宽带钢热连轧基础自动化控制系统

-1-北京科技大学高效轧制国家工程研究中心电话：[phone]传真：[phone]宽带钢热连轧宽带钢热连轧基础自动化控制系统基础自动化控制系统PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第2页2009-8-23北京科技大学高效轧制国家工程研究中心电话：[phone]传真：[phone]自动化控制系统分级自动化控制系统分级nn四级：企业资源规划四级：企业资源规划ERPERPnn三级：制造执行系统三级：制造执行系统MESMES––生产订单生产订单––物料管理、设备管理物料管理、设备管理––产品规划管理系统产品规划管理系统nn二级：过程自动化二级：过程自动化––产品生产过程中的数学模型及模型自学习等功能产品生产过程中的数学模型及模型自学习等功能nn一级：基础自动化一级：基础自动化––控制具体设备的动作，例如轧机速度、辊缝位置等控制具体设备的动作，例如轧机速度、辊缝位置等nn零级：传动自动化零级：传动自动化––电气传动：电动机的转速、电磁力矩电气传动：电动机的转速、电磁力矩––液压传动：液压缸的位置、液压力矩液压传动：液压缸的位置、液压力矩PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第3页2009-8-23北京科技大学高效轧制国家工程研究中心电话：[phone]传真：[phone]自动化控制系统分级自动化控制系统分级PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第4页2009-8-23北京科技大学高效轧制国家工程研究中心电话：[phone]传真：[phone]L1L1基础自动化系统的基本概念基础自动化系统的基本概念nn基础自动化用于直接控制轧线设备：基础自动化用于直接控制轧线设备：ØØ首先通过各种传感器等检测仪表采集得到轧线设备运行的首先通过各种传感器等检测仪表采集得到轧线设备运行的状态和数据，状态和数据，ØØ然后各功能控制器根据轧制工艺要求和用户需求对采集到然后各功能控制器根据轧制工艺要求和用户需求对采集到的信号进行逻辑和数据处理，并输出控制信号驱动液压、的信号进行逻辑和数据处理，并输出控制信号驱动液压、电动、气动等各种设备，实现轧制过程的自动控制，电动、气动等各种设备，实现轧制过程的自动控制，ØØ另外通过画面、操作台等人机界面，操作人员能够对设备另外通过画面、操作台等人机界面，操作人员能够对设备运行进行一定程度在线监控和在线干预。运行进行一定程度在线监控和在线干预。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第5页2009-8-23北京科技大学高效轧制国家工程研究中心电话：[phone]传真：[phone]L1L1基础自动化系统的基本概念基础自动化系统的基本概念FB21硬件软件项目管理过程OB1SIMATIC管理器I1.0I1.1Q4.0PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第6页2009-8-23北京科技大学高效轧制国家工程研究中心电话：[phone]传真：[phone]L1L1基础自动化系统的主要控制思想基础自动化系统的主要控制思想反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成（见图）。图中带反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成（见图）。图中带叉号的圆圈为比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。这一环叉号的圆圈为比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第7页2009-8-23北京科技大学高效轧制国家工程研究中心电话：[phone]传真：[phone]L1L1基础自动化系统的控制算法基础自动化系统的控制算法液压缸位置环控制闭环液压缸位置环控制闭环PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第8页2009-8-23北京科技大学高效轧制国家工程研究中心电话：[phone]传真：[phone]L1L1基础自动化系统的控制算法基础自动化系统的控制算法nn主要控制算法：主要控制算法：PIDPID––PP比例控制器比例控制器––II积分控制器积分控制器––DD微分控制器微分控制器nn其他控制算法其他控制算法––模糊控制器模糊控制器––神经元控制器神经元控制器PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第9页2009-8-23北京科技大学高效轧制国家工程研究中心电话：[phone]传真：[phone]L1L1基础自动化系统的基本组成基础自动化系统的基本组成PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第10页2009-8-23北京科技大学高效轧制国家工程研究中心电话：[phone]传真：[phone]L1L1基础自动化系统的基本组成基础自动化系统的基本组成nn控制器控制器––S7S7--400400、、S7S7--300300、、TDCTDC––编程语言：梯形图编程语言：梯形图LADLAD、、CFCCFCnn控制算法控制算法––控制理论和控制工程控制理论和控制工程––控制算法控制算法––零点校正等零点校正等nn接口接口––网络接口网络接口»»以太以太超五类双绞线超五类双绞线光纤光纤交换机支持光接口交换机支持光接口穿管穿管»»DPDP中级器，光纤中级器，光纤»»高速数据接口高速数据接口GDMGDM等等––硬线接口硬线接口nn检测技术检测技术––仪表仪表PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第11页2009-8-23北京科技大学高效轧制国家工程研究中心电话：[phone]传真：[phone]计算机控制系统典型配置方案计算机控制系统典型配置方案PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第12页2009-8-23北京科技大学高效轧制国家工程研究中心电话：[phone]传真：[phone]L1L1基础自动化系统主要控制任务基础自动化系统主要控制任务nn按照设备和工艺流程划分：按照设备和工艺流程划分：––入炉、炉温控制、出炉入炉、炉温控制、出炉––粗除鳞粗除鳞––粗轧机压下、速度粗轧机压下、速度––粗轧立辊ＡＷＣ粗轧立辊ＡＷＣ––热卷箱热卷箱––飞剪飞剪––除鳞除鳞––机架间水机架间水––侧导板、活套侧导板、活套––弯辊、窜辊弯辊、窜辊––精轧机压下、速度精轧机压下、速度––层流冷却层流冷却––夹送辊夹送辊––助卷辊助卷辊––卷筒卷筒––卸卷小车卸卷小车––打捆、喷号打捆、喷号––运输运输PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第13页2009-8-23北京科技大学高效轧制国家工程研究中心电话：[phone]传真：[phone]控制器选择控制器选择nn要求快速控制：要求快速控制：由于控制对象是机电、液压系统，要求快速控制。现代轧机设备控制及由于控制对象是机电、液压系统，要求快速控制。现代轧机设备控制及工艺参数控制的周期一般为工艺参数控制的周期一般为66～～20ms20ms。。液压位置控制或液压恒压力控制液压位置控制或液压恒压力控制系统的控制周期为系统的控制周期为22～～3ms3ms，，机电设备控制或工艺参数（厚度、宽度等）机电设备控制或工艺参数（厚度、宽度等）自动控制则亦应小于自动控制则亦应小于20ms20ms（（温度控制周期可以适当放慢），这和以热工温度控制周期可以适当放慢），这和以热工参数（温度、压力、流量）为主的生产过程相比，控制周期约快参数（温度、压力、流量）为主的生产过程相比，控制周期约快2020～～4040倍。倍。要求使用运算速度高，功能强大的要求使用运算速度高，功能强大的CPUCPU。。nn控制功能众多而且集中控制功能众多而且集中：：以带钢热连轧精轧机组为例，以带钢热连轧精轧机组为例，77个机架上集中了几十个机电设备的位置个机架上集中了几十个机电设备的位置控制，数十个液压位置或恒压力控制，自动厚度控制（前馈、反馈、偏控制，数十个液压位置或恒压力控制，自动厚度控制（前馈、反馈、偏心补偿及监控心补偿及监控AGCAGC），），自动板形控制（前馈及反馈闭环自动板形控自动板形控制（前馈及反馈闭环自动板形控制），主速度（级联）控制，制），主速度（级联）控制，66个活套高度、活套张力控制，精轧机组终个活套高度、活套张力控制，精轧机组终轧温度控制，自动加减及顺序控制，总共将近轧温度控制，自动加减及顺序控制，总共将近7070个回路。个回路。要求采用多要求采用多控制器，控制器内采用多处理器结构控制器，控制器内采用多处理器结构PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第14页2009-8-23北京科技大学高效轧制国家工程研究中心电话：[phone]传真：[phone]nn功能间相互影响功能间相互影响：：由于众多功能最终的影响都将集中到精轧机轧辊、轧件之间的变形由于众多功能最终的影响都将集中到精轧机轧辊、轧件之间的变形区，因此功能间相互影响显著。例如：当自动厚度控制系统调整压下，区，因此功能间相互影响显著。例如：当自动厚度控制系统调整压下，控制厚度时，必将使轧制力发生变化，从而改变轧辊辊系弯曲变形而影控制厚度时，必将使轧制力发生变化，从而改变轧辊辊系弯曲变形而影响辊缝形状，最终影响出口断面形状和带钢平直度（板形），而当自动响辊缝形状，最终影响出口断面形状和带钢平直度（板形），而当自动板形控制系统调整弯辊控制断面形状及平直度时，必将改变辊缝形状而板形控制系统调整弯辊控制断面形状及平直度时，必将改变辊缝形状而影响出口厚度。影响出口厚度。又如，当终轧温度控制改变机架间喷水或加速度时，必将使各机又如，当终轧温度控制改变机架间喷水或加速度时，必将使各机架轧制温度变化，最终又将会影响到出口厚度和板形。因此功能间要相架轧制温度变化，最终又将会影响到出口厚度和板形。因此功能间要相互协调，相互传递补偿信号。互协调，相互传递补偿信号。因此要求相互协调，相互传递补偿信号。因此要求相互协调，相互传递补偿信号。nn多个功能需共享输入和输出模块多个功能需共享输入和输出模块例如：例如：AGCAGC和和APCAPC都是用输出控制信号控制液压压下；活套高度控都是用输出控制信号控制液压压下；活套高度控制和主速度级联都是控制主电机速度；制和