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　　摘要：本文講述了液壓AGC在軋鋼工藝中的原理，SIEMENS TDC的特點(diǎn)及其軟硬件功能，濟(jì)鋼中板廠在原來電動(dòng)壓下的基礎(chǔ)上改造設(shè)計(jì)液壓壓下，整合了粗軋、精軋兩軋機(jī)壓下系統(tǒng)，并詳述了其應(yīng)用后的情況。

　　關(guān)鍵詞：液壓AGC  SIEMENS TDC  軋機(jī)

　　一、液壓AGC在軋鋼工藝中的原理

　　中厚鋼板質(zhì)量指標(biāo)中，厚度的尺寸精度和厚度在全長上的均勻性，以及板型好壞都是十分重要的。近些年來，為了盡量縮小鋼板的厚度偏差、保證厚度的均勻性，防止?jié)撛诘暮捅憩F(xiàn)的板形不良，在中厚鋼板生產(chǎn)中采用了一系列新的控制和檢測技術(shù)。中厚鋼板軋制過程是軋機(jī)與軋件相互作用的過程，軋機(jī)受力產(chǎn)生彈性變形，軋件受力產(chǎn)生塑性變形，兩者的狀況可以用彈塑性曲線（P-H圖）來進(jìn)行描述，將彈塑性曲線與塑性曲線繪制在同一坐標(biāo)之內(nèi)，即得到了軋制狀態(tài)下的彈塑性曲線。因此，可以說如何有效利用軋制狀態(tài)下彈塑性曲線來控制鋼板厚度和板形，是現(xiàn)代軋制工藝的一個(gè)重要課題。

　　以軋制狀態(tài)下的彈塑性曲線為基礎(chǔ)，在實(shí)際的厚度控制過程中，通過測厚儀、測壓儀、輥縫儀等檢測手段對軋制過程中的軋件厚度（入口或出口的厚度）進(jìn)行間接或直接的測量，并將實(shí)測值與給定的目標(biāo)值進(jìn)行比較?？刂葡到y(tǒng)將比較后的偏差信號進(jìn)行處理后，輸出控制信號，指揮壓下系統(tǒng)動(dòng)作，使出口厚度被控制在所要求的偏差范圍之內(nèi)。這就是中厚鋼板軋制厚度控制原理。

　　為了實(shí)現(xiàn)軋制厚度的要求，在中國軋鋼行業(yè)經(jīng)過長期的實(shí)踐并總結(jié)出，采用液壓AGC系統(tǒng)能夠很好的解決鋼板厚度軋制工藝要求，這項(xiàng)技術(shù)具有輥縫位置自動(dòng)控制（APC系統(tǒng)）、厚度自動(dòng)控制（AGC系統(tǒng)）、糾偏的軌跡系統(tǒng)、軋制力過載保護(hù)系統(tǒng)和快速抬輥系統(tǒng)。

　　二、濟(jì)鋼中板液壓AGC改造方案

　　濟(jì)鋼中板廠于2004年初在精軋機(jī)上投用了液壓AGC，控制系統(tǒng)選用西門子控制器—SIMADYN D；由于SIMADYN D控制器是西門子十多年前的產(chǎn)品，備件采購及系統(tǒng)維護(hù)都不方便，決定對精軋控制器硬件系統(tǒng)進(jìn)行升級。結(jié)合粗軋AGC項(xiàng)目，將兩套軋機(jī)AGC控制系統(tǒng)合二為一，共用一套TDC系統(tǒng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)粗、精軋的液壓AGC控制：即只需在粗軋AGC控制系統(tǒng)TDC控制器的基礎(chǔ)上，增加少量的模板，如此不僅降低了硬件投資，而且也更利于粗、精軋AGC系統(tǒng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)工作，從而取得更好的控制效果。

　　三、TDC系統(tǒng)概述和特點(diǎn)

　　3.1 為了實(shí)現(xiàn)液壓AGC的工藝要求，控制系統(tǒng)采用SIMATIC TDC （SIMATIC Technology and Drive Control），即工藝和驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)。它是一種多處理器自動(dòng)化系統(tǒng)，擅長解決處理復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)、控制和通訊任務(wù)，是對 SIMATIC S7 理想的擴(kuò)充。組態(tài)和編程使用SIMATIC 工具進(jìn)行，是西門子全集成自動(dòng)化理念中的一部分。TDC由一個(gè)或多個(gè)模板機(jī)架組成，多處理器運(yùn)行方式可以實(shí)現(xiàn)性能的幾乎無限制擴(kuò)展。

　　SIMATIC TDC采用自由組態(tài)、模塊化的設(shè)計(jì)思想，使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)便于擴(kuò)展。系統(tǒng)可以快速實(shí)現(xiàn)閉環(huán)和開環(huán)控制、算術(shù)運(yùn)算以及系統(tǒng)監(jiān)視和信號通訊等功能。SIMATIC TDC擁有一套完整的模塊化硬件和軟件設(shè)計(jì)模式，能夠保證硬件滿足各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。SIMATIC TDC尤其適用與相互關(guān)聯(lián)的高精度控制系統(tǒng)。

　　SIMATIC TDC系統(tǒng)采用STEP/CFC組態(tài)語言，計(jì)算機(jī)用戶界面十分友好，易與操作和掌握，適合于從簡單到復(fù)雜的控制系統(tǒng)的要求。簡單任務(wù)可以組態(tài)在一個(gè)功能包中，較復(fù)雜的任務(wù)則可由幾個(gè)功能包共同完成。對于復(fù)雜的功能，可由幾個(gè)處理器組合在一個(gè)SIMATIC TDC控制單元中來完成；更高級的系統(tǒng)則由幾個(gè)SIMATIC TDC控制單元組合在一起，通過通訊連接交換數(shù)據(jù)來達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　SIMATIC TDC采用的是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（固定時(shí)隙為25 ?s），采樣速度很快（最短為100?s），強(qiáng)大的循環(huán)處理，高達(dá)5種采樣時(shí)間（T1～T5）；能夠處理周期任務(wù)（T0）和中斷（I1～I(xiàn)8八級中斷）任務(wù)?；诨静蓸訒r(shí)間T0，可以定義5種采樣時(shí)間的周期任務(wù)（T1～T5）以處理不同實(shí)時(shí)性要求的任務(wù)，其中T1～T5與T0的關(guān)系是SIMATIC TDC的處理機(jī)制如下圖所示，這樣的任務(wù)處理機(jī)制能夠滿足實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的要求。

　　3.2  SIMATIC TDC的突出特性：

  　（1）模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件可擴(kuò)展；

　?。?）采樣時(shí)間間隔短，可達(dá)100us，特別適用動(dòng)態(tài)控制任務(wù)；

　?。?）中央處理器采用64位結(jié)構(gòu)，具有最大性能；

　?。?）同步多處理器運(yùn)行，每個(gè)機(jī)架最多可有20個(gè)CPU；
　　
　?。?）可最多同步耦合44個(gè)機(jī)架，可以同時(shí)836個(gè)CPU同步運(yùn)行；
　　
　?。?）使用STEP7組態(tài)工具進(jìn)行圖形化組態(tài)：連續(xù)功能圖（CFC）和順序功能圖（SFC）；

　?。?）標(biāo)準(zhǔn)的一致性使用，例如PROFIBUS DP、工業(yè)以太網(wǎng)和SIMATIC WinCC，使得 SIMATIC TDC 的使用非常方便。

　　四、軋機(jī)AGC系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

　　4.1 粗軋機(jī)AGC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

    單機(jī)架粗軋機(jī)AGC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與精軋機(jī)AGC結(jié)構(gòu)相同，由下列部分組成：

    1） 基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)

    2） 過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

    3） 監(jiān)控系統(tǒng)

    4） 操作臺(tái)

    5） 檢測儀表

    6） 執(zhí)行系統(tǒng)包括液壓缸、壓下傳動(dòng)系統(tǒng)。

　　設(shè)計(jì)中原定系統(tǒng)為SIEMENS的SIMADYN D系統(tǒng)，根據(jù)目前技術(shù)進(jìn)展情況，將該系統(tǒng)改型為SIEMENS的TDC系統(tǒng)，該系統(tǒng)性能比SIMADYND系統(tǒng)強(qiáng)多倍，是目前SIEMENS公司的主流控制器。原設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)為單用戶WINCC，改為SERVER/CLIENT方式的WINCC系統(tǒng)，即設(shè)置一臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行WINCC SERVER和WINCC 64KRC，在精軋和粗軋操作臺(tái)各設(shè)置1臺(tái)WINCC CLIENT，運(yùn)行WINCC 128點(diǎn)RT。

　　4.2 精軋機(jī)AGC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

    精軋機(jī)AGC系統(tǒng)由下列部分組成：

    1） 基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，升級為SIEMENS公司的TDC

    2） 過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由HP公司服務(wù)器承擔(dān)，主要任務(wù)是進(jìn)行精軋機(jī)的規(guī)程設(shè)定計(jì)算

    3） 監(jiān)控系統(tǒng)，由SIEMENS的單用戶WINCC監(jiān)控系統(tǒng)承擔(dān)

    4） 操作臺(tái)（利舊）

    5） 檢測儀表（利舊）

　　6） 執(zhí)行系統(tǒng)包括液壓缸、壓下傳動(dòng)系統(tǒng)。

　　4.3 軋區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)整合后的結(jié)構(gòu)

　　在本次升級過程中將粗軋精軋兩套系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，共用一套TDC控制器，整合為一個(gè)完整的系統(tǒng)。具體方案如下：

　　1.  精軋控制系統(tǒng)與粗軋控制系統(tǒng)共用一套TDC。

　　2.  粗軋和精軋共用一套過程計(jì)算機(jī)，運(yùn)行規(guī)程設(shè)定軟件，對整個(gè)軋區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定，并由過程計(jì)算機(jī)統(tǒng)一進(jìn)行節(jié)奏控制。

　　3.  過程顯示系統(tǒng)WINCC也運(yùn)行在一臺(tái)服務(wù)器上，目的是粗軋和精軋運(yùn)行同一套顯示畫面，可使兩個(gè)操作臺(tái)同時(shí)相互監(jiān)控。

　　4. 對整個(gè)軋區(qū)的數(shù)據(jù)管理也整合為一個(gè)數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

　　5.  系統(tǒng)控制柜共用一個(gè)，便于系統(tǒng)布線及維護(hù)。

　　6.  操作臺(tái)利舊。

　　整個(gè)軋區(qū)系統(tǒng)示意圖如下：

　　經(jīng)過整合的系統(tǒng)在功能上與原系統(tǒng)方案一致，由于形成了整體的系統(tǒng)架構(gòu)，一方面功能分配合理性增強(qiáng)，此外還統(tǒng)一了與其他系統(tǒng)的通信渠道。

　　五、結(jié)束語

　　整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工完成后，由于采用了強(qiáng)大穩(wěn)定的SIMATIC TDC控制系統(tǒng)，以前經(jīng)常出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，上位機(jī)死機(jī)等情況得到了徹底的解決?，F(xiàn)場的檢測、傳感元件信號直接進(jìn)TDC控制系統(tǒng)，大大減少了由于現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境引起的信號干擾、線路損壞等設(shè)備故障。上位機(jī)通訊采用的是服務(wù)器—客戶機(jī)連接，上位機(jī)只是簡單的接收和發(fā)送過程，其余的工作都由服務(wù)器來完成，所以網(wǎng)絡(luò)速度得到大幅度的提升。整合后兩機(jī)架采用一套控制系統(tǒng)，設(shè)備數(shù)量大大減少，降低了系統(tǒng)購置成本以及備件庫存成本。同時(shí)兩軋機(jī)的軋制數(shù)據(jù)還可共享使用，操作人員可以很方便的了解到目前的壓下制度，速度制度，溫度制度和輥型制度，可以根據(jù)鋼板的技術(shù)要求、原料條件、溫度條件和生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際情況，來確定各道次的實(shí)際壓下量、空載輥縫和軋制速度等參數(shù)，并在軋制過程中加以修正和應(yīng)變處理，達(dá)到充分發(fā)揮設(shè)備潛力、提高產(chǎn)量、保證質(zhì)量、操作方便、設(shè)備安全的目的。

　　作者簡介：

　　李德松  男   工學(xué)碩士  濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)馬來西亞中板廠 中級工程師 主要從事軋鋼行業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)和電氣傳動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施和維護(hù)。

　　陳錦標(biāo)   男  工學(xué)學(xué)士  濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)中板廠 高級工程師 主要從事軋鋼行業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)和電氣傳動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和項(xiàng)目管理。