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SIMATIC TDC控制系統(tǒng)在萊蕪鋼鐵熱軋中的功能和特點(diǎn)
信息來(lái)源： 發(fā)布時(shí)間：2012-01-17 11:00:15 點(diǎn)擊次數(shù)：0
本軋線L2過(guò)程控制級(jí)的核心內(nèi)容在于各種軋鋼數(shù)學(xué)模型包括粗軋模型、精軋模型、板形模型、CTC模型和自學(xué)習(xí)模型等。主要功能包括：板坯初始數(shù)據(jù)及軋制計(jì)劃管理、加熱爐數(shù)據(jù)跟蹤、軋制節(jié)奏計(jì)算、設(shè)定計(jì)算、模擬軋鋼和軋輥數(shù)據(jù)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理和歷史數(shù)據(jù)管理，還可以生成班報(bào)、日?qǐng)?bào)、工程記錄和生產(chǎn)報(bào)告(包含質(zhì)量分類報(bào)告) 等各種類型的報(bào)表。
中間件（Middle Ware）是過(guò)程控制系統(tǒng)的核心支撐軟件，是L2級(jí)應(yīng)用軟件的開發(fā)平臺(tái)和運(yùn)行環(huán)境。其主要作用是屏蔽硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)的差異性以及底層操作系統(tǒng)的復(fù)雜性，使應(yīng)用程序開發(fā)人員面對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單而統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，降低過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用軟件開發(fā)和維護(hù)的復(fù)雜性。主要功能模塊包括：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)文件管理(RDFM)、進(jìn)程間通訊管理(IPC)、外部通訊管理(HubWare)、日志報(bào)警管理(Logger)、數(shù)據(jù)庫(kù)連接管理(DBLinker)、HMI變量管理(TagCenter)和進(jìn)程管理(TaskWatch)等，具體系統(tǒng)構(gòu)架如圖3所示：
L1基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)主要功能包括：微張力控制、可逆軋制控制、熱卷箱控制、飛剪控制、精軋速度控制、液壓活套高度及張力控制、液壓HAPC控制、精軋液壓HAGC控制、板型控制ASC、終軋溫度控制、卷取溫度控制（CTC）、卷取速度張力控制、液壓助卷輥?zhàn)詣?dòng)踏步控制（AJC）等。眾所周知，熱連軋系統(tǒng)的復(fù)雜性和高速性主要體現(xiàn)在精軋區(qū)和卷取區(qū)的控制上。僅精軋區(qū)六個(gè)機(jī)架就集中了六十多個(gè)高速閉環(huán)控制回路，而且還有大量的解耦計(jì)算，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)前饋、反饋和各種補(bǔ)償控制算法。這都需要功能強(qiáng)大的處理器的支持。而西門子TDC控制器正好可以滿足這種需求。
TDC的CPU采用64位RISC技術(shù)設(shè)計(jì)，可嚴(yán)格保證100微秒的最短采樣周期，運(yùn)算功能極其強(qiáng)大，其PI調(diào)節(jié)器的計(jì)算時(shí)間大約為1～3微秒，可以滿足熱連軋“高速控制”的要求。同時(shí)TDC的CPU具有5個(gè)循環(huán)時(shí)鐘周期，可以根據(jù)控制任務(wù)性質(zhì)的不同將它們分配在不同的循環(huán)周期內(nèi)。對(duì)于快速回路如HAPC、HAJC等控制功能放在T1周期內(nèi)，對(duì)于HAGC等控制策略和各種補(bǔ)償及解耦計(jì)算可以放在T2和T3周期內(nèi)，而對(duì)通訊接口的處理可以放在T4周期內(nèi)。如此一來(lái)不僅保證了對(duì)精軋液壓壓下、卷取機(jī)助卷輥液壓缸部件2～4ms的快速閉環(huán)控制，還有效的減輕了CPU的負(fù)荷率。分布式TDC控制系統(tǒng)站點(diǎn)間通過(guò)GDM交換數(shù)據(jù)，與區(qū)域其它控制器和畫面系統(tǒng)使用快速以太網(wǎng)通訊，與遠(yuǎn)程I/O和傳動(dòng)通過(guò)DP網(wǎng)通訊。編程人員通過(guò)MPI網(wǎng)或DUST1協(xié)議對(duì)分布式系統(tǒng)中各個(gè)TDC的程序進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)。這樣的設(shè)計(jì)取得了很好的控制效果。圖4為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)控制效果曲線，可以看出3mm的帶鋼厚度偏差在30μm內(nèi)的達(dá)到96.53％。
中間件（Middle Ware）是過(guò)程控制系統(tǒng)的核心支撐軟件，是L2級(jí)應(yīng)用軟件的開發(fā)平臺(tái)和運(yùn)行環(huán)境。其主要作用是屏蔽硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)的差異性以及底層操作系統(tǒng)的復(fù)雜性，使應(yīng)用程序開發(fā)人員面對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單而統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，降低過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用軟件開發(fā)和維護(hù)的復(fù)雜性。主要功能模塊包括：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)文件管理(RDFM)、進(jìn)程間通訊管理(IPC)、外部通訊管理(HubWare)、日志報(bào)警管理(Logger)、數(shù)據(jù)庫(kù)連接管理(DBLinker)、HMI變量管理(TagCenter)和進(jìn)程管理(TaskWatch)等，具體系統(tǒng)構(gòu)架如圖3所示：
L1基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)主要功能包括：微張力控制、可逆軋制控制、熱卷箱控制、飛剪控制、精軋速度控制、液壓活套高度及張力控制、液壓HAPC控制、精軋液壓HAGC控制、板型控制ASC、終軋溫度控制、卷取溫度控制（CTC）、卷取速度張力控制、液壓助卷輥?zhàn)詣?dòng)踏步控制（AJC）等。眾所周知，熱連軋系統(tǒng)的復(fù)雜性和高速性主要體現(xiàn)在精軋區(qū)和卷取區(qū)的控制上。僅精軋區(qū)六個(gè)機(jī)架就集中了六十多個(gè)高速閉環(huán)控制回路，而且還有大量的解耦計(jì)算，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)前饋、反饋和各種補(bǔ)償控制算法。這都需要功能強(qiáng)大的處理器的支持。而西門子TDC控制器正好可以滿足這種需求。
TDC的CPU采用64位RISC技術(shù)設(shè)計(jì)，可嚴(yán)格保證100微秒的最短采樣周期，運(yùn)算功能極其強(qiáng)大，其PI調(diào)節(jié)器的計(jì)算時(shí)間大約為1～3微秒，可以滿足熱連軋“高速控制”的要求。同時(shí)TDC的CPU具有5個(gè)循環(huán)時(shí)鐘周期，可以根據(jù)控制任務(wù)性質(zhì)的不同將它們分配在不同的循環(huán)周期內(nèi)。對(duì)于快速回路如HAPC、HAJC等控制功能放在T1周期內(nèi)，對(duì)于HAGC等控制策略和各種補(bǔ)償及解耦計(jì)算可以放在T2和T3周期內(nèi)，而對(duì)通訊接口的處理可以放在T4周期內(nèi)。如此一來(lái)不僅保證了對(duì)精軋液壓壓下、卷取機(jī)助卷輥液壓缸部件2～4ms的快速閉環(huán)控制，還有效的減輕了CPU的負(fù)荷率。分布式TDC控制系統(tǒng)站點(diǎn)間通過(guò)GDM交換數(shù)據(jù)，與區(qū)域其它控制器和畫面系統(tǒng)使用快速以太網(wǎng)通訊，與遠(yuǎn)程I/O和傳動(dòng)通過(guò)DP網(wǎng)通訊。編程人員通過(guò)MPI網(wǎng)或DUST1協(xié)議對(duì)分布式系統(tǒng)中各個(gè)TDC的程序進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)。這樣的設(shè)計(jì)取得了很好的控制效果。圖4為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)控制效果曲線，可以看出3mm的帶鋼厚度偏差在30μm內(nèi)的達(dá)到96.53％。