1 前言 濟南鋼鐵集團總公司和馬來西亞合資興建的濟鋼（馬）中板廠于1996年建成投產，四輥軋機一直采用電動壓下。為了更好的控制板形，提高鋼板質量，決定投資上一套液壓AGC系統。在2007年3月至4月利用濟鋼（馬）中板廠大修改造時間進行了設備安裝與調試。改造后的液壓AGC控制系統采用德國SIEMENS公司的SIMATIC TDC全數字控制系統，系統改造非常成功，投運至今沒有出現任何故障。 2 SIMATIC TDC概述 由于中板生產的特殊性，要想獲得理想的產品質量，液壓AGC技術是必不可少的，而AGC要取得理想的效果，首先要求控制系統必須快速、可靠。隨著對國內市場的不斷開發，作為世界聞名的自動化公司，SIEMENS公司的產品在國內工廠中的占有率已經名列前矛，SIMATIC TDC （SIMATIC Technology and Drive Control），即工藝和驅動自動化系統。它一種多處理器自動化系統，擅長解決處理復雜的驅動、控制和通訊任務，是對 SIMATIC S7 理想的擴充。組態和編程使用SIMATIC 工具進行，是西門子全集成自動化理念中的一部分。 SIMATIC TDC是一種實時多任務的分布式數字控制系統，具有運行速度快、可靠性高、功能強大且容易組態等特點，是實現液壓AGC功能的一種理想的控制系統。 特點如下： （1）模塊化的系統結構，硬件可擴展。 （2）采樣時間間隔短，可達100us，特別適用動態控制任務。 （3）中央處理器采用64位結構，具有最大性能。 （4）同步多處理器運行，每個機架最多可有20個CPU。 （5）可最多同步耦合44個機架，可以同時836個CPU同步運行。 （6）使用STEP7組態工具進行圖形化組態：連續功能圖（CFC）和順序功能圖（SFC）。 （7）標準的一致性使用，例如PROFIBUS DP、工業以太網和SIMATIC WinCC，使得 SIMATIC TDC 的使用非常方便。 3 系統配置說明 與目前國際上通用的中板軋機AGC控制系統結構模式一樣，濟鋼（馬）中板廠的四輥軋機液壓AGC控制系統采用兩級結構，即過程控制級和基礎自動化級。系統結構如圖一。 過程控制級包括：過程計算機、與基礎自動化進行通訊的交換機、前端客戶機等。 基礎自動化級包括：執行HGC、AGC等功能的板軋機控制器（SIMATIC TDC）、遠程I/O接口、檢測儀表和操作監控裝置。 [align=center] 圖一 系統結構圖[/align] 3.1 過程控制級 過程計算機的服務器由1臺HP公司的ML150構成，安裝在主電室值班室。 過程計算機與板軋機控制器的通訊采用以太網，因此在系統中配置1臺SIEMENS公司的交換機作為主交換機。過程計算機通過1000M網卡接入交換機，板軋機控制器通過工業以太網通訊處理器經交換機與過程計算機進行通訊。 過程計算機的編程語言采用VC++。 過程計算機中同時運行SQL SERVER數據庫軟件，用于開發PDI界面及相關數據庫文件等。 過程機客戶端有2臺，選用SIEMENS工控機IL43V2型，其中1臺放置在精軋主操作臺，1臺作為PDI計算機，放置在加熱爐出爐操作室。 3.2基礎自動化級 基礎自動化級 包括1個SIMATIC TDC機架、三臺WinCC監控站（HMI）、兩個ET200站和一個S7-300站。 3.2.1 SIMATIC TDC機架 液壓AGC控制器采用SIEMENS公司的SIMATIC TDC系統, SIMATIC TDC是整個控制系統的核心，它以一個21槽機架作為框架，用于擴展模板，并可通過64 位背板總線連接。其中包括兩個CPU 模塊CPU551， CPU551 適用于具有較高運算要求的開環和閉環控制任務。它采用64 位RISC 技術設計，擁有一個 32 MB的用戶儲器和插入式儲器模塊。第一個CPU中運行電動APC軟件，第二個CPU中運行AGC軟件及AGC邏輯控制軟件。SM500 I/O 模板提供有豐富的選項，用于連接分布式I/O，有AI、AO、DI、DO及脈沖輸入等接口，主要用于采集電動壓下碼盤，AGC位移傳感器，AGC壓力傳感器，鋼坯溫度及四輥主傳動控制系統電壓、電流、轉速、力矩等信息；控制執行機構（壓下電機、伺服閥）。通訊模板 CP50M0可提供高性能的通訊，通過PROFIBUS DP將SIMATIC TDC與ET200站、S7－300站相連接。通訊模板 CP51M1亦可提供高性能的通訊，通過以太網將SIMATIC TDC與過程機、WinCC監控站（HMI）相連接。SIMATIC TDC結構配置如圖二。 [align=center] 圖二 SIMATIC TDC結構配置圖[/align] 3.2.2 WinCC監控站 共有三臺WinCC監控站（HMI），一臺HMI放置在四輥操作室作為WinCC客戶端，一臺放置在三輥操作室作為WinCC客戶端，主電室放置一臺作為WinCC服務器。HMI用工控機采用SIEMENS工控機IL43V2型，HMI運行的監控軟件為SIEMENS公司的WINCC。HMI經過以太網卡與板軋機控制器SIMATIC TDC進行通訊。 監控站顯示的內容有AGC的圖形、數據等，還有軟開關供操作工操作。 WINCC除顯示相關信息，還具下述功能： 人工或半自動時的規程存儲與修改功能。 規程存儲功能主要是為在過程計算機未投入使用時，采用的人工設定方法。 在SIMATIC TDC系統中，暫定存儲當班的軋制規程8種。其余待軋規程（均由人工輸入）存儲在WINCC系統中。 在每次接班時，根據本班生產計劃，由操作工將待軋鋼種規格的規程從WINCC系統調入SIMATIC TDC系統。 在軋制過程中，若需要改變規程，可利用操作臺"規程前翻后翻"開關從SIMATIC TDC存儲的8種規程中選擇。 在軋制時， 操作人員可采用以下方法對規程加以修改： 微升/微降：用WINCC操作站微升/微降按鈕， 將本道次和后續道次的輥縫值增加/減少0.05mm， 并一直保存到更換來料的鋼種規格。 強制設定：按下WINCC操作站強制設定按扭， 然后用鍵盤對當前規程值加以修改，再次按下強制設定按鈕， 修改完成。 如果在WINCC操作站中未存待軋鋼種規格的規程， 可在操作站上用鍵盤按照畫面上的要求輸入數據，直至全部規程輸入完畢。 3.2.3 ET200站、S7-300站 SIMATIC TDC通過DP網與兩個ET200站和一個S7-300站通訊。 其中操作臺ET200站作為TDC的遠程I/O，通過一根通訊電纜將軋鋼操作臺上的按鈕、指示燈、顯示儀表等與TDC連接起來，大大減小了電纜數量；軋機信號ET200站則用于連接一些軋機主傳動信號（轉矩、電流、速度等）。AGC液壓站S7-300作用是建立液壓系統與SIMATIC TDC控制系統的聯鎖，以及實現精軋操作臺對液壓站的遠程控制。同時完成對液壓站的啟停控制及信號監測。 3.2.4 檢測系統： 壓下控制系統的檢測系統包括電動壓下碼盤、液壓AGC位移傳感器及壓力傳感器、測溫儀、熱金屬檢測器等。 3.2.5 執行機構 壓下控制系統的執行機構由電動壓下和液壓壓下兩部分組成。電動壓下的執行機構是壓下電機，由SIMATIC TDC系統計算出壓下速度設定值并輸出相應的電壓信號，控制壓下電機驅動電動壓下螺絲上下移動；液壓壓下的執行機構是伺服閥，其控制信號也由SIMATIC TDC系統通過模擬量給出，控制伺服閥的開口方向和開口度，驅動油缸上下移動。 4系統軟件功能 濟鋼（馬）中板廠的四輥軋機現主要用于精軋，壓下控制系統采取“液壓全程”方式，油缸最大行程為80mm，正常工作行程為0－60mm。同時，控制系統中還預留、設計了單機架軋鋼的功能，一旦需要，很快就可以調試投用。利用SIMATIC TDC編程軟件CFC開發的用戶程序,建立了各種控制的數學模型，具有APC（位置自動控制）、AGC（厚度自動控制）、自動輥縫清零（或叫自動壓靠）、保護（過壓、過壓差、液柱過高或過低等）等自動功能，以及輥縫微調、鐮刀彎調節等人工干預功能。 下圖是CFC開發的用戶程序示例： 4.1 APC（位置自動控制） 在實際軋鋼過程中，控制系統根據過程控制機下達的設定位置，通過調節伺服閥控制油缸的移動，使軋輥到達目標位置（定位精度為±0.01mm）。（在單機架生產時，則首先通過壓下電機，控制壓下螺絲動作使軋輥到達某一范圍即停下來，再通過調節伺服閥控制油缸的移動，來補償電動定位誤差，使APC的最終定位精度達到±0.01mm。） 4.2 AGC（厚度自動控制） 包括絕對值和相對值兩種。在過程控制級投用時，采取絕對值AGC方式，由過程控制機向SIMATIC TDC發送每一道次的壓力設定值和輥縫設定值，SIMATIC TDC則根據實測壓力計算出AGC調節量；在過程控制級未投用時，采取相對值AGC方式，過程控制機不參與控制，SIMATIC TDC在咬鋼以后鎖定一個壓力值作為本道次的壓力設定值，然后將實測壓力和此設定值比較，計算出AGC調節量。AGC調節量被疊加到輥縫設定值中，控制輥縫動態調整以減小同板差。 4.3自動輥縫清零（或叫自動壓靠） 包括電動輥縫清零和液壓輥縫清零。當需要做輥縫標定（清零）時，操作人員只需在操作臺上將相應的開關扳到“壓靠”位置，油缸間自動下壓到1250噸（可以更改壓力設定值），并保持5秒，自動將將液壓輥縫清零。 4.4保護 為了保證設備和系統的安全可靠，該系統設計了多種保護措施。如過壓保護（壓力和）、過壓差保護，當兩側壓力和超過3000t或兩側壓力差大于500t時，立即打開快泄閥，使油缸中的液壓油迅速流回液壓站，從而使軋輥快速抬升，保護軋輥；液柱過高或過低保護，由于油缸行程的限制，對其中的液柱高度就有一定的要求，如果液柱過高或過低則表明系統不正常，立即打開快泄閥。當這些保護或其它故障現象出現時，在WinCC監控站上會立即顯示出相應的報警信息來。 4.5 人工干預 為了操作的靈活、方便，該系統保留了一些人工干預功能。例如在自動軋鋼時，操作工可以根據當時的實際情況，稍微調大或調小輥縫設定值，以得到最佳產品厚度；也可以稍微調大或調小輥縫差設定值，以得到最理想的板形。同時，該系統具有記憶功能，在進行大批量的同一規格產品軋制時，操作工可以將某一塊鋼板的軋制表記憶下來作為該規格后面產品的軋制規程。另外，本系統還具有半自動和全手動軋鋼功能。半自動是由操作工來控制道次的切換，而由計算機來擺輥縫；全手動則是在油缸中保持一固定高度的液柱，而完全由操作工手動控制電動壓下螺絲來擺輥縫軋鋼。 5運行效果 濟鋼（馬）中板廠四輥軋機改造后的壓下控制系統自從2007年4月投用以來，運行非常可靠，沒有出現過任何系統故障，并且具有定位精度高（定位誤差≤±0.01mm）、操作靈活、容易維護、穩定性好等特點。