宝钢200mw机组基础自动化系统的改造

宝钢200mw机组基础自动化系统的改造

1因数控制器系统总书记采用了2050吨大型候选人的主要设备。采用工艺基础自动化系统的pmc216系统是德国sientin公司20世纪70年代的产品。该系统投产至今已服役十多年,存在着很多问题,如设备老化,备件订购不到,系统的响应速度慢等,已不能满足新工艺及更高轧制节奏的要求,急需进行改造。MMC216系统的编程采用的是PL/M-86语言,该语言的语法结构极其复杂烦琐,专用性很强,是一种非模块化的编程语言,加上其和原西门子操作显示设备COROS中的参数化表格混合使用,使程序的可读性极差,给维护工作带来极大不便。此次改造采用了德国Siemens公司新一代的自动化控制产品——SIMATICTDC系统。另外,此次改造还采用了Siemens公司新开发的专门用于热轧控制的SIROLL2软件平台系统。SIROLL2是一种L0、L1、L2一体化的系统结构。该软件包编程方式采用的是LFE结构(逻辑功能元件)。改造保留了原有系统成功的、成熟的工艺控制过程,在吸收和借鉴原有经验的基础上,对原有的工艺进行了一定的改进和提高。例如,增加了5块板坯跟踪的功能;将原系统基于地点的跟踪方法改为基于行程计算的精确材料跟踪方式;新增了梯形坯控制功能与模拟轧钢功能;HMI画面也作了很大改进等等。2系统的组成2.1u3000tdc接口改造后的基础自动化(简称BA)系统采用SIMATICTDC作为控制装置,这是Siemens公司新近开发的一种工艺控制设备。TDC可以解决非常复杂的调节和各种通信任务,它特别适合于轧钢设备的控制。基础自动化系统的网络由工业以太网、GDM、MPI及PROFIBUS现场总线等组成。粗轧基础自动化系统分成主控和4个机架控制单元。每个单元对应1台SIMATICTDC,它们独立地对控制对象进行控制。每个控制单元都连接到各自的传动装置和现场传感器上,为了实现高速工艺控制,TDC提供了直接的接口用于连接处理器模块和输入/输出设备。在新的粗轧基础自动化系统中,挂在Ethernet主干网上的设备主要包括:5台SIMATICTDC控制站、3台HMI操作显示终端、1台HMI服务器、1台HMI维护及开发终端、1套过程数据分析终端(PDA)、5台TDC开发站、3台硬拷贝机和激光打印机、1套用于L1和过程计算机交换信息的中间桥梁的新前置机(在粗轧过程机改造完成后L1通过工业以太网直接和L2通信)以及阀控系统的SIMATICS7站等。其中SIMATICTDC控制站及PDA通过GDM互连,用于TDC之间及TDC和PDA之间的快速数据交换。SIMATICTDC通过PROFIBUS-DP同远程I/O设备——ET200连接。另外,5台TDC还采用MPI总线同5台工程师开发站相连接,用于TDC的在线和远程编程。详见系统配置图(图1)。2.2系统的功能块SIMATICTDC采用基于图形化的SIMATIC编程工具CFC(ContinuousFunctionChart)来编程。SIMATICCFC软件包另外还需要D7-SYS软件包的补充,后者包含用于SIMATICTDC和特别快速的操作系统的功能块。采用CFC编制的程序可以用“CFC测试模式”进行图形化调试。实际值可以在线显示,模块之间的连线可以新增和修改。可以在线插入和删除功能块。因为需要在位于不同TDC背板中的CPU中交换数据,Siemens公司采用GDM(GlobalDataMemory)来实现最多44个TDC机架的CPU交换数据的中央存储,因此在一个系统中可以采用800个以上CPU。GDM又可与过程数据分析计算机相连。这样可保证PDA快速收集到各台TDC的实时数据,对这些数据进行及时的处理,在最短的时间得出内处理分析结果,对故障诊断及生产操作起到指导作用。2.3tdc软件体系概述SIROLL2是在西门子公司MMC216和SIMADYND这两套用于热轧控制的专门技术的基础上,专门针对SIMATICTDC这样一套新的硬件系统所开发出来的,用于热轧机组控制的应用软件结构体系,是对热轧控制功能的重新划分。与原来我们所熟悉的热轧控制功能的划分如:材料跟踪、速度控制、数据管理、顺序控制、机架控制等不同,西门子在SIROLL2中将热轧的粗轧机组的控制功能按LFE(LogicFunctionElement)来进行重新划分。这些LFE分别位于不同的TDC中的不同的CPU中。3粗轧控制功能的组成信息原2050热轧粗轧基础自动化系统由系统2和系统3两个系统组成,分别承担从除鳞机至E1/R1后辊道及从E2/R2前辊道至E4/R4后辊道的控制。原系统主要由三个功能组成:BLAB(板坯跟踪)、ABLA(过程控制)、HYARA(液压定位控制)。此次粗轧基础自动化系统改造后,由于采用SIROLL2,粗轧控制功能的划分发生了很大的变化。下面对采用SIROLL2后新的控制功能加以简单说明。3.1道次计划执行过程基础自动化系统的控制方式共有三种:A方式,B方式和C方式。A方式即维修操作方式。此种方式不能用于生产,仅用于维修工作、调整工作、换辊和标定过程。设定值只可通过手动干预相应的控制对象来进行预设定。B方式即半自动方式。道次计划的数据从存储在WINCC上的道次计划数据表取出,直接向基础自动化装载并进行生产。C方式即全自动方式。基础自动化的全部功能及过程计算机投入运行,板坯每次轧制的道次计划数据由过程计算机传送给基础自动化系统,由基础自动化系统来完成对各机架及设备的控制。3.2控制功能包括主tc中的控制功能3.2.1粗轧区板坯跟踪材料跟踪功能是对每一个机架设定一0mm位置,板坯在被粗轧区入口光电管检测到后即开始跟踪,并根据辊道速度计算板坯头尾位置。板坯长度等于其头尾位置的差值。板坯跟踪位置可以用轧制力信号来纠偏。板坯跟踪程序最多可以同时管理5块板坯(原系统为3块)。所以粗轧区的板坯跟踪需要对粗轧所有板坯的材料号、板坯头部和尾部位置、板坯位于哪个机架进行跟踪。HMI画面显示整个粗轧区的板坯映象。3.2.2粗轧区时板坯跟踪基础自动化根据材料在轧机中的位置来确定各设备的动作,进行设定值的输出。当一块未知的新板坯进入粗轧区时,板坯跟踪程序给其指定一个相对材料号(1～5)。该材料所请求的道次计划存放于“缓冲区”1～5中,并在那里存放至该材料离开粗轧区为止。在收到道次切换信号后,SDH从相应缓冲区中读取道次设定值,并发送给相应的控制功能(LFE),启动相应动作。3.2.3进钢条件的分析轧线协调控制的功能主要是协调辊道以及主传动的速度控制,其次还包括进钢条件的判断、过程画面机架状态的显示、故障的报警、板坯的自动及手动摆动控制、根据板坯位置的不同启动相应的动作和板坯的正反向可逆轧制控制等。3.2.4粗轧区域的传动速度其功能主要有:速度设定值的生成及分配、辊道组的马达速度控制、立辊和水平辊的马达速度控制、水平辊和立辊之间的张力控制、R3/R4之间的张力控制、翘扣头控制、R4的励磁控制等。在粗轧区,传动速度类型有很多种,包括咬钢速度、轧制速度、抛钢速度、传输速度、摆动速度、炉子速度、飞剪速度等。不同的速度进行切换时,为了防止板坯打滑,送到传动系统中的速度设定值必须由最大加速度和斜坡发生器来限制。3.2.5基础自动化改造这里所说的实际制收集及处理主要指过程计算机为了进行板坯跟踪、模型计算、道次计划下达等,而向基础自动化提出实际值要求。基础自动化将根据板坯轧制的实际情况,将板坯所处的位置信号、轧制力、温度、宽度及马达电流等信号通过以太网发送给过程计算机。为了适应2050热轧的全面改造,在新过程机还没有完成改造时新BA的TDC系统与旧过程机M70系统能够正常通讯,设计了一套新的前置机IPC0来实现电文的转发。L1及L2全部改造完成后,将取消前置机,TDC直接和新过程机进行通讯。3.2.6模拟铬sil新的2050粗轧基础自动化系统中编制了三种模拟轧钢程序。(1)模拟软件功能如果某一功能没有完成而希望对整个系统的软件进行联合测试,可编制一模拟程序对该功能进行模拟。(2)从软件模拟的方法上模拟法在进行软件测试或调试期间,很多现场设备的实际信号收集不到,为了提高软件调试的效果,可采用软件模拟的办法来模拟现场的实际位置、实际轧制力、实际温度、实际电流、实际宽度、实际厚度等信号。(3)从软件的模拟试验,主要有在现场设备要投入运转,但并没有真正的板坯投入轧制时,有些信号就收集不到(如:光电管信号,轧制力等)。对于那些收集不到的实际值信号必须用软件来进行模拟,这样可以检验软件编制的正确性和设备是否正常。另外,在与模拟轧钢有关的LFE中都有相应的SIL模拟轧钢程序,以完成主SIL下达的指令,并为主SIL收集或模拟实际制,生成模拟轧钢的联锁条件等。3.3四个台账法控制tdc中的控制功能3.3.1u3000dc的轧线、联锁控制方式在主TDC中已经有一个负责整个粗轧区域的轧线协调功能LCO,但要它负责各机架所有具体设备的控制有一定困难。所以,在各机架对应的TDC中设置了专门负责各相应机架设备的轧线协调功能,以根据板坯跟踪的具体位置和SDH下达的指令并加入必要的联锁条件来运转1～4号机架所对应的具体设备。另外SCO还要收集现场ET200的信号,然后送各LFE作为联锁控制用,同时从各LFE搜集需要输出的信号,送现场的相应设备。SCO功能还负责与各机架其它功能和主TDC中的LCO功能之间的软件信号接口。3.3.2冷却控制功能SSF的主要功能为:(1)完成立辊的冷却控制和相应的通讯功能、模拟程序功能;(2)完成水平辊的冷却控制、除鳞水控制和相应的通讯功能、模拟程序功能等。3.3.3接触马达的位置控制这里指1号与2号机架前后侧导板(直流)、3号及4号机架前侧导板(交流)的定位控制。直流马达的位置控制的基本过程如下:在指定时刻将被控对象的位置自动地控制到预先给定的目标值上。交流马达的位置控制即三点式调节。当进行三点式调节时,它会在设定值和实际值之间的差值为一定值时让电机停转。由于传动的制动特性各不相同,因此可能出现某一传动的偏差不恒定。为此,采用一种叫做“补充节拍”功能,其原理为设定值一直短时加上,直到达到传动偏差为止。另外,在程序中还为三点式调节器采用了一个自学习的功能,在“补充节拍”出现时它会对预停点进行校正。3.3.4标定要点换辊控制包括立辊和水平辊的换辊。基础自动化中的换辊程序主要是实现对扁头的功能和压下定位到换辊位置。标定功能包括立辊、水平辊和导板的标定。在下列情况下必须进行机架标定:每次换辊后;在掉电或自动化系统复位后软件内标定点丢失了。在较长停车时间后也应该对机架进行标定。3.3.5sds的控制在这里水平辊的压下控制是指水平辊的电动压下控制(EGC),具体的控制功能包括:直流压下马达的电动位置控制,压下监控,水平辊倾斜控制和水平辊耦合器开闭控制等。SDS有开环控制和闭环控制两种,开环控制主要用于手动控制,而自动控制是通过闭环控制来实现的。手动控制包括耦合器的控制,DS侧、OS侧预选控制,水平辊的整体压下控制,水平辊的倾斜控制等。自动控制包括辊缝设定值生成,自动压下的闭环控制等。3.3.6立辊液压控制的控制立辊的压下控制包括电动压下控制(EGC)和液压压下控制(HGC)。其具体的控制功能包括:直流压下马达的电动位置控制、液压动态辊缝控制、压下监控及立辊平衡控制等。立辊电动压下直流马达的位置控制的基本过程同水平辊。立辊的液压辊缝控制主要是根据过程计算机中宽度控制的各个功能(PWC、AWC和SSC)的模型计算值及实际的辊缝位置反馈值,在轧钢过程中动态调节各立辊的上下液压缸的位置,以实现理想的板坯宽度控制功能,达到理想的板坯控制精度和板坯头尾形状。3.3.7保持负载的立辊辊缝值立辊的宽度控制功能是在WCT(WidthControl)中实现的。WCT的任务是保持负载的立辊辊缝值,也就是板坯的宽度在整个板坯长度方向保持恒定。该功能的输出值是立辊辊缝的位置附加设定值(△)。宽度控制功能(WCT)主要包括短行程控制(SSC)、自动宽度控制(AWC)、连续前馈宽度控制(PWC)和梯形坯控制功能(TSC)。(1)ssc短行程控制板坯头部或尾部在轧制时,如果立辊的辊缝与带钢中部的辊缝相同,就会在易发生形变的板坯的头部和尾部产生鱼尾形状,从而影响了产品的利用率。生产实践证明:板坯越宽、厚度越小、侧压量越大,所产生的鱼尾形状越明显。为提高材料的利用率,减少这种现象的发生,在E1～E4采用SSC(ShortStrokeControl)短行程控制。其原理是:以大侧压调宽时板坯头尾部收缩的轮廓线为基准,在轧制过程中控制轧机的辊缝,不断跟踪基准轮廓曲线,并按与之对称而相反变化的曲线进行实时动态调节。系统准确检测板坯头部和尾部位置,并给出相应的头部和尾部宽度修正值,以补偿侧压变形量,从而使头部及尾部板宽略宽于板坯中部。再经过以后水平辊道次的轧制,头部和尾部又趋近于正常的和中部差不多的宽度,从而提高板坯收得率。为此,过程计算机根据板坯的侧压量、宽度、温度和材质为板坯计算出一条短行程控制曲线Y=f(x)。在板坯头部和尾部长度可定义的范围内,Y值随着板坯位置x而变化。老的基础自动化系统也采用了SSC功能,但其控制曲线为三点式;而新系统采用了三点式、高斯曲线和多项式三种模式。(2)u3000轧轧机根据辊缝变化而变化在热轧机中机架的弹性变形不容忽视。典型的机架刚度约为200T/mm,而板坯温度每变化50K就会引起轧制力变化约20%。因而10MN就会变为8MN,这就会使得辊缝变化1mm。另外轧制力及负载辊缝会因板坯入口厚度以及化学成分的不同而变化。AWC的任务就是根据机架的刚度系数Cg、板坯实际宽度等,为立辊压下系统计算出压下设定值,以消除上述影响,维持恒定的立辊负载辊缝值,获得恒宽的板坯。(3)立辊应对不同区域的动态动态方式引起的热波动PWC功能主要用于校正因水印点而造成轧制时在宽度上所产生的误差。板坯在加热炉中由于步进梁所造成的水印点的温度低于板坯的其他部分,这就会造成水平辊在长度方向上轧制力的波动。立辊机架的PWC就是根据水平辊机架在反道次轧制时记录的板坯不同位置的轧制力测量值,由基础自动化判断出板坯上水印点的位置,并在正向道次轧制时增大这些点的侧压量,从而使水平辊轧制后的板宽达到希望的宽度。这就是PWC(Progresi