2032熱軋線L1/L2控制系統(tǒng)升級及精軋板形控制優(yōu)化

供稿|申世武，黃盛聲，廖峰峰，黃小剛 / SHEN Shi-wu, HUANG Sheng-sheng, LIAO Feng-feng,HUANG Xiao-gang

內(nèi)容導讀

通過對柳鋼熱軋廠2032熱軋生產(chǎn)線的L1/L2控制系統(tǒng)存在的問題進行分析，提出對現(xiàn)有控制系統(tǒng)的軟硬件升級優(yōu)化方案。升級后硬件使用當前最流行的高性能PC服務(wù)器，使以后的其他硬件升級不再受限制，徹底解決硬件系統(tǒng)運行過程中存在的備件問題，同時也提高了系統(tǒng)的可靠性。全軋線L1/L2控制軟件全面升級，一方面能夠大大提高產(chǎn)品尺寸精度及性能合格率；另一方面，改造后2032熱軋生產(chǎn)線的L1/L2控制軟件整體一致性大大提高，而且與1450熱軋線軟硬件架構(gòu)、核心關(guān)鍵控制算法均高度一致，便于熱軋廠工藝、生產(chǎn)及電氣維護等人員的管理與維護工作，也有利于今后系統(tǒng)能力進一步擴展升級。

柳鋼熱軋廠2032熱軋線L1/L2控制系統(tǒng)及精軋板形控制于2005年10月投產(chǎn)運行。目前L1和L2控制系統(tǒng)均存在軟硬件需要更新?lián)Q代的問題，L1控制系統(tǒng)中精軋AGC使用專用控制器，控制功能和備品備件存在很大隱患，L2控制系統(tǒng)中服務(wù)器竟然還是Windows 2003系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件和控制軟件均存在升級困難，備件處于停產(chǎn)狀態(tài)，給系統(tǒng)安全可靠的運行帶來很大隱患。

對于鋼鐵企業(yè)來講，軟實力首先體現(xiàn)在低成本、低消耗、高質(zhì)量上，為此，必須打通產(chǎn)品設(shè)計、業(yè)務(wù)管理和制造過程之間的數(shù)字化通道，改善對生產(chǎn)過程的管理與控制能力；必須改變制造過程中人工主導、效率低下的運作模式，充分發(fā)揮制造資源的效益和作用。2032熱軋板帶生產(chǎn)線控制系統(tǒng)升級改造對柳鋼實現(xiàn)業(yè)務(wù)策略、提高競爭力具有重要戰(zhàn)略意義。

熱軋2032軋線的主要機械設(shè)備采用步進式加熱爐、液壓AGC控制系統(tǒng)、粗精軋快速換輥、軋線全自動過程控制、西門子Simadyn-D傳動系統(tǒng)、西門子TDC、S7-400基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)等技術(shù)。

為有效控制帶鋼熱連軋生產(chǎn)線的整個生產(chǎn)過程，根據(jù)生產(chǎn)工藝的連貫性、分布位置及控制要求，對控制系統(tǒng)按統(tǒng)一、分區(qū)、分級的方式進行系統(tǒng)配置?？刂葡到y(tǒng)按工藝流程分為坯庫和加熱爐區(qū)、粗軋區(qū)(含熱卷箱)、精軋區(qū)(含飛剪)、卷取區(qū)(含層流冷卻和運輸區(qū))。

為保證帶鋼熱連軋生產(chǎn)線能夠具有先進的綜合技術(shù)水平，在整體考慮三電控制系統(tǒng)時，電氣、儀表、計算機三個部分均應選用在工藝控制要求方面行之有效并具有較高的技術(shù)經(jīng)濟指標的控制系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備。

本次升級改造的范圍為從加熱爐入爐開始(L1不含加熱爐本體控制和入出爐輥道，L2包括加熱爐本體數(shù)據(jù)管理和跟蹤)到運輸鏈結(jié)束。全線基礎(chǔ)自動化核心軟硬件和過程控制系統(tǒng)整體升級改造，方便生產(chǎn)線后期服務(wù)和維護。

現(xiàn)狀及改造目標

2032熱軋線原設(shè)計的F1、F3精軋機的軋制方式為純電動機械壓下方式，由于在軋制過程中電動機械壓下精度不高，導致板形差，容易出現(xiàn)浪形，甚至造成廢鋼，產(chǎn)品質(zhì)量異議多且導致整條生產(chǎn)線基本上不能軋制3.0厚度規(guī)格的產(chǎn)品。設(shè)備全部是由英國進口的20世紀60年代的二手設(shè)備，其設(shè)備和控制相對落后，現(xiàn)在已經(jīng)遠遠不能適應當前鋼鐵企業(yè)發(fā)展形勢的需要。該軋線2013年產(chǎn)生質(zhì)量異議產(chǎn)品共3635 t，其中因為板形不良的質(zhì)量異議為3033 t，占所有質(zhì)量異議的83%。板形不良已經(jīng)成為影響熱軋產(chǎn)品質(zhì)量進一步提升的最大難點，嚴重影響了帶鋼的板形質(zhì)量，不利于提升產(chǎn)品的市場競爭力。

為了改善質(zhì)量，提高軋線利用率，針對2032熱軋線設(shè)備特點，決定粗軋增加AWC、精軋配全AGC、增加彎輥等板形控制設(shè)備，同時對L1、L2級控制系統(tǒng)進行升級，目標是有效提高2032生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量，特別是對浪形、楔形等有質(zhì)的改善。增加多功能儀，用于凸度、寬度、平直度、溫度檢測等。

硬件采用TDC+PLC自動控制系統(tǒng)，一方面使用TDC替代現(xiàn)有老舊的VME345168控制器，減少控制系統(tǒng)本身的硬件故障，減少因此造成事故停機時間及損失，同時控制器計算通訊性能大大提高；另一方面，改造后2032與現(xiàn)有1450熱軋線控制器及其IO模板完全一致，大大降低了備品備件成本。

控制系統(tǒng)升級優(yōu)化

控制硬件升級改造

2032軋線L1、L2級控制系統(tǒng)升級優(yōu)化，主要更新部分L1級控制硬件，更新全部L1核心控制程序，更新L2全部服務(wù)器、軋制模型等軟硬件。2032精軋機后增加多功能儀，用于凸度、溫度、平直度、表面溫度檢測，為控制系統(tǒng)進行反饋控制提供板形信息，對精軋出口板形進行實時監(jiān)控，同時反饋信號用于軋機控制系統(tǒng)對板形進行閉環(huán)控制。2032精軋機F1-F6增加全新彎輥，用于板形調(diào)整。2032精軋F1、F3精軋機軋制方式改造為電動機械壓下+液壓壓下的AGC方式，用于加強厚度控制。

(1) 爐區(qū)

爐區(qū)L1級6臺西門子S7-400 PLC軟硬件利舊，用于1#-3#加熱爐本體及前后輥道控制、板坯稱重等功能。修改負責裝出鋼的PLC軟件，新增與軋線L2級及R0 PLC的通訊接口功能。

(2) 粗軋區(qū)

粗軋區(qū)L1級1臺西門子S7-300 PLC軟硬件利舊，畫面集成到粗軋區(qū)域WINCC服務(wù)器，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，用于控制高壓水除鱗。

粗軋區(qū)L1級3臺西門子S7-400、2臺S7-300PLC軟硬件利舊，畫面集成到粗軋區(qū)域WINCC服務(wù)器，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，用于R0粗軋機液壓站控制及主電機潤滑站、齒輪稀油、油膜站、R0粗軋機AGC液壓站控制、R1粗軋機換輥液壓站及主平衡液壓站、油膜液壓、齒輪稀油、主電機潤滑站、保溫罩。用于R0粗軋機輔助控制和R1粗軋機輔助控制。

粗軋區(qū)L1級1臺R0 S7-400 PLC硬件利舊、軟件及畫面升級，并新增與L2級模型及其畫面接口，通過以太網(wǎng)與軋線和二級通訊；完成粗軋R0速度控制、R0前后輥道控制、爐后除鱗控制、R0除鱗控制、立輥控制、R0入出口側(cè)導板控制、R0區(qū)域軋件跟蹤和R0的電動壓下等。

粗軋區(qū)L1級1臺R1 S7-400 PLC硬件利舊、軟件及畫面升級，并新增與L2級模型及其畫面接口，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，完成粗軋R1速度控制、R1前后輥道控制、R1除鱗控制、R1入出口側(cè)導板控制、R1區(qū)域軋件跟蹤、R1剔廢裝置控制、電動壓下控制等。

粗軋區(qū)L1級新增1臺西門子TDC控制器，新增SM500信號模板，新增控制軟件及畫面，完成粗軋R0液壓HAPC、AGC控制和粗軋液壓AWC/SSC控制。通過以太網(wǎng)與R0 PLC主控制器通訊，通過GDM網(wǎng)與其他TDC控制器通訊。取消原有R0的VME控制器。

(3) 精軋區(qū)

精軋區(qū)L1級3臺西門子S7-300 PLC軟硬件利舊，畫面集成到精軋區(qū)域WINCC服務(wù)器，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，用于熱卷箱液壓站、精軋機液壓站低壓換輥、主平衡、齒輪稀油、油膜潤滑控制和精軋機AGC液壓站控制。

精軋區(qū)L1級5臺西門子S7-400 PLC硬件利舊，軟件及畫面升級，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，用于熱卷箱本體及區(qū)域輥道控制，飛剪剪切、前后輥道控制及精軋除鱗控制，精軋換輥、輔助控制，層流冷卻控制。

精軋區(qū)L1級1臺西門子TDC硬件利舊，軟件及畫面全部升級，通過以太網(wǎng)與軋線及二級通訊，通過GDM網(wǎng)與其他TDC控制器通訊。用于精軋主速度控制、液壓活套控制和精軋區(qū)數(shù)據(jù)管理(DMC)控制。

精軋區(qū)L1級3臺西門子TDC硬件利舊，增加CPU數(shù)量，增加SM500信號模板接入液壓AGC信號及板型儀表信號，增加ET200M遠程IO柜接入彎輥信號，軟件及畫面全部替換，用于精軋F1-F6電動壓下、液壓壓下HAPC和AGC控制、精軋F1-F6彎輥控制。取消原有精軋AGC的VME控制器。通過GDM網(wǎng)與其他精軋速度活套TDC控制器通訊。

精軋區(qū)L1級1臺西門子GDM服務(wù)器硬件利舊，通過光纖保證全線各TDC控制器之間的快速通訊，并實現(xiàn)粗軋與精軋、精軋與卷取區(qū)域間通訊，減輕以太網(wǎng)的通訊負荷。

(4) 卷取區(qū)

卷取區(qū)L1級4臺西門子S7-300 PLC軟硬件利舊，畫面集成到卷取區(qū)域WINCC服務(wù)器，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，用于2#卷取機及運輸鏈液壓站控制、2#打捆機控制、3#卷取機液壓站控制和3#打捆機控制。

卷取區(qū)L1級新增1臺TDC硬件，新增SM500接入快速信號，新增ET200M IO站接入慢速信號(取消卷取操作臺的現(xiàn)場IO信號)，完成G輥道、2#卷取、卸卷控制軟件(參考現(xiàn)有3#卷取機軟件)，通過以太網(wǎng)與軋線及二級、HMI通訊，通過GDM網(wǎng)實現(xiàn)與精軋區(qū)域TDC及3#卷取TDC通訊，用于2#卷取機質(zhì)量控制及需要高速控制的位置、速度、張力、踏步、卸卷等控制。取消2#卷取機配套的2套西門子S7 400 PLC控制器。

卷取區(qū)L1級利用原有的1臺西門子TDC硬件及其軟件，軟件修改增加卸卷功能、新增與L2系統(tǒng)接口。實現(xiàn)3#卷取機質(zhì)量控制及需要高速控制的位置、速度、張力、踏步、卸卷等的控制。通過以太網(wǎng)與軋線及二級、HMI通訊，通過GDM網(wǎng)與其他TDC控制器通訊。取消原有的1臺3#卷取機卸卷控制用西門子S7-400 PLC。

(5) 運輸區(qū)

運輸區(qū)L1級1臺西門子S7-400 PLC軟硬件利舊，新增跟蹤功能，畫面集成到卷取區(qū)域WINCC服務(wù)器，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，用于1-7#運輸鏈控制。

運輸區(qū)L1級1臺西門子S7-300 PLC軟硬件利舊，新增跟蹤功能，畫面集成到卷取區(qū)域WINCC服務(wù)器，通過以太網(wǎng)與軋線通訊，用于8-9#運輸鏈控制。

控制軟件升級改造

熱軋過程控制計算機系統(tǒng)(L2)主要任務(wù)是對熱連軋全線的各生產(chǎn)工序進行實時跟蹤、數(shù)據(jù)采集和工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)定。生產(chǎn)計劃部門根據(jù)熱軋工藝要求、交貨進度和板坯來料情況編制出每天的生產(chǎn)計劃，由L3級下達到L2計算機系統(tǒng)。L2計算機將嚴格地按照生產(chǎn)計劃，控制板坯從入爐輥道開始，依次經(jīng)過加熱、粗軋、精軋、層流冷卻、卷取、運輸鏈等工藝過程。

外部通訊使用傳輸表機制，即在數(shù)據(jù)庫之間通過數(shù)據(jù)庫鏈接完成通訊任務(wù)。包括三級生產(chǎn)計劃系統(tǒng)、加熱爐二級系統(tǒng)之間的傳輸數(shù)據(jù)等，均采用此種通訊方式。改造后系統(tǒng)的接口程序采用現(xiàn)有通訊方式開發(fā)，不需要修改外部數(shù)據(jù)源的通訊模塊。

新系統(tǒng)預留和柳鋼熱軋MES通訊，在項目設(shè)計審查階段確定二級和MES系統(tǒng)通訊的方式和接口。L1/L2通信采用TCP/IP協(xié)議，由于L1/L2之間數(shù)據(jù)交換量大，且實時性要求高，所以需要高速的通信控制程序來保證。PCDP中間件已經(jīng)實現(xiàn)了針對過程控制系統(tǒng)特點而開發(fā)的TCP/IP通信協(xié)議軟件包，通過簡單的配置和API接口即可實現(xiàn)L1/L2之間的快速、可靠的通信任務(wù)。L1/L2通信主要包括軋線L2與L1控制器、測厚儀和測寬儀、多功能儀、表面檢測儀等各方的信息交換，收集和處理L1發(fā)來的實際測量值和跟蹤信息，設(shè)定計算完后向L1發(fā)送設(shè)定值數(shù)據(jù)。

結(jié)束語

控制系統(tǒng)升級優(yōu)化遵循循環(huán)經(jīng)濟理念，以資源的高效利用為核心，以減量化、再利用、資源化為準則，以低消耗、低排放、高效率為基本特征。統(tǒng)一L1/L2兩線控制系統(tǒng)程序編程風格，提高可讀性，從而提高可維護性和運行穩(wěn)定。提高軋線全過程控制精度，實現(xiàn)全線產(chǎn)品信息系統(tǒng)更快更穩(wěn)定的傳輸及查詢，有利于跟蹤板形和成品質(zhì)量。簡化操作，降低操作工作業(yè)強度及失誤率，減少廢鋼。提高兩線L1/L2系統(tǒng)服務(wù)器、控制器、關(guān)鍵檢測元器件的通用性，降低備件價格及庫存量。

當今鋼廠之間的競爭將更多的是產(chǎn)品質(zhì)量的競爭，是品牌的競爭，因此產(chǎn)品質(zhì)量的好壞顯著地影響產(chǎn)品在市場上的競爭能力。通過對熱軋控制系統(tǒng)的升級改造，可極大的提升熱軋的控制水平，確保熱軋產(chǎn)品質(zhì)量得到質(zhì)的飛躍，從而提升熱軋產(chǎn)品的市場競爭力。通過本次熱軋生產(chǎn)線整體升級改造項目實施不僅起到了減員增效的目的，而且提高了2032熱軋線自動化控制水平，提升了軋線熱軋產(chǎn)品質(zhì)量，拓寬了產(chǎn)品供應范圍，進一步提升了柳鋼2032熱軋生產(chǎn)線在市場上的競爭力。

攝影 杜毅銘