轧制过程控制第四篇板带钢轧制过程控制计算机控制系统解析课件

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1、北京科技大学北京科技大学 机械工程学院机械工程学院 1章、基本概念综述章、基本概念综述 1.1 1.1、现代化连轧机控制系统的概念、现代化连轧机控制系统的概念 1.2 1.2、工艺设备对计算机控制系统的要求、工艺设备对计算机控制系统的要求 1.3 1.3、国内外连轧机计算机控制系统的主要类型、国内外连轧机计算机控制系统的主要类型 1.4 1.4、本章小结、本章小结 2023/8/ 1.1.1 1.1.1、连轧机控制系统包含的、连轧机控制系统包含的“三电三电”范围范围 电气控制设备电气控制设备 计算机和网络设备计算机和网络设备 自动化检测仪表自动化检测仪表 1.1.2 1.1.2、连轧机控制系统

2、不包括的范围、连轧机控制系统不包括的范围 厂房设施及土建厂房设施及土建 供配电设备供配电设备 公辅设备公辅设备 工艺设备本体工艺设备本体2023/8/ 4高高2 2低低”的技术经济指标求得效益的技术经济指标求得效益 高效能高效能:年产量达到年产量达到100-500100-500万吨。万吨。高效率高效率:轧制速度达到轧制速度达到2020米米/秒。秒。高质量高质量:厚度精度达到微米级。厚度精度达到微米级。高可靠性高可靠性:系统运行率系统运行率99.8%99.8%以上。以上。低投资低投资:吨钢投资低。吨钢投资低。低消耗低消耗:能源、介质、材料、备件消耗低。能源、介质、材料、备件消耗低。2023/8/

3、 高速控制：设备采用液压传动，控制采样周期可达高速控制：设备采用液压传动，控制采样周期可达2-20ms2-20ms，需要进行需要进行“高速控制高速控制”。高速通讯：主要质量控制功能集中于精轧机组，各控制器及各高速通讯：主要质量控制功能集中于精轧机组，各控制器及各CPUCPU间具有间具有1-2ms1-2ms级的数据更新能力，需要进行级的数据更新能力，需要进行“高速通讯高速通讯”。功能关联与耦合：功能关联与耦合：功能之间相互影响，多个功能需共享输入和功能之间相互影响，多个功能需共享输入和输出模块。输出模块。2023/8/ 1.3.1 1.3.1、热连轧机计算机控制系统的演变历程、热连轧机计算机控制

4、系统的演变历程 上世纪上世纪6060年代以前（孕育期）：模拟厚度控制系统年代以前（孕育期）：模拟厚度控制系统 上世纪上世纪60-7060-70年代（成长期）：年代（成长期）：MCLOUTH 1525MCLOUTH 1525 上世纪上世纪80-9080-90年代（成熟期）：年代（成熟期）：美、欧、日美、欧、日 上世纪末上世纪末-本世纪初（本世纪初（新生期）：中国和世界列强新生期）：中国和世界列强 GE:GE:INNOVATIONINNOVATION SIEMENS:SIEMENS:SIMATIC TDCSIMATIC TDC（SIMADYN DSIMADYN D）MITSUBISHIMITSUB

5、ISHI：MELPLAC 2000MELPLAC 2000 NERCAR NERCAR：CNROLLCNROLL2023/8/ 1.3.2 1.3.2 1.3.2、热连轧机计算机控制系统开放性的趋势、热连轧机计算机控制系统开放性的趋势、热连轧机计算机控制系统开放性的趋势、热连轧机计算机控制系统开放性的趋势 20202020世纪世纪世纪世纪90909090年左右年左右年左右年左右 20202020世纪末世纪末世纪末世纪末 SIEMENS:SIEMENS:SIEMENS:SIEMENS:MMC216 MMC216 MMC216 MMC216 SIMADYN D SIMADYN D SIMADYN

6、D SIMADYN D SIMATIC TDC SIMATIC TDC SIMATIC TDC SIMATIC TDC （VMEVMEVMEVME总线）总线）总线）总线）GE:GE:GE:GE:CSF CSF CSF CSF GM-2000 GM-2000 GM-2000 GM-2000 INNOVATION INNOVATION INNOVATION INNOVATION （VMEVMEVMEVME总线）总线）总线）总线）ALSTOM(W-H):ALSTOM(W-H):ALSTOM(W-H):ALSTOM(W-H):WDPF WDPF WDPF WDPF ALSPA ALSPA ALSPA

7、ALSPA INNOVATION INNOVATION INNOVATION INNOVATION （VMEVMEVMEVME总线）总线）总线）总线）（PCI+VMEPCI+VMEPCI+VMEPCI+VME总线）总线）总线）总线）NERCAR:NERCAR:NERCAR:NERCAR:CNROLLCNROLLCNROLLCNROLL （VMEVMEVMEVME总线）总线）总线）总线）2023/8/ 1.3.3、我国的热连轧机计算机控制系统、我国的热连轧机计算机控制系统 2023/8/ 1.3.2、我国的热连轧机计算机控制系统（续）、我国的热连轧机计算机控制系统（续）2023/8/ 以现代化热

8、连轧、冷连轧为代表的钢铁工业是大规模制造精以现代化热连轧、冷连轧为代表的钢铁工业是大规模制造精品的过程工业。控制系统是过程工业的神经中枢。品的过程工业。控制系统是过程工业的神经中枢。钢铁制造的过程可以分为钢铁制造的过程可以分为“慢过程慢过程”和和“快过程快过程”。“慢过程慢过程”指指如高炉、转炉等冶炼过程。如高炉、转炉等冶炼过程。“快过程快过程”如热连轧和冷连轧，对其控制性能如热连轧和冷连轧，对其控制性能要求要求“高速控制高速控制”和和“高速通讯高速通讯”。2023/8/ 2章、连轧机计算机控制系统的结构和功能章、连轧机计算机控制系统的结构和功能 2.12.1、连轧机计算机控制系统的分级、连轧

9、机计算机控制系统的分级 2.22.2、连轧机计算机控制系统的结构、连轧机计算机控制系统的结构 2.32.3、连轧机计算机控制系统的主要功能、连轧机计算机控制系统的主要功能 2.42.4、本章小结、本章小结 2023/8/ 2.2、连轧机计算机控制系统的分级、连轧机计算机控制系统的分级 L4(L4(生产管理生产管理)：合同处理、生产计划、日志报表：合同处理、生产计划、日志报表 L3(L3(生产控制生产控制)：物流和库存管理、质量管理、日志报表：物流和库存管理、质量管理、日志报表 L2(L2(过程控制过程控制)：过程控制、过程监视、过程日志：过程控制、过程监视、过程日志 L1(L1(基础自动化基础

10、自动化)：顺序控制、逻辑控制：顺序控制、逻辑控制 L0(L0(传动控制传动控制)：执行机构实际动作、实际数值传送：执行机构实际动作、实际数值传送2023/8/ 2.2.12.2.1、集中控制、集中控制 2.2.2 2.2.2、分布式控制系统、分布式控制系统特点：特点：1、分、分级递阶控制控制;2、硬件、硬件积木化木化3、软件模件模块化化;4、控制系、控制系统用用组态方法生成方法生成5、通信网、通信网络的的应用用;6、可靠性高、可靠性高7、开放系、开放系统结构特征：结构特征：“区域控制器群区域控制器群”结构结构 “超高速网超高速网”结构结构2023/8/ 2023/8/ 2023/8/ 2.3.

11、12.3.1、首先确定功能分配原则、首先确定功能分配原则 跟踪：跟踪：L1L1位置跟踪、位置跟踪、L2L2数据跟踪数据跟踪 设定值管理：设定值管理：L1L1设缓冲区管理设缓冲区管理 采样值处理：采样值处理：L2L2进行进行 人人机界面机界面(HMI)(HMI)功能：功能：L1L1为主，为主，L2L2仅与设定有关仅与设定有关 子系统设置子系统设置 各控制器各控制器I/OI/O配置配置 2023/8/ L1 L1 L2 L2事件驱动事件驱动 L2 L2 L1 L1设定完成设定完成 L1 L1 L1 L1动态交换动态交换 主网主网子网主从方式子网主从方式(留有与留有与L0L0及及L3L3的通信接口）

12、的通信接口）对内存映象网（分享内存）进行设计对内存映象网（分享内存）进行设计2023/8/ 2.3.3、轧线主要仪表配置、轧线主要仪表配置 序号序号仪表名称仪表名称测点测点1 1测宽仪测宽仪粗轧后、精轧后、卷取前粗轧后、精轧后、卷取前2 2测厚仪测厚仪精轧后精轧后3 3测温仪测温仪出炉、粗轧、精轧前后、卷取前等出炉、粗轧、精轧前后、卷取前等4 4金属检测器（金属检测器（HMDHMD、CMDCMD）各段辊道跟踪点各段辊道跟踪点5 5测压仪测压仪粗轧、精轧机各机架粗轧、精轧机各机架6 6优化剪切仪表优化剪切仪表切头飞剪前切头飞剪前7 7直线位移传感器直线位移传感器各位置控制液压缸各位置控制液压缸8

13、 8旋转位置编码器旋转位置编码器各调速电机各调速电机9 9平坦度仪平坦度仪精轧后精轧后1010凸度仪凸度仪精轧后精轧后2023/8/ 2.3.4.1 2.3.4.1、L1L1级硬件配置级硬件配置 系统中设有多台系统中设有多台PLCPLC用于跟踪、轧件运送顺序控制、中等速用于跟踪、轧件运送顺序控制、中等速度的位置和速度控制以及换辊控制等功能。度的位置和速度控制以及换辊控制等功能。系统中设有多台系统中设有多台VMEVME总线多总线多CPU HPCCPU HPC（高性能控制器），用于（高性能控制器），用于质量控制及精轧区内需要高速控制的位置、速度、活套张力等的质量控制及精轧区内需要高速控制的位置、速

14、度、活套张力等的控制。控制。2023/8/ 控制器、控制器、子系统（液压站、泵站等）。子系统（液压站、泵站等）。系统中预留有与系统中预留有与L3L3和连铸和连铸L2L2的接口。的接口。2023/8/ 2.3.4.2、L1L1级功能分配级功能分配 加热区加热区210#210#站站(PLC)(PLC)：加热炉入口区跟踪及入口和出口侧：加热炉入口区跟踪及入口和出口侧辊道控制辊道控制 加热区加热区220#220#站站(PLC)(PLC)：加热炉本体控制：加热炉本体控制 加热区加热区230#230#站站(PLC)(PLC)：全轧线跟踪和模拟轧钢：全轧线跟踪和模拟轧钢2023/8/ 粗轧区粗轧区粗轧区粗轧

15、区320#320#320#320#站站站站(PLC)(PLC)(PLC)(PLC)：完成热卷箱控制：完成热卷箱控制：完成热卷箱控制：完成热卷箱控制 粗轧区粗轧区粗轧区粗轧区330#330#330#330#站站站站(PLC)(PLC)(PLC)(PLC)：完成飞剪控制及辅助设备的控制：完成飞剪控制及辅助设备的控制：完成飞剪控制及辅助设备的控制：完成飞剪控制及辅助设备的控制2023/8/ 精轧区精轧区精轧区精轧区420#420#420#420#站站站站(HPC)(HPC)(HPC)(HPC)：液压压下：液压压下：液压压下：液压压下APCAPCAPCAPC和弯辊、窜辊控制和弯辊、窜辊控制和弯辊、窜辊

16、控制和弯辊、窜辊控制 精轧区精轧区精轧区精轧区430#430#430#430#站站站站(HPC)(HPC)(HPC)(HPC)：精轧厚度控制：精轧厚度控制：精轧厚度控制：精轧厚度控制AGCAGCAGCAGC及板形控制及板形控制及板形控制及板形控制 精轧区精轧区精轧区精轧区440#440#440#440#站站站站(HPC)(HPC)(HPC)(HPC)：精轧机组主速度和活套控制：精轧机组主速度和活套控制：精轧机组主速度和活套控制：精轧机组主速度和活套控制 精轧区精轧区精轧区精轧区450#450#450#450#站站站站(PLC)(PLC)(PLC)(PLC)：精轧机组快速换辊控制：精轧机组快速换

17、辊控制：精轧机组快速换辊控制：精轧机组快速换辊控制2023/8/ 卷取区卷取区卷取区卷取区520#520#520#520#站站站站(PLC)(PLC)(PLC)(PLC)：热输出辊道及有关辅设备控制热输出辊道及有关辅设备控制热输出辊道及有关辅设备控制热输出辊道及有关辅设备控制 卸卷小车控制卸卷小车控制卸卷小车控制卸卷小车控制 运输链控制运输链控制运输链控制运输链控制 卷取区卷取区卷取区卷取区530#530#530#530#站站站站(HPC)(HPC)(HPC)(HPC)：1#1#1#1#卷取机控制及助卷辊卷取机控制及助卷辊卷取机控制及助卷辊卷取机控制及助卷辊AJC AJC AJC AJC 卷取

18、区卷取区卷取区卷取区540#540#540#540#站站站站(HPC)(HPC)(HPC)(HPC)：2#2#2#2#卷取机控制及助卷辊卷取机控制及助卷辊卷取机控制及助卷辊卷取机控制及助卷辊AJCAJCAJCAJC 2023/8/ 2.3.5.1 2.3.5.1、L2L2级硬件配置级硬件配置 过程控制计算机的选型有传统的小型机服务器（过程控制计算机的选型有传统的小型机服务器（ALPHA ALPHA ServerServer）和目前流行的微机服务器（）和目前流行的微机服务器（PC ServerPC Server）两种方案。）两种方案。为了提高可靠性，一般采用为了提高可靠性，一般采用1 1用用1

19、1备和共享磁盘阵列的模式，同时每备和共享磁盘阵列的模式，同时每台服务器还对关键部件（比如电源、风扇、网卡、硬盘）进行冗台服务器还对关键部件（比如电源、风扇、网卡、硬盘）进行冗余配置并且可以热插拔。另外，还配备若干台高档余配置并且可以热插拔。另外，还配备若干台高档PCPC机用作软件机用作软件开发终端。开发终端。2023/8/ 2.3.5.2、L2L2级功能分配级功能分配 初始数据的输入：初始数据的输入：生产计划输入到过程控制级计算机，同时还输入初始数据生产计划输入到过程控制级计算机，同时还输入初始数据PDIPDI（PRIMARY DATA INPUTPRIMARY DATA INPUT）。）。跟

20、踪：跟踪：跟踪是确定轧件在生产线上的实际位置和有关状况，跟踪是确定轧件在生产线上的实际位置和有关状况，以便在规定的时间启动有关应用程序，完成过程控制的以便在规定的时间启动有关应用程序，完成过程控制的其他功能。其他功能。2023/8/ 得到各种生产设备得到各种生产设备得到各种生产设备得到各种生产设备的设定值或设定方式的设定值或设定方式的设定值或设定方式的设定值或设定方式,并且在规定的时序将计算结果传送给并且在规定的时序将计算结果传送给并且在规定的时序将计算结果传送给并且在规定的时序将计算结果传送给L1L1L1L1。包括：包括：包括：包括：加热炉设定计算（加热炉设定计算（加热炉设定计算（加热炉设定

21、计算（HSUHSUHSUHSU）粗轧机设定计算（粗轧机设定计算（粗轧机设定计算（粗轧机设定计算（RSURSURSURSU）热卷箱设定计算（热卷箱设定计算（热卷箱设定计算（热卷箱设定计算（CBSUCBSUCBSUCBSU）精轧机设定计算（精轧机设定计算（精轧机设定计算（精轧机设定计算（FSUFSUFSUFSU）板形设定计算（板形设定计算（板形设定计算（板形设定计算（SSUSSUSSUSSU）卷取温度控制设定计算（卷取温度控制设定计算（卷取温度控制设定计算（卷取温度控制设定计算（CSUCSUCSUCSU）等）等）等）等2023/8/ 精轧温度模型系数精轧温度模型系数精轧温度模型系数精轧温度模型系数

22、 轧制压力模型系数轧制压力模型系数轧制压力模型系数轧制压力模型系数 合金钢的钢种系数等合金钢的钢种系数等合金钢的钢种系数等合金钢的钢种系数等 2023/8/ 工程记录工程记录工程记录工程记录 生产报告生产报告生产报告生产报告(包含质量分类报告包含质量分类报告包含质量分类报告包含质量分类报告)人机界面人机界面人机界面人机界面 (HMI)(HMI)(HMI)(HMI)：通过显示画面可了解过程控制的有关信息，：通过显示画面可了解过程控制的有关信息，：通过显示画面可了解过程控制的有关信息，：通过显示画面可了解过程控制的有关信息，通过输入画面和键盘可向计算机输入必要的数据和命令。通过输入画面和键盘可向计

23、算机输入必要的数据和命令。通过输入画面和键盘可向计算机输入必要的数据和命令。通过输入画面和键盘可向计算机输入必要的数据和命令。2023/8/ L2 L2 L2系统将周期地采集生产实际数据（例如轧制速度、系统将周期地采集生产实际数据（例如轧制速度、系统将周期地采集生产实际数据（例如轧制速度、系统将周期地采集生产实际数据（例如轧制速度、轧制力、温度、厚度参数等），并存入硬盘。轧制力、温度、厚度参数等），并存入硬盘。轧制力、温度、厚度参数等），并存入硬盘。轧制力、温度、厚度参数等），并存入硬盘。分段计算测量值平均值和可信度。分段计算测量值平均值和可信度。分段计算测量值平均值和可信度。分段计算测量值平均值和可信度。历史数据处理：历史数据处理：历史数据处理：历史数据处理：将生产过程中的有关数据存档，以供分析之用。将生产过程中的有关数据存档，以供分析之用。将生产过程中的有关数据存档，以供分析之用。将生产过程中的有关数据存档，以供分析之用。2023/8/