产计划数据、带钢跟踪数据）。带钢的跟踪功能：跟踪带钢在生产线的运动过

7、程，通过带钢的跟踪功能能对现场生产状态时时监控。轧制规程的选择和设定值计算功能：生产设定值计算功能主要是对生产过程中的延伸率、压下量、张力等进行计算。数据统计功能：对生产过程中每个钢卷的生产过程数据进行统计，并将数据保存在数据库中，以备以后查询和管理。其次对生产过程中的能源介质消耗进行统计。其次，过程控制系统的功能还有：数学模型的自学习、缺陷管理、记录与打印报表等。冷轧项目的生产线包括：酸连轧生产线，脱脂、罩退生产线，单机架和双机架平整生产线，镀锡线及其拉轿重卷线。针对每个生产线的生产工艺的异同，过程自动化控制系统就每条线的配置也有差异，以酸洗生产线为例简单介绍一下过程控制系统的配置： 酸洗生

8、产线硬件配置：序号设备名称设备型号1服务器HP DL580系列2HMI客户机HP Pavilion p7-1035cn3交换机D-Link/友讯 DES-1026G 24口 快速以太网交换机 2个千兆接口4打印机HP Color Laser Jet CP2025酸洗过程自动化控制系统的软件配置详单：序号软件名称软件类型1Windows 2008 Server R2系统软件2Visual Studio 2010简体中文专业版应用软件3Tred Micro Client/Server security for SMB最新版本应用软件4Office 2010应用软件5SQLDeveloper应用软件

9、6中间件通讯平台应用软件7PCanywher应用软件其酸洗线网络配置图如下图所示：2.2基础自动化部分基础自动化系统（L1级）主要由PLC，远程I/O 和HMI 组成，控制生产线的运行。其功能主要包括生产线的各种传动控制，工艺和仪表的开环和闭环控制，采集生产线的重要状态信息，质量数据和消耗量数据，并报送二级系统。提供操作员画面，方便生产线的操作和维护。其中HMI是基于服务器和客户机原理，相互之间以及与自动化系统之间通过快速以太网连接。服务器负责过程通讯，数据存储以及与客户机通讯。客户机作为操作站，显示服务器发来的数据，接受操作工的输入并传送给服务器。同时采用SIEMENS WinCC（Wind

10、ows Control Center窗口控制中心）系统软件包作为HMI 的核心软件，具有实时监控、历史趋势图和报表、故障信息、良好的人机界面、丰富的图形库、过程控制功能块和数学函数、数据采集、监视和控制自动化过程的强大功能，是基于个人计算机的操作监视系统。冷轧项目所用到的基础自动化控制系统所用到的产品介绍:冷轧项目各个生产机组的基础自动化系统主要采用SIEMENS 的S7-400 系列PLC 和WinCC 系统，由SIEMENS 提供。包括S7-400/S7-300/TDC PLC 主控制器以及ET200 远程I/O 站。这些PLC 控制系统与人机接口的WinCC 均为西门子公司产品，所以控制

11、系统在以太网及ProfibusDP 网通讯上比较简单、易维护。1、 SIMATIC TDCSIMATIC TDC CPU 为64 位RISC 处理器、266M Hz 时钟频率、32Mbyte SDRAM内存，最短循环扫描时间100s，典型值为0.3 ms，典型浮点运算时间0.9s（乘法）。最快控制周期可小于1ms，适合于应用在分布式生产过程的快速系统中。硬件集成化程度高，百分之百的工业级芯片，适用于各种温度环境和工业现场环境。 图1 SIEMENS TDC 2、SIMATIC S7 PLCSIMATIC S7 系统是为生产和过程自动化而设计的，其拥有一个较高的处理速度和优秀的通讯性能。即使在恶

12、劣、不稳定的工业环境下，全封闭的模块依然可正常工作。结合SIMATIC 的编程工具，使得SIMATIC S7 的组态和编程都十分简便，在工程应用中占有了很大的比例。S7-400 是具有中高档性能的PLC，采用模块化无风扇设计，适用于对可靠性要求极高的大型复杂的控制系统。v 图2 SIEMENS S7-400 PLC3、ET200 的配置自动化系统中现场 I/O 信号的采集采用SIEMENS 公司的ET200M 产品。ET200 是一个模块化的I/O 站，具有IP20 的保护等级。由于它可接的模板范围很广，因此，ET200 适合于特殊的和复杂的自动化任务。ET200 是Profibus-DP 现

13、场总线上的一个从站，最大的传输速率是12Mbps。在基础自动化控制系统中，采用了大量的ET200 用于主操作室内操作台、部分机旁操作台箱、PLC 远程I/O 柜，这些ET200 通过Profibus-DP 网与PLC 相连，这样大大减少了现场I/O 接线，提供了系统的可靠性，同时也降低了用户投资。图3 ET200远程I/O系列产品4、HMI监控软件本工程采用的 SIEMENS WinCC（Windows Control Center窗口控制中心）系统软件包是HMI 的核心软件，具有实时监控、历史趋势图和报表、故障信息、良好的人机界面、丰富的图形库、过程控制功能块和数学函数、数据采集、监视和控制

14、自动化过程的强大功能，是基于个人计算机的操作监视系统。其显著特点就是全面开放，在Windows 标准环境中，它很容易结合标准的和用户的程序建立人机界面，精确地满足生产实际要求，确保安全可靠地控制生产过程。WinCC 还可提供成熟可靠的操作和高效的组态性能，同时具有灵活的伸缩能力。因此，无论简单或复杂任务，都能胜任。5、针对我厂冷轧项目生产机组基础自动化配置介绍1) 酸洗冷连轧机组本机组配置了6套SIMATIC S7-400系统,3套SIMATIC TDC系统和2套SIMATIC S7-300系统。其中分别用于酸洗入口控制（SIMATIC S7-400）、酸洗工艺段控制（SIMATIC S7-4

15、00）、酸洗出口控制（SIMATIC S7-400）、酸洗介质系统控制（SIMATIC S7-400）、轧机机架控制（SIMATIC TDC）、轧区工艺控制（SIMATIC TDC）、GDM 网络通讯（SIMATIC TDC）、轧机辅助控制（SIMATIC S7-400）、轧机出入口控制（SIMATIC S7-400）、轧区公辅系统控制（SIMATIC S7-400）、酸洗区急停控制（SIMATIC S7-300）和轧区急停控制（SIMATIC S7-300）2） 单双机架平整机组单机架平整机组配置了1套S7400系统和1套TDC系统。其中S7400用于控制：顺序控制和辅助系统；TDC系统分别

16、用于控制：主令控制和机架控制。双机架平整机组配置了1套S7400系统和1套TDC系统。其中S7400用于控制：顺序控制和辅助系统；TDC系统分别用于控制主令控制和机架控制。2.3传动部分冷轧工程传动主要采用TMEIC与西门子公司产品，其中东芝三菱电机工业系统（北京）有限公司，由东芝株式会社和三菱电机株式会社组成的合资公司，是世界领先的工业电气和自动化系统设计，工程，制造及研发的供应商。酸洗线示意图：使用辅助传动的生产线轧机线示意图：主要是主传动的应用场所TMDrive-70 传动采用三电平 PWM 脉宽调制，全数字矢量控制的整流器（交流-直流）和逆变器（直流-交流）构成的传动系统，适用于主轧机

17、传动等大功率传动系统。 注入增强栅晶闸管（IEGT） 是一种新型电压驱动型元件，它具有管压降低和开关速度 高的优点。根据实际情况可选择使用鼠笼电机或同步电机。以下是主传动系统的列表。应用数量电机功率电机转速传动类型传动配置Mill Stand 113000 kW300/900 r/minTMdrive-70（Conv+Inv）1x 10MVA(Conv)2x 8MVA(Inv)Mill Stand 214200 kW400/1000 r/minMill Stand 314200 kW400/1000 r/minTMdrive-70（Conv+Inv）1x 8MVA(Conv)1x 8MVA(I

18、nv)Mill Stand 414200 kW400/1000 r/minTMdrive-70（Conv+Inv）1x 8MVA(Conv)1x 8MVA(Inv)Mill Stand 514200 kW400/1000 r/minTMdrive-70（Conv+Inv）1x 8MVA(Conv)3x 8MVA(Inv)Tension ReelNo.112000kW285/1060 r/minTension ReelNo.212000kW285/1060 r/minTMdrive®-10e2 IGBT PWM 逆变器本系列逆变器使用 IGBT 器件，2 电平脉宽调制(PWM)输出。传动设备满足 NEMA1/IP-20 防护等级，室内落地安装，前开门结构，可背对墙面或者其他设备安装。柜体带有上下金属走线槽。传动设备可以在设备列表中的额定容量下正常工作。该系列产 品的基本特性为：· 最大输出频率为 200 Hz· 功率范围为 2kVA2400kVA· 输出电压等级为 400/460V 及 575/690V 两种规格逆变单元为抽屉式或者独立柜体式安装。多层抽屉单元及独立柜体内部的功率 单元均具有滑轨，便于拆卸维护· 直流进线侧采用公共直流母排形式·