原创 鞍钢1700中薄板坯连轧计算机控制系统

鞍钢1700中薄板坯连轧计算机控制系统
系统概述
将原有半连轧2800/1700生产线旧设备改造后，搬到原二初轧厂房内，与新建的1台中薄板坯连铸机和2座步进炉一起，组成一条热轧带钢生产线。主要工艺参数年产量：200万吨热带钢；生产钢种：普碳钢50%，优质碳素钢30%，低合金钢20%；板坯规格（H X B X L）：100-150MM （标准坯 135MM）X 900-1550X 12900-15600MM（定尺坯）或7000-7600MM（短尺坯）；带钢规格：厚度1.2-8.0，宽：900-1550MM，最大卷重21吨。
工艺概况
鞍钢1700中薄板坯连铸连轧工程工艺平面布置图如下所示：
100-150mm 厚的板坯经中薄板坯连铸机（1台）铸出并切断后，直接热装进步进式加热炉（2座）加热，加热好的板坯经炉后高压水除鳞箱除鳞，进入粗轧机，轧出的20-30mm 厚的中间坯经辊道输送，进入热卷箱进行空心卷取，经切头飞剪切头，精轧前高压水除鳞箱除鳞，进入精轧机组轧制，经带钢层流冷却装置冷却后，由卷取机卷成成品钢卷，再经步进梁、爬坡链、地面运输链组成的钢卷运输系统运至成品库堆冷、存放、包装、发货。
图一：工艺流程图
系统结构
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鞍钢1700连轧计算机控制系统是我国自行设计，开发和集成的快速过程计算机控制系统。热连轧生产线自动化系统采用三级系统结构：生产控制级（三级）、过程控制级（二级）和基础自动化级（一级），系统配置图参见图二。
图二：系统配置图
为了满足中薄板坯连铸连轧生产全线控制，CNROLL系统在二三级配置了三台ALPHA4100及26台终端，而在基础自动化配置了29台控制器，其中 8台控制器为多CPU VME控制器。该系统设计充分考虑了对快速计算机控制系统的要求，即要求具有高速控制和高速通讯的能力。控制系统采用美国GE FANUC公司的PLC产品GE FANUC90-70或90-30控制器及VME总线控制器（多CPU VME总线控制器），大部分控制器之间以及与上位机通过光纤内存映象网进行数据交换系统。
系统特性
1. CNROLL系统控制多区域划分
? 三级计算机与中薄板坯连铸二级机及轧线二级机采用标准以太网（TCP/IP）通讯，并带各自的人机界面站，对整个连铸连轧线进行生产控制。
? 轧线二级计算机通过超高速光纤网（170Mb/s）与加热、粗轧、精轧各区基础自动化22台控制器连接通讯。
? 操作台采用OPS＋OPU结构，将常规操作器件减到最小程度。·各区操作台上所设置的共14套OPS（操作员站）及12套OPU（带灯辅助功能键盘）通过光纤以太网与主网上各区HMI服务器连接通讯。
? 全线润滑站，液压站的PLC通过现场总线与主系统相关控制器连接通讯。
? 加热炉温度控制及部分设备控制系统（由5台PLC构成）通过Ethernet与主系统连接通讯。
? 快速换辊子系统亦通过现场总线与主系统连接通讯。
? 主系统和各子系统通过各层光纤网连接成为一个完整的系统。
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2. 系统大量采用远程I／O，通过现场总线与有关控制器连接，大大减少了电缆的数量。各控制器通过远程I/O与操作台相连接，大大减少现场接线和I/O模板，构成分布式的计算机控制系统。
3. 所用VME控制器具有ms级控制周期的能力，目前使用的控制周期为3~100ms，其中液压传动位置控制的控制周期为3ms。
4. 主系统光纤超高速网通讯速率达到170Mb/s。最快数据更新时间小于1ms（动态数据区），整个网上存在不同速度的数据周期。
基础自动化级各控制器控制功能
从加热炉入口开始一直到运输链结束，全轧制线上分布了17台GE FANUC 90-70 PLC 、90-30 PLC，6台多CPU高速控制器，称之为VME机箱控制器。各台控制器和PLC控制功能包括：
加热炉区和粗轧区入口、出口区辊道控制
? 1#炉的基础自动化控制、温度控制、辅助系统控制
? 2#炉的基础自动化控制、温度控制、辅助系统控制
? 1#、2#炉的汽化冷却等辅助系统控制
? 粗轧区控制
? R1区液压站等辅助系统控制、换辊等控制、R1区的顺控和APC控制
? R2区的顺控和APC控制
? 热板卷箱及供辅系统的监督与控制
? 精轧区控制、精轧区所有液压站等辅助系统控制
? 精轧区和卷取区的跟踪
? 精轧区各轧机的自动换辊及相关液压站的控制
? 精轧区F1～F6电动APC及7套侧导板，标高位置APC控制
? 精轧区F1～F6的ASC（板型）控制、F1～F6的AGC控制
? F3～F6液压系统的APC控制
? 串辊控制
? F3～F4 、F5～F6机架两侧弯辊压力在线快速闭环调节
? F1~F6主速度控制、L1~L5活套控制
? 卷取温度控制CTC
? 与原有卷取机控制系统的通讯及部分辅助控制
? 运输链部分的控制 3
? 全轧线模拟轧钢及实时仿真控制等功能
应用实际效果统计
1700系统从建成、调试到投入使用，已见到了很好的效益。控制精度比原系统大大提高，厚差在±50μm的一类曲线达到93%。系统控制思想部分参考了国外的AGC，如轧制力反馈控制AGC、活套补偿等；另外有部分属于自行开发，如硬度前馈控制AGC、X射线厚度偏差监控AGC的模糊控制思想、压尾控制、快速监控、穿带自适应等。其中硬度前馈控制AGC、X射线厚度偏差监控AGC采用的控制思想属于国内首次使用。
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