采用先進(jìn)AGC系統(tǒng)的可逆四輥冷軋機(jī)控制系統(tǒng)

石育林 李淵

摘? 要：該文所描述的是一臺(tái)已投入生產(chǎn)的鎳合金可逆四輥冷軋機(jī)，該軋機(jī)的控制系統(tǒng)由國內(nèi)廠家與美國I2S公司共同完成，其中關(guān)鍵的AGC控制系統(tǒng)采用了進(jìn)口產(chǎn)品，文中介紹了這套軋機(jī)的工藝流程、控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置，主控制系統(tǒng)與I2S公司AGC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)、信號(hào)傳遞等，該軋機(jī)達(dá)到了預(yù)期的控制要求。

關(guān)鍵詞：鎳合金;冷軋機(jī);AGC;DP/DP Coupler

中圖分類號(hào)：TG33? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著純鎳、電熱合金、高溫合金、耐蝕合金、膨脹合金等鎳合金市場需求量的增加，對(duì)高精度鎳合金板帶材的需求也相應(yīng)增加，為順應(yīng)市場的需要，作為鎳行業(yè)的國內(nèi)巨頭，金川集團(tuán)公司建設(shè)了一條鎳合金板帶材生產(chǎn)線，其中冷軋作業(yè)線配置了一臺(tái)可逆式四輥冷軋機(jī)，由上卷小車、開卷機(jī)、機(jī)前卷取機(jī)、入口轉(zhuǎn)向輥、入口液壓剪、入口測厚儀、入口雙擠干輥、入口對(duì)中裝置、四輥軋機(jī)、出口雙擠干輥、出口測厚儀、出口轉(zhuǎn)向輥、機(jī)后卷取機(jī)、卸卷小車等組成，用來生產(chǎn)半成品和成品高精度合金板帶材，軋機(jī)軋輥直徑為800 mm，原料入口規(guī)格為（3.0～6.5）mm×（200～670）mm，產(chǎn)品規(guī)格為（0.5～4.0）mm×（200～670）mm，處理合金帶材抗拉強(qiáng)度范圍：250 MPa～1250 MPa，最大卷重5.0 t。

軋機(jī)除機(jī)械部分外，最為核心的是系統(tǒng)的自動(dòng)控制部分，國內(nèi)廠家在軋機(jī)的順序控制、邏輯控制、傳動(dòng)控制等基礎(chǔ)自動(dòng)化控制方面已基本達(dá)到要求，但是核心的板型控制，包括厚度差、同板差等還與國外先進(jìn)水平存在一定差距。另外，國外在軋制相關(guān)合金材料的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫較豐富，這些數(shù)據(jù)在初期的軋機(jī)調(diào)試過程中起到了關(guān)鍵性的作用。

為了既能降低成本，又能達(dá)到國際先進(jìn)的冷軋板產(chǎn)品要求，經(jīng)過考察對(duì)比，板型控制部分最終選用了美國I2S公司的AGC控制系統(tǒng)，測厚儀選用了美國瑞美（RSI）公司的X射線測厚儀。而為降低成本，除AGC壓下控制以外的基礎(chǔ)自動(dòng)化部分、輔助（液壓、流體等）控制系統(tǒng)部分由國內(nèi)廠家集成，機(jī)械部分由中國一重集團(tuán)提供，在相關(guān)專家和幾個(gè)廠家的合作努力下，對(duì)相關(guān)的接口、交界點(diǎn)進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的研討，最終確定了最佳的可行方案。

1 控制系統(tǒng)簡介

該冷軋機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成主要分基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、AGC壓下控制系統(tǒng)、測厚儀控制系統(tǒng)、輔助（液壓、流體）控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)等5個(gè)部分。

基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)由一套西門子S7-400系統(tǒng)組成，含操作臺(tái)HMI一臺(tái)，工程師站一臺(tái)，主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場儀表、操作面板等的控制顯示，完成機(jī)組運(yùn)行順序邏輯控制、軋機(jī)及卷取機(jī)輔助設(shè)備順序邏輯控制、穿帶輔助設(shè)備邏輯控制、軋制速度控制、軋機(jī)彎輥控制、軋機(jī)換輥控制、帶材跟蹤控制、卷徑計(jì)算、前后卷取張力控制等控制功能，以及與AGC系統(tǒng)、測厚儀和傳動(dòng)系統(tǒng)的通信與控制，與美國I2S公司的AGC控制系統(tǒng)通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接，雙方互相通信各自的狀態(tài)，完成軋機(jī)的啟停、加減速、自動(dòng)壓下的啟停、調(diào)整等動(dòng)作。

AGC控制器包括一臺(tái)高性能控制器（AGC控制計(jì)算機(jī)）和一臺(tái)西門子S7-300控制器，其中高性能控制器負(fù)責(zé)AGC壓下的控制，是美國I2S公司的成熟產(chǎn)品，具有前饋、后饋、質(zhì)量流等多種實(shí)時(shí)AGC控制方式，完成液壓輥縫控制、輥縫同步和傾斜控制、恒軋制力控制等控制，具有硬度自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)停車、多點(diǎn)自動(dòng)減速等功能，并且集成了SPC（統(tǒng)計(jì)過程控制）、SQC（統(tǒng)計(jì)質(zhì)量管控）等高級(jí)功能，承擔(dān)了生產(chǎn)計(jì)劃、道次表自動(dòng)生成、實(shí)時(shí)厚度監(jiān)控記錄、報(bào)表生成等二級(jí)自動(dòng)化內(nèi)容。而S7-300負(fù)責(zé)AGC系統(tǒng)內(nèi)部常規(guī)信號(hào)的采集，以及與主控系統(tǒng)及測厚儀的通信，均通過PROFIBUS-DP進(jìn)行連接。

測厚儀系統(tǒng)使用單片機(jī)控制測量臂的進(jìn)出、探頭的打開、射線源的激活等動(dòng)作，配置一臺(tái)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行測量數(shù)據(jù)的讀取運(yùn)算等功能，并通過工業(yè)交換機(jī)與AGC系統(tǒng)通信。

輔助控制系統(tǒng)由一套西門子S7-300系統(tǒng)構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)液壓、潤滑等系統(tǒng)的運(yùn)行及監(jiān)控，主要包括傳動(dòng)液壓站、高壓液壓站、工藝潤滑站、稀油潤滑站等站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)配備一臺(tái)就地OPU單元，通過PROFIBUS-DP進(jìn)行連接，控制器通過工業(yè)以太網(wǎng)與主控制系統(tǒng)通信。

傳動(dòng)控制系統(tǒng)由西門子6SE70系列整流調(diào)速裝置組成，通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接至主控制系統(tǒng)，接收主控制系統(tǒng)給出的運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)速等指令，反饋電流、電壓、實(shí)際速度、故障等信號(hào)給主控制系統(tǒng)。

2 主控制系統(tǒng)與AGC之間的系統(tǒng)集成

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組態(tài)

主控制系統(tǒng)與AGC系統(tǒng)各自為獨(dú)立的西門子PLC控制系統(tǒng)，為2個(gè)獨(dú)立的DP網(wǎng)絡(luò)，從硬件配置上有2種通信通路，一種是通過西門子CP443和工業(yè)交換機(jī)組建的工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信，另外是通過一臺(tái)DP/DP Coupler通信耦合器進(jìn)行通信。根據(jù)該套設(shè)備的實(shí)際情況，選取Coupler進(jìn)行通信，在實(shí)用性、可靠性、簡易性方面都具有很大的優(yōu)勢(shì)，Coupler適合于連接2段不同通信速率的DP網(wǎng)段，通過簡單的設(shè)置就可以實(shí)現(xiàn)2個(gè)DP網(wǎng)段之間的高速通信，并且具有很高的容錯(cuò)性。

在組態(tài)DP/DP Coupler時(shí)，需要在主控系統(tǒng)與AGC系統(tǒng)里分別組態(tài)，首先需要下載DP/DP Coupler的GSD文件進(jìn)行安裝，才能在STEP7硬件組態(tài)畫面中看到相關(guān)硬件信息，在硬件列表框中PROFIBUS-DP下的Network Components中找到DP/DP Coupler，拖拽到PROFIBUS-DP總線上后，再加入需要通信字節(jié)長度的通信組件，設(shè)置I/O地址;其次設(shè)置Coupler的PROFIBUS從地址及交換數(shù)據(jù)長度等通信參數(shù)，從地址要與Coupler模塊上的DIP撥片開關(guān)地址相對(duì)應(yīng)。

2.2 信號(hào)傳遞

在主控制系統(tǒng)側(cè)，通過SFC20來讀取I2S側(cè)的數(shù)據(jù)，完成信號(hào)的傳遞，實(shí)現(xiàn)主軋機(jī)狀態(tài)信號(hào)、傳動(dòng)系統(tǒng)、AGC狀態(tài)、液壓系統(tǒng)狀態(tài)、測厚儀狀態(tài)、道次表的傳遞等相關(guān)的控制內(nèi)容;在I2S公司提供的AGC側(cè)，同樣通過對(duì)Coupler的相應(yīng)組態(tài)，完成對(duì)數(shù)據(jù)的讀取。

這里組態(tài)時(shí)需要注意的是網(wǎng)絡(luò)1的輸入?yún)^(qū)必須和網(wǎng)絡(luò)2的輸出區(qū)完全對(duì)應(yīng)，同樣網(wǎng)絡(luò)2的輸入?yún)^(qū)必須和網(wǎng)絡(luò)1的輸出區(qū)完全對(duì)應(yīng)，否則會(huì)造成通信故障。同時(shí)，在工業(yè)以太網(wǎng)的規(guī)劃中，使用了一臺(tái)交換機(jī)連接2個(gè)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置不同的網(wǎng)段，使2個(gè)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立運(yùn)行，但在維護(hù)時(shí)又可以使用同一臺(tái)工程師站，簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少了投資。

3 使用效果

該套可逆式冷軋機(jī)控制系統(tǒng)由國內(nèi)廠家和美國I2S公司共同完成控制系統(tǒng)的前期設(shè)計(jì)和后期的調(diào)試、試車工作，通過引入高性能的AGC控制系統(tǒng)，該套軋機(jī)在運(yùn)行穩(wěn)定性和板材的厚度差控制上都順利達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能夠在150 m/min的額定軋制速度下，產(chǎn)出厚度差控制在±0.02 mm的合金板帶材，自2012年投產(chǎn)至今，經(jīng)過此軋機(jī)已產(chǎn)出大批合格的N6、Ni201、Cr20Ni80等冷軋鎳合金板帶材產(chǎn)品供應(yīng)給國內(nèi)外市場。

參考文獻(xiàn)

[1]廖常初.西門子工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)組態(tài)編程與故障診斷[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.