全集成自動化八輥五機架冷軋機組

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1、上海歐達海威自動化成套有限公司 八輥五機架冷軋機組 全集成自動化（T1A）八輥五機架冷軋機組 本系統(tǒng)利用西門子全集成自動化平臺，以西門子全集成自動化為基礎(chǔ)，突現(xiàn)了一個完整的從現(xiàn)場級到工廠管理級的自控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠降低工廠單位 能耗提高產(chǎn)品質(zhì)量及更佳的供應(yīng)管理。 該系統(tǒng)具有三個典型的特征： 1．統(tǒng)一的組態(tài)和編程 2．統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理 3．統(tǒng)一的通信 從管理級和現(xiàn)場控制級，T1A通訊可覆蓋整個公司，性能優(yōu)越的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)各種應(yīng)用，工業(yè)以太網(wǎng)、Profibus以及AS-I總線。 以下是

2、該系統(tǒng)的詳細描述： 一 配套設(shè)施描述： 1450mm全連續(xù)式八輥五機架冷軋機組電控設(shè)備由高壓配電、無功補償、諧波濾波、整流變壓器、動力變壓器、低壓配電、馬達配電中心、不間斷電源、直流電機、傳動裝置、基礎(chǔ)自動化、檢測儀表、各類傳感器、過程控制組成。 整個控制過程由L3向過程級發(fā)送每天的作業(yè)計劃和相應(yīng)的PDI值，過程機接受L3級的作業(yè)計劃，進行機架設(shè)定值計算，向L1級提供預(yù)設(shè)定方案參數(shù)?；A(chǔ)自動化級接受L1級的信息后實現(xiàn)各類控制。主要有AGC控制、傳動控制、數(shù)據(jù)采集、主令速度控制、入口段、出口段物流及邏輯控制，以及各類輔助設(shè)備的控制。 二 過程控制系統(tǒng)描述： 第1章 過程計算機技術(shù)

3、文擋 1、總則 二級系統(tǒng)的一個主要功能是對一級機設(shè)定值的預(yù)設(shè)定（如軋制力、張力等等），以便要求鋼卷能夠軋到目標厚度，同時預(yù)設(shè)定是通過數(shù)學模型來實現(xiàn)的。 為了克服實際軋制力和數(shù)學模型計算出來的軋制表數(shù)據(jù)的偏差，調(diào)整（學習）功能投入使用，讓軋制表數(shù)據(jù)能夠從實際軋制力中學習，等等。 PDI計劃從三級計算機系統(tǒng)那兒接收到，產(chǎn)品計劃的編制通常由三級機來執(zhí)行。 在PLC系統(tǒng)中，軋制工藝的功能控制根據(jù)由二級機發(fā)出來的設(shè)定值來執(zhí)行。（詳細描述見自動功能部分） 二級機的其他重要功能是控制信息的處理。 該功能通過HMI接口提供了工藝界面，如和產(chǎn)品有關(guān)的記錄和統(tǒng)計信息。 這些信息服務(wù)

4、幫助我們優(yōu)化產(chǎn)品控制來提高工廠的操作水平。 2、過程計算機（二級機）硬件說明 計算機型號和尺寸僅作為一個參考給出。到計算機硬件和軟件訂貨時，硬件和軟件的型號和尺寸將會被更新到買方給出定單時的流行版本. 管理控制計算機 1】、西門子工控機 2臺 2】、噴墨打印機 1臺 3】、Wincc編程軟件 2套 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 1】 現(xiàn)場級：Profibus—Dp 12Mblt 介質(zhì)：西門子DP網(wǎng)絡(luò)線 2】 基礎(chǔ)自動化級：H1以太網(wǎng)100Mblt 介質(zhì)：光纖 3】 過程級：TCP/IP以太網(wǎng)100Mblt

5、 介質(zhì)：光纖 3、基礎(chǔ)軟件規(guī)格書 計算機型號和尺寸僅作為一個參考給出。到計算機硬件和軟件訂貨時，硬件和軟件的型號和尺寸將會被更新到買方給出定單時的流行版本. 1】 系統(tǒng)平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000 數(shù)據(jù)庫平臺：MS SQL Server 2000 系統(tǒng)平臺選用原因 Windows 2000是一個功能強大網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，這是結(jié)合了Windows98和Windows NT 4.0的優(yōu)良特性和功能于一身的Microsoft研發(fā)的新一代產(chǎn)品。在系統(tǒng)的綜合可靠性和網(wǎng)絡(luò)管理功能上都有很大的提高。通過Windows 2000 Server操作系統(tǒng)達到了軟件業(yè)很少實現(xiàn)的一

6、個目標：提供一種同時具有改進性和創(chuàng)新性的產(chǎn)品。改進性表現(xiàn)為Windows 2000建立于Windows NT 4.0操作系統(tǒng)的良好基礎(chǔ)之上；創(chuàng)新性表現(xiàn)為Windows 2000 Server設(shè)置了操作系統(tǒng)與Web、應(yīng)用程序、網(wǎng)絡(luò)、通訊和基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)之間良好集成的一個新標準。 SQL Server 2000是一項全面完整的數(shù)據(jù)庫與分析產(chǎn)品。從借助瀏覽器實現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫查詢功能到內(nèi)容豐富的擴展標記語言（XML）支持特性均可有力地證明。與此同時，SQL Server 2000還在可伸縮性與可靠性方面保持著多項基準測試紀錄，而這兩方面特性又都是企業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在激烈市場競爭中克敵致勝的關(guān)鍵所在。無論以應(yīng)用

7、程序開發(fā)速度還是以事務(wù)處理運行速度來衡量，SQL Server 2000都堪稱最為快捷的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而這恰恰是該產(chǎn)品成為靈活首選解決方案的原因所在。它有高度的可伸縮性和可靠性，使用SQL Server 2000 可以獲得非凡的可伸縮性和可靠性。通過向上伸縮和向外擴展的能力，SQL Server 滿足了苛刻應(yīng)用程序要求。向上伸縮。SQL Server 2000 利用了對稱多處理器(SMP) 系統(tǒng)。SQL Server Enterprise Edition最多可以使用32個處理器和64GB RAM。向上擴展SQL Server 2000 利用了對稱多處理器(SMP) 系統(tǒng)。SQL Server E

8、nterprise Edition 最多可以使用32 個處理器和64 GB RAM?？捎眯?。通過增強的故障轉(zhuǎn)移群集、日志傳送和新增的備份策略，SQL Server 2000 達到了最大的可用性。 2】 開發(fā)平臺 操作系統(tǒng)：Windows 2000 Server 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：MS SQL Server 2000 開發(fā)工具：Visual Studio .NET Enterprise Architect 開發(fā)技術(shù)：C、C＋＋、C# 項目管理：MS Project 2000 開發(fā)平臺選擇原因 Visual Studio .NET是唯一一個從一開始就是為Windows應(yīng)用服務(wù)創(chuàng)建的開

9、發(fā)環(huán)境。通過允許應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)溝通和共享數(shù)據(jù)。Visual Studio .NET 和Windows應(yīng)用服務(wù)提供簡單、靈活、基于標準的模型，允許開發(fā)人員從新的和現(xiàn)有的代碼匯編應(yīng)用程序，而與平臺、編程語言或?qū)ο竽Ｐ蜔o關(guān)。 系統(tǒng)的中間軟件層和核心算法模塊采用C靜態(tài)鏈接庫的形式編碼，在保持最高效率的同時又保證了開發(fā)和維護的靈活性。 Visual C++是由Microsoft開發(fā)的一種高級編程語言，由于它是從C中派生出來，因此具有C的靈活高效功能，同時有具備開發(fā)超大規(guī)模系統(tǒng)的能力。由于是Microsoft公司的產(chǎn)品，它又同VB一樣簡單，可以顯著的降低開發(fā)和調(diào)試周期，我們在國內(nèi)兩套中厚板廠成功第實

10、施了兩套過程控制系統(tǒng)，均由Visual C++開發(fā)，從而在實時性和開發(fā)開發(fā)維護效率之間獲得了平衡。 C#是由Microsoft開發(fā)的一種新型編程語言，由于它是C和C++ 的超集，因此具有保持較高運行效率的同時實現(xiàn)組件框架的功能。我們的實踐證明，C#是開發(fā).NET框架應(yīng)用程序的最好語言，我們將在PC終端應(yīng)用上部署.NET靈活高效的應(yīng)用程序。 Microsoft Project 2000是全球最普及的專案管理軟體。代表Microsoft公司在專案管理上的新里程碑。Microsoft Project的安裝基礎(chǔ)，Microsoft Project 2000 是針對整個客戶層投入無數(shù)研發(fā)后的結(jié)果，它

11、提供幾個主要新增功能和加強功能。Microsoft Project 2000讓知識工作者能夠靈活協(xié)同運作計劃、追蹤專案，并提供計劃所需的結(jié)果。它是組織大型軟件項目所需的規(guī)劃工具。 此外，新的相關(guān)產(chǎn)品Microsoft Project Central與Microsoft Project 2000密切運作。Microsoft Project Central是Web型協(xié)同作業(yè)工具，允許專案人員之間雙向通訊，也允許每個人(即使桌面上沒有Microsoft Project 2000) 存取資料。Microsoft Project Central將使用Microsoft Project 2000讓更多的

12、使用者存取專案管理。 4、系統(tǒng)軟件 ----實時文件系統(tǒng)（RDB） ----進程管理（TASK） ----數(shù)據(jù)聯(lián)路管理（PLCLINK） ----數(shù)字IO管理（DIOMNT） ----通訊管理（LANMNT） ----報警管理（ALMMNT） ----終端管理（OPSMNT） 系統(tǒng)軟件框架 系統(tǒng)功能配置圖 本系統(tǒng)使用固定優(yōu)先級策略來管理處理器調(diào)度。為了實現(xiàn)調(diào)度策略，采用了“優(yōu)先級”和“份額”的概念。 1) 固定優(yōu)先級調(diào)度法則 各線程分屬于不同的優(yōu)先級，優(yōu)先級值越大的線程越是優(yōu)先分配CPU資源。例如：當一個低優(yōu)先權(quán)的線程正在運行時，另一個高優(yōu)先權(quán)

13、的線程轉(zhuǎn)變?yōu)闇蕚錉顟B(tài)，則CPU的執(zhí)行權(quán)傳給高優(yōu)先級的線程并把低優(yōu)先級的線程放在等待隊列的頭部。線程的優(yōu)先級在在線程創(chuàng)建時設(shè)定，除非使用系統(tǒng)調(diào)用setpriority()聲明否則不會改變（這種情況不適于為提高實時性而采用的優(yōu)先級繼承功能）。相應(yīng)的，當高優(yōu)先級的線程運行時低優(yōu)先級的線程永遠不會獲得優(yōu)先權(quán)。 2) 基于份額的調(diào)度法則 如果線程具有相同的優(yōu)先級，則采用基于分額的調(diào)度法則。份額意味著對CPU執(zhí)行權(quán)限的控制限度。當一個線程執(zhí)行了很久并消耗了由份額值所規(guī)定的時間，它將被占先，CPU的調(diào)度權(quán)移交到同等優(yōu)先級的另一線程。被占先的線程被放置在同等優(yōu)先級的隊列尾部 5、應(yīng)用軟件 --

14、--PDI數(shù)據(jù)輸入（PDI） ----鋼卷跟蹤（TRACKING） ----實時數(shù)據(jù)采集（DTGMNT） ----CRT顯示/輸入（CRTMNT） ----班組管理（SHIFTMNT） ----換輥（ROLLMNT） ----帶鋼軋制力調(diào)節(jié)（利用數(shù)學模型）的機架設(shè)定功能 ----針對軋制力自適應(yīng)補償功能 ----Oracle工藝數(shù)據(jù)采集和分析倉庫 ----和三級機的數(shù)據(jù)鏈接 ----和PLC的數(shù)據(jù)鏈接 LEVEL-2 ON-LINE Data MODEL Data (Oracle8i) MODEL Server MODEL Client MODEL Cl

15、ient MODEL Client L3計劃管理 PLC LEVEL1 OPS OPS OPS ----軋制報表 以模型為核心的過程控制系統(tǒng) 1】 原始數(shù)據(jù)輸入（PDI） 在這兒，主要執(zhí)行的功能有： ----PDI在線從三級機接收 ----PDI離線從HMI手動輸入 ----修改/刪除PDI數(shù)據(jù) （a） 總則 本功能主要用來進行和鋼卷產(chǎn)品有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)的輸入。PDI信息應(yīng)該在鋼卷到達開卷機前到達。 所有針對機架控制的預(yù)設(shè)定數(shù)據(jù)是基于PDI數(shù)據(jù)的，只有PDI數(shù)據(jù)是按照正確格式和可用的情況下，

16、這些數(shù)據(jù)才被接受。每個鋼卷必須有一套PDI數(shù)據(jù) （b） PDI內(nèi)容 PDI內(nèi)容是基于以下的描述。內(nèi)容的詳細定義和格式將在詳細設(shè)計階段最終確定。 基本上，PDI應(yīng)該包括鋼卷的如下信息： # 原料驗證碼 # 原料類型 # 原料代碼 # 原料寬度 過程機存儲足夠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，保證在通訊系統(tǒng)故障下維持生產(chǎn)。 2】 鋼卷跟蹤 跟蹤系統(tǒng)具有如下功能： 鋼卷/帶鋼跟蹤 跟蹤鋼卷/帶鋼的移動，形成從入口鞍座到出口鞍座且包含帶鋼位置和信息的跟蹤印象。 啟動其他功能 能夠在特定的時刻執(zhí)行自動預(yù)設(shè)、數(shù)據(jù)采集、OPS和生產(chǎn)結(jié)果傳送等其他功能。 鋼卷跟蹤段名稱 段編號 段名稱

17、 定時 (入口) 入口段 開卷機上卷 (入口) 入口段 焊接完成 1 入口段 焊縫通過#1焊縫檢測裝置 2 軋機段 焊縫通過#2焊縫檢測裝置 3 軋機段 焊縫通過No1 STD (出口) 出口段 軋機出口剪剪切或焊縫通過 3】 數(shù)據(jù)采集 實際數(shù)據(jù)由一級機采得，該功能收集并存儲這些數(shù)據(jù)。 采集到的數(shù)據(jù)存入每個入口鋼卷和成品鋼卷的數(shù)據(jù)中并傳送到三級機。 另外這些數(shù)據(jù)也用于OPS 的操作指導顯示和報表輸出等功能。 共有兩種數(shù)據(jù)收集方式： 事件收集類型 采樣收集類型 ( 定長采樣)

18、 數(shù)據(jù)采集示意圖（見附圖） 4】 機架設(shè)定計算（數(shù)學模型） 二級計算機最重要的一個功能是計算和預(yù)設(shè)定針對控制級（如一級機）的給定控制值，以便能夠得到想得到的成品鋼卷規(guī)格。 設(shè)定值是通過數(shù)學模型來進行計算的. 數(shù)學模型自己不能表現(xiàn)出100%的物理現(xiàn)象；因此，它需要通過一個學習模型（稱為“自適應(yīng)控制”）來進行補償。 機架設(shè)定計算和選擇預(yù)設(shè)定值的參數(shù)包括： ----軋制速度 ----張力 ----軋制力 ----軋制分配表 ----彎輥力 ----AGC控制參數(shù) 設(shè)定計算的框圖如下： 軋制計劃

19、 1、 鋼卷號 2、 帶鋼厚度 3、 帶鋼寬度 4、 帶鋼重量 5、 工作輥直徑 6、 中間輥直徑 7、 支撐輥直徑 8、 機架彈性常數(shù) 9、 給定張力 10、 給定軋制速度 11、 給定出口厚度 設(shè)定計算 1、 軋制分配計劃計算 2、 軋制力計算 3、 輥縫計算 4、 前滑計算 5、 帶鋼速度 6、 軋制力矩，功率 7、馬達功率，速度圖形檢查 7、 PDI 入口厚度 出口厚度 帶鋼寬度 屈服點等等 實際數(shù)據(jù)采樣 實際數(shù)據(jù) 1、 軋制力 2、 軋制速度 3、 輥縫 4、 張力 5、 厚度 6、 電流 7、 壓下率

20、 自適應(yīng)控制 1、 軋制力自適應(yīng)控制 2、 輥縫自適應(yīng)控制 3、 軋制力矩自適應(yīng) 4、 彎輥力自適應(yīng) 自適應(yīng)數(shù)據(jù) 軋輥數(shù)據(jù) kout 出口變形抗力 ( 3.1.(3) ) Feout 彈性回復區(qū)軋制力 ( 3.4.(2) ) Fp塑性區(qū)軋制力( 3.4.(1) ) Fein : 彈性壓縮區(qū)軋制力 ( 3.4.(2) ) kin 入口變形抗力 ( 3.1.(2) ) hin 入口厚度 tin 入口張力 hPin 塑性入口厚度 hPout 塑性出口厚度 hout

21、出口厚度 tout 出口張力 彈性回復區(qū) 彈性壓縮區(qū) km : 平均變形抗力 ( 3.1.(4) ) 數(shù)學模型考慮到冷軋帶鋼時存在彈性變形區(qū)的現(xiàn)象。 變形抗力模型： 從入口厚度hin到出口厚度hout的平均變形抗力 km km : 平均變形抗力(N/mm2) h0 : 原料厚度(mm) hm : 平均厚度(mm) hin : 入口厚度(mm) hout : 出口厚度(mm) rtm : 平均總壓下率(%) k0 : 模型參數(shù)(N/mm2) [層別表數(shù)據(jù) ] e0 : 模型參數(shù) [層別表數(shù)據(jù) ] n : 模型參數(shù) [層別表數(shù)據(jù) ] z

22、 : 模型參數(shù) [層別表數(shù)據(jù) ] g : 模型參數(shù) ( 平均厚度影響系數(shù) ) [ 常數(shù)表數(shù)據(jù) ] Ck0 : 學習系數(shù) [層別表數(shù)據(jù) ] Cn : 學習系數(shù) [層別表數(shù)據(jù) ] 5】 自適應(yīng)學習 數(shù)學模型是一組描述生產(chǎn)工藝操作與控制規(guī)律的方程。冷連軋的數(shù)學模型是軋制理論、控制理論與實踐經(jīng)驗結(jié)的產(chǎn)物，是近似的理論模型。因此，數(shù)學模型都不是絕對準確的，需要不斷的修正提高精度。數(shù)學模型學習的策略和任務(wù)就是通過比較計算機系統(tǒng)收集的實際數(shù)據(jù)與模型設(shè)定計算值之間的差異，反映出理論與實際的差別，以不斷修正數(shù)學模型方程系數(shù)的方法，使數(shù)學模型逐步求精，逼近當前生

23、產(chǎn)軋制的實際，從而使冷連軋機的過程控制系統(tǒng)獲得更高的設(shè)定精度。 （1）摩擦系數(shù)學習： 根據(jù)摩擦系數(shù)模型可以得到系數(shù)的計算式， (6-1) (6-2) 其中：——第I機架摩擦系數(shù)后計算值； ——模型參數(shù)(最小摩擦系數(shù))，層別表數(shù)據(jù)； ~ ——模型參數(shù)(軋制長度影響系數(shù))，層別表數(shù)據(jù)； ~ ——模型參數(shù)(帶鋼速度影響系數(shù))，層別表數(shù)據(jù)； ——模型參數(shù)(標準速度)，m/min們，層別表數(shù)據(jù)； ——第I機架帶鋼出口速度，m/min； ——第I機架工作輥軋制總長度，km； ——學習系數(shù)當前使用值； ——學習系數(shù)計算值。 （2）變形

24、抗力模型學習 變形抗力學習只在高速和低速時學習。變形抗力學習系數(shù)在每個鋼卷都被更新，但更新后的學習系數(shù)并不是馬上影響到設(shè)定計算，而是只保留在內(nèi)存中。學習計算和學習系數(shù)更新在后臺不斷進行，更新后的學習系數(shù)在內(nèi)存中不斷的更替，當所有機架一起更換工作輥時，最新的后臺更新的學習系數(shù)才被應(yīng)用到設(shè)定計算中。 三 基礎(chǔ)自動化 1、L1級硬件設(shè)備如下： 1】一套TDC PLC； 2】一套輔助控制S7-400PLC； 3】一套飛剪控制S7-300PLC； 4】5套液壓壓下控制S7-400PLC； 5】一套數(shù)據(jù)跟蹤DTB； 6】3套OPS站（4臺研華611工控機，4臺17寸平板

25、顯示器）; 7】 6套OPS站（西門子10.4觸摸屏） 8】 五套S7200，傳動邏輯控制系統(tǒng) 9】 主操作站（21寸顯示器4臺、西門子工控機2臺）。 10】 西門子ET200站（3000點）。 2，L1級PLC編程軟件： 西門子PLC編程軟件用2套STEP7 （授權(quán)），9套Wincc。 3，主要功能： 1， 傳動控制。 2， AGC控制。 3， 數(shù)據(jù)采集。 4， 軋輥調(diào)零。 5， 主令速度控制（點動、單動、穿帶、加速、保持、減速、停機、快停、急停）。 6， 入口段，出口段物流及邏輯控制。 7， 輔助液壓，潤滑，乳化液冷卻系統(tǒng)控制。 8， 排霧、除塵、

26、通風、排污系統(tǒng)控制。 9， 故障報警及連鎖。 4，自動厚度控制AGC： 為了達到好的厚度精度，本項目提供一下AGC功能： 1， 自動位置控制APC； 2， 硬特性控制BIARA； 3， 輥縫監(jiān)視GMN； 4， 快速監(jiān)視FAST; 5， 輥縫前饋GFF； 6， 速度補償SPC； 7， 輥縫物流GMF； 8， 解耦控制NIC； 9， 自動張力調(diào)節(jié)ATR； 10， 自動速度調(diào)節(jié)ASR； 11， 張力監(jiān)視器SMN； 5，動態(tài)變規(guī)格FGC： 為了提高成材率，在不停機狀態(tài)下，把一種產(chǎn)品規(guī)格（鋼種、厚度、寬度）變換成另外一種產(chǎn)品規(guī)格，是連續(xù)軋機的重要特征。

27、 過程： 1， 二級機把新的軋制規(guī)程算出來； 2， 鋼卷到達一機架前50米，新軋制規(guī)程送入一級機； 3， 啟動FGC。 步驟： 1， 軋機減速； 2， 關(guān)閉AGC； 3， 待變規(guī)格點進入一號機架時，按新的規(guī)程的輥縫和機架速度給定； 4， 變更速度要保持二號和三號機架的張力恒定； 5， 待變規(guī)格點進入下一機架時的步驟同上。 6， 活套控制： 機組為水平活套，采用直接張力控制，保證有足夠時間進行帶鋼接頭。 四 傳動單元： 1】直流控制柜：采用西門子6RA70直流控制器。 50臺。 2】交流控制柜： 10臺。 3】配電柜： 10臺（用銅牌與電柜聯(lián)接）。 五 儀表： 1， 測厚儀； 2， 編碼器； 3， 張力儀； 4， 壓力傳感器； 5， 油壓計； 6， 輥縫儀； 7， 對中裝置CPC； 8， 秤重儀； 9， 光電傳感器，接近開關(guān)； 10， 熱工儀表（液位、溫度、流量、壓力、電導、濃度、酸度等）。 11， 焊縫檢測裝置（乙方供貨） 第19頁 共19頁