500mm热轧带钢分布式自动控制系统优化

更新时间:2020-05-01 04:01

  50 0 m m 热轧带钢分布式自动控制系统优化丁海( 莱钢集团银山型钢有限公司板带厂)摘要: 本文主要介绍了热轧带钢自动控制过程中对硬件、 网络及系统组态进行优化, 特别是通过系统设计, 实现现场设备运行的本质安全化, 从而提高整个控制系统的可靠性。关键词: 带钢; 优化; 组态; 工业以太网; 轧制规程表. . . 1L . . . L .1刖舌莱钢集团公司板带厂热轧带钢车间是莱钢的主体成材车间之一, 共有16 架轧机( 其中一架为除鳞机架), 产品规格为: 2. 0- ~7 . 0× 183~4 4 5 111111热轧带钢。 自19 8 8 年投产至今已连续运行近20 年,设计年产量为30 万吨, 现已具备10 8 万吨生产能力, 居全国第一。 工艺流程图如图l所示。毪取2项目提出的...

  50 0 m m 热轧带钢分布式自动控制系统优化丁海( 莱钢集团银山型钢有限公司板带厂)摘要: 本文主要介绍了热轧带钢自动控制过程中对硬件、 网络及系统组态进行优化, 特别是通过系统设计, 实现现场设备运行的本质安全化, 从而提高整个控制系统的可靠性。关键词: 带钢; 优化; 组态; 工业以太网; 轧制规程表. . . 1L . . . L .1刖舌莱钢集团公司板带厂热轧带钢车间是莱钢的主体成材车间之一, 共有16 架轧机( 其中一架为除鳞机架), 产品规格为: 2. 0- ~7 . 0× 183~4 4 5 111111热轧带钢。 自19 8 8 年投产至今已连续运行近20 年,设计年产量为30 万吨, 现已具备10 8 万吨生产能力, 居全国第一。 工艺流程图如图l所示。毪取2项目提出的依据和目的莱钢集团公司板带厂热轧带钢生产线计算机分布控制( D istr ib u tedC o m p u te rC o n tr0 1)系统的核心控制部分采用西门子S 7 . 4 0 0 系列P L C 为主站, 采用P R O F IB U S . D P 和P R O F IB U S . F M S 两种总线进行连接, 每台主轧机控制由西门子全数字装置完成并通过通讯板C B 24 与主站进行通讯, 主轧线 台人机界面由F M S 总线连接的完整、 高效网络, 为实现各站之间资源共享, 从而大大提高了整个系统的功能。 但随着产能的进一步提升, 原系统逐渐暴露出一下几个方面的问题。2. 1原热轧带钢分布式计算机控制系统中主机操作分精粗轧两个区域, 均实现速度联调, 整个台面包括主机及辅助设备的控制元件, 特别是牵扯主机给定的各机架电位器, 每台都包括分给定、 微调、逐移以及速度补偿, 采用0 . 10 V 的模拟量输入形式, 电源信号易受干扰, 每一电位器的给定出现波动都要对整条轧线的速度产生影响, 尤其是在电位器的临界点, 稍微调整就会带来大的变化, 因此这种主机速度调整方式已经大大落后于国内其它同类生产线万吨产能和产品实物指标的进一步提升的要求。2. 2带钢原设计中没有机旁L O C K , 致使轧钢工在换辊或检查导卫时存在安全隐患, 安全确认不到位或误操作容易造成人身伤害。 20 0 4 年就因为安全确认制做的不到位造成险肇事故, 因此有必要在 机旁安装机旁L o C K , 从而也为安全加上一把锁。2. 3各机旁操作箱信号的采集都是从机架上方经过轧线到达操作台, 过钢时的高温以及潮气都对电缆造成伤害, 特别是堆钢, 热坯直接搭接在电缆盖板上致使电缆粘连, 信号短路, 此时需要抽出大量人员重新敷设电缆, 费时费力且停机时间较长。 20 0 4 年就因为堆钢造成机架电缆烤焦而造成自动停车现象, 影响时间长达5小时, 严重制约了生产的顺行。2. 4 由于个人习惯的不同, 操作工的速度设定模式不一样, 即便是轧制同一规格, 速度设定也不相同, 轧制规格表无法建立, 速度无法实现预摆, 从而造成工艺规程执行不严, 不细, 特别是开轧或改完规格第一支不是堆钢就是拉钢, 使得产品实物质量受到影响。2. 5现主轧线P L C 程序与H M I( 人机画面)之间通讯采用P R O F IB U S F M S 总线形式, 传输能力有限, 有待于进一步优化, 同时随着近几年改造的不断深入, 许多信号和显示随用随加, 造成画面繁杂, 系统化程度不高, 同时P L C 程序和H M I运行受到影响, 监控画面ch a n g e( 转换)以及数据的U p lo a d( 上传)和D o w n lo a d ( 下装)速度缓慢, 可操作性不强, 特别是下一步轧制规程表建立后, 要求快速修改和下装数据, 从而确保主机速度快速响应。3优化的主要内容3. 1D P 网络的硬件配置和结构优化从硬件配置和网络结构图中可以看出, 整个系统优化可分为两大部分。工业以太网P R O F IB U S D P IP R O F IB U S D P 2图2 D P 网硬件配置和网络结构图1)P R O F IB U S D P 网络部分P R O F IB U S . D P ( 现场总线网), 它允许少量数据的高速循环通讯, 具有高度的容错性, 数据的完整性, 标准信息帧结构, 在操作过程中可自由的访问每个站等优点。 数据传输率可达12M b p s, 采用双绞线屏蔽电缆传输数据, 可自动识别从站的数据传输速率。本系统设有两条P R O F IB U S D P 总线, 采用双绞屏蔽通讯电缆, 最大传输距离120 0 m , 最大传输速率12M b /s( 与传输距离有关), P R O F IB U S . D P I总线完成主站P L C 与主电室粗精轧主机数控之间的数据传输; P R O F IB U S . D P 2用于粗精轧机旁、 粗轧操作台、 精轧操作台、 夹送辊分站与主站P L C完成现场信号的传输。2)精轧主机机旁E T 20 0 M 分站 图中红色标识部分为新增粗精轧主机机旁E T 20 0 M 分站, 用于采集粗精轧主机机旁控制信号,包括主机正反点, 压下提升和压下、 单双动、 一速二速、 上下限位, 主机、 压下、 活套L O C K 锁等信号。3. 2机旁L O C K 及组态图3 机旁L O C K 及组态在机旁操作箱增加主机、 活套、 压下L O C K , 将信号引到程序中去, 利用逻辑推理将各种可能存在的安全隐患通过程序实现联锁, 并在操作台H M I( 人机画面)上显示L O C K 锁信息, 在换辊、 检查导卫或紧急处理压下及传动侧设备问题时过程中只要将机旁L O C K 选在近程位置, 5{ I}、 6 }}操作台将无法进行主机及附属设备的操作, 操作台H M I画面将有报警信息闪烁, 提示操作工和其他人员,避免了由于安全确认不好或误操作造成的人员伤害。3. 3工业以太网( In d u stria l E th e m e t)以太网及T C P /IP 通信技术在IT 行业获得了很大的成功, 成为r r 行业应用中首选的网络通信技术以太网工业在自动化领域已有不少成功应用实例, 主要用于车间级生产信息集成、 专用生产设备、专用测试设备、 条码器、 P C 机及以太网络设备组成; 主要功能是完成车间级生产信息及产品质量信息的管理。图4 为sIM A T IC 工业以太网硬件配置及网络结构图, 它是依据现有的热轧带钢计算机分布控制轧钢系统的网络基础, 利用工业以太网的高可靠性、 高扩展和开放性、 高通讯性以及可以与自动化系统互相连接的特性, 结合现有的西门子S 7 . 4 0 0 系列P L c, 在主电室和6}}台分别设立收发器和交换机,采用光缆连接, 5}}台、 6}}台之间通过快速电缆进行连接组成以太网结构。 通过C P 4 4 31系统接口,配置T C P /1P 传输控制协议, 替代原有的P R O F IB U S F M S ( 现场总线信息规范), 达到简化网络配置,同时系统考虑每一信号以及显示生成方法, 简化和更新数据处理方法, 将所需数据由单一画面显示改为多画面显示, 提高数据处理速度, 减轻C P U 通讯负荷, 增大数据传输量, 加快传输速度, 增加. . 147. . 网络用户的目的。 同时为车间级生产信息及产品质量信息的管理提供技术数据支持。实时监控P L C 主站编程器主电室主控室其他用户l.lu J1V V ■u ~口口口口DDfI5群台甜台图4 工业以太网硬件配置及网络结构图3. 4 操作台优化将精粗轧操作台台面布置进行优化, 使操作简便, 将原有的模拟量给定改为开关量输入控制,安装精密的凸轮控制器, 通过西门子S tep 7 软件在程序加装数据块, 将开关量输入信号转换成脉冲序列, 由脉冲列的宽度决定主机速度给定的大小, 从而避免主机由于给定信号干扰而造成的速度波动, 可大大提高产品的实物质量, 使得考核指标得到有效的提升。3. 5建立轧制规程表, 实现主机速度预摆随着轧制规程的不断完善, 在上位机中建立轧制表, 实现主机速度自动顶摆已经成为可能。 根据计算结果和多年的生产经验, 确定轧制不同规格时各机架的速度, 形成制度性的标准文件, 存入计算机,使用时计算机自动将各机架的速度设定分别写入调速装置, 实现了轧制规程的标准化和制度化, 同时提高了生产效率, 减少囚调整不当造成的堆钢及轧废, 通过编写软件实现轧制规程的自动优化。 速度自动设定后, 在轧制过程中系统实时记录操作工的人工调节量, 不断修正轧制规程中的速度设定值, 从而使轧制规程不断优化, 更好地满足生产。4 应用情况热轧带钢分布式自动控制系统优化完成以后, 系统工作稳定, 网络重新优化配置后未再出现轧线电缆烧损和轧线自动停车现象; 特别是粗精轧主机机旁L O C K 锁的投入, 使得维护和操作人员在换辊、 检查导卫或紧急处理压下及传动侧设备问题时过程中避免了由于安全确认不好或误操作造成的人员伤害, 为安全生产提供了可靠的技术保障; S IM A T IC 工业以太网的建立及H M I画面的优化,提高数据处理速度, 减轻C P U 的负担, 增强网络的扩展性; 操作台的优化轧和制规程表的建立, 实现了轧制规程的标准化和制度化, 提高了生产效率, 减少因调整不当造成的堆钢及轧废。 此项目累计创造的直接效益在20 0 余万元。参考文献:【1】 《西门子S T E P 7 编程手册》 , NJ'- J子( 中国)自动化与驱动集团, 20 0 2. 12【2】 《西门子工业网络通讯指南》 , 西门子( 中国)自动化与驱动集团, 20 0 4 . 9一14 8 .

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