浅谈WF-540扁钢机组DCS控制系统
浅谈WF-540扁钢机组DCS控制系统
东特机电公司抚顺基地东检精轧站
彭程
WF扁钢机组DCS控制系统综述
作者：机电公司精轧站彭程
摘要:本文介绍抚特钢股份公司从奥地利GFM公司引进的高精度尖角，无孔型全自动计算机控制可逆连轧机组。其生产产品有扁钢或方钢，可保证成品公差极小（尺寸公差＜l／3DIN标准）、角部极尖（R＜0.5mm），不需要换辊和换导卫。不用生产试验铁，可连续生产任意尺寸断面钢材。从而更好地适应模具钢及一些特殊钢、批量少、品种多、尺寸复杂产品生产。为其提供自动化控制的DCS集散控制系统中各主要环节的主要控制功能。简要叙述控制原理及实现控制过程，使wF轧机生产出精品提供安全可靠保证；为企业创造更好的经济效益。
关键词：CNC，PLC，计算机控制，人工智能，全自动，集散系统，专家系统。
一、概述：
随着现代工业的迅猛发展，模压加工制造业——这个随着生产效率的提高，材料利用率有效的使用，使产品成本低，产品更新换代快，产品质量不断得到改善。故所需要使用的模具钢产品不但要求质量好，而且要少或无切削加工，近而市场需要高精度的模具钢产品。早在六十、七十年代，一些欧美国家已逐步完成从切削机加工为主，转变到以模压为主的制造工艺。其称“模具行业是工业发展的基石”，模具质量好,则生产的产品质量好；模具费用低，则所生产的产品费用就低;模具制造业发展的快,则工业产品更新换代就快。因此说：模具工业的兴衰标志着一个国家工业制造装备水平的高低。
近几年，我国的模具工业也得到了迅猛的发展，产量已位居于世界前列。但目前距世界发达国家还存在许多问题和差距。如：模具寿命短、生产周期长、尺寸精度不高、表面光洁度低、制造成本高等制约本工业生产的发展。特别是我国大部分模具钢制造技术装备落后，使得生产的产品品种单一，尺寸公差大，钢材内部质量不均匀等。
随着市场经济的不断发展，我公司建立模具钢生产线被国家列入“八五”重点技改项目，即年产5万吨模具扁钢生产线，其生产组矩为:
断面尺寸；方钢：40mm--100mm
扁钢：(100mm--310mm)X(10mm--65mm)。
钢种:模具钢、弹簧钢、碳结钢等8大钢种。
使用范围：航空、航天、航海、工业用钢、机加工用钢、军工用钢、民用钢等。用于生产的主轧机由奥地利GFM公司八十年代末开发研制的五架即：平--立--平--立--平，可逆式扁钢机组。采用小压下量，多道次，无需任何人员干预计算机人工智能专家系统控制全自动轧
机。
该套轧机主传部分采用大扭矩，小转动贯量，液压马达驱动。其
中1架、3架、5架（平辊机架），每架由4台液压马达驱动，轧制力
可达2000KN,扭矩可达180KNM；而2架,4架（立辊机架）每架由3台液压马达驱动，轧制力可达1800KN，扭矩可达135KNM。其动力来源由三台1400KW，交流1万伏．高压交流电机拖动三台高压油泵机组，而每一台油泵机组由两台定量泵（A泵、D泵）和两台变量泵（B泵、C泵）组成，并向系统供应高压液压油。而液压油控制回路由交流55KW电机拖动，控制油泵以85L／min向系统提供控制油，从而实现液压控制驱动。而与之配套的电气控制系统为DCS集散控制系统。其中工业中央处理机为CNC工业计算机处理器，上带三台上位PC计算机.即1#计算机用于现场控制操作使用；2#计算机用于显示各现场执行单元和测量单元的反馈数据；3#计算机用于编制轧制软件及记录设备故障日志。下带PLC（可编程序控制器）下位机，用于对现场的开关量控制和三台高压主电机的内部温度测量监示。每架轧机的辊缝调整及导卫调整均由交流伺服电机通过其各自的伺服控制器进行位置控制驱动，从而实现轧机全自动控制的目的。
二．控制系统的构成：
1，控制系统结构：如图示（1）
2，控制系统硬件配置。
（1）三台上位计算机：PC486DX／25，内存8Mb
FDD：3.5寸，170Mb,V6.20DOS操作系统。
（2）CNC中央处理工业计算机：CPU为6800，其中由三个控制单元组成。
A.速度控制单元B.位置控制单元C.伺服控制单元
（3）pLC可编程序控制器:S5--155U，一个主机单元，三个扩展单元
（4）轧机两侧导尺内变频辊道控制器：GV--3000型（瑞士生产）变
频器拖动。
（5）轧机、辊缝、导卫伺服控制器。
A.辊缝控制器：DKR3.1－W200－BE37，共5台，
B.导卫控制器：DDS2.2－W050--BE12－00，共10台。
（6）其它：
A.整个系统供电来至于电源柜（T+），
B.导尺内辊道控制柜(R+），
C.液压站，润滑站各台电机接触器柜（M+）
3、系统软件平台：
A、三台上位机由DOS6.20操作系统支持。应用控制软件由C++编译而成。
B、CNC工业控制计算机软件由6800系列汇编语言编译而成。
C、PLC由S5-155U系统软件而应用软件由STEP5应用软件用语句表编制而成。
三.部份控制原理简述：
（一）、三台上位计算机：
本系统中三台上位计算机由三台各自独立的板卡式主板并固定在一个机架上，由一个公用单元供电，各台计算机之间通过计算机总线路进行数据通讯和传输各种控制信息。其中1#上位计算机（主控操作机）主要用于对系统的各种使用功能进行控制。如：各台液压、润滑泵的启／停；各种架导卫、辊缝的开关调节进行控制（自动、手动）;各种架冷却水的不同组合状态进行控制等等。在正常生产轧制时，由CRT显示轧制进程模拟运行图，其用于操作人员观察轧机中轧件运行到某一机架位置及各架轧机实际运行情况。2#上位机计算机（辅助操作机）主要用于对轧机在运行过程中所有执行单元所运行的位置、数据及辅助单元的各种测量信息的反馈进行显示还可用于提示操作人员轧机在运行时各执行单元所执行的数据，如：各泵、液压马达的斜盘摆角；导卫、辊缝，导尺等装置的位置数据等等。同时还可用于系统管理人员维护、修改，轧机各种控制修正参数。3#上位计算机用于轧制软件编程人员编制轧机的轧制程序，即只要编程人员了解来料的几何尺寸，钢种，材质，轧制接收温度及轧制后成品尺寸即可根据条件编制出相应的轧制程序，并在编制过程中可以模拟轧制，显示各架轧机的轧制力、扭矩、压下量及各道次运行速度及断面尺寸等数据。从而使编制后的轧制程序在正常执行轧制时不用做任何修改和调整、即可轧制成适合要求的高精度成品钢材。同时，3#上位计算机还可用于记录昔日轧机在运行时所记录的各种运行信息及故障信息，以便于维护人员了解轧机每时每刻运行情况。
（二）、CNC及PLC
CNC及PLC之间是通过CNC工业控制计算机中RS-232C接口板（K5SXIC）经过RS232／TTY转换器，转换成RS-485电流环接口，经PLC机架中CP525组成两对点对点全双工由CNC工业控制计算机与PLC进行数据通讯的计算机网，从而实现各种控制信息的交换。其中CNC工业控制计算机作为整个集散控制系统中的中央处理机，其上接三台上位计算机，下联下位控制计算机PLC，而本身又作为整个轧机的所有模拟量及部份开关量的控制及驱动主体。即完成上位机与下位机之间的管理又完成对整个轧机中各执行元件及各架轧机的位置--速度--伺服等功能的控制，从而实现对轧件的全自动化控制，使得轧件的头部在哪架机架，哪架为领导速度机架，而前一机架则变为转矩执行机架；并前一机架要比后一机架均有一个速度微量提升，以实现各架之间微张力控制。即而实现各架之间、轧制速度、流量、轧制力及轧制扭矩等达到最佳配置，完成无孔型、多道次、高精度轧制。而系统中PLC（可编程序控制器）主要用于对现场的部份开关量进行控制，同时完成对三台高压主电机内部运行温度进行监测，并通过计算机网络把有效数据传送到2#上位机上，以便于操作人员对一些必需数据进行监视。
（三）、IG+导卫控制及IR+辊缝控制
IG+导卫控制及IR+辊缝控制过程，如图示2所示。其构成由CNC上位计算机中TIP812两块通讯板分别组成两个环型计算机标准型工业工态网。其拓普结构为环型网，传输方式为令牌传递方式。通讯介质采用光缆进行传输，系统中各交流伺服电视的各种给定及位置反馈和故障信息完全通过该计算机网络通讯而实现的。这样不但可有效地提高了系统信息传输的稳定性，同时也提高了网络系统的抗干扰性。从而也保证了全控制系统的运行安全可靠，为该DCS集散系统实现全自动计算机专家、人工智能、计算机网络控制提供了保证。
（四）、液压比例、伺服控制
在整个控制系统中，其现场传动执行部件近70%采用液压比例、伺服控制，为了克服外界的干扰，提高控制精度，系统给定部份均采用电流型信号给定，而各种比例、伺服阀及液压泵，液压马达的位置反馈也采用电流型反馈信号，从而有效提高了系统的运行稳定性。
（五）、其它：
wF轧机在轧制时，根据轧件钢种的不同，为了提高轧机效率，应尽可能地提高轧制速度，为了有效配合轧机运行，WF轧机的入／出口两导尺内各5台AC380V5.5KW交流变频电机，由GV--3000变频器通过CNC上位计算机输出模拟信号进行拖动。而入／出口导尺两侧延伸辊道也为了更好地配合好wF轧机的轧制速度采用西门子公司生产的变频器拖动相应的变频辊道电机（AC380V5.5KW）配合运行等等。
四、系统运行现状
该套轧机于1996年从奥地利GFM公司引进，从投产到试生产到达产达标，整个电气控制系统运行十分稳定，各种执行、反馈单元的执行部件均能达到设计要求，而且运行可人工智能化，有较好的人机对话，友好界面，在各种操作工况下，均有相应的友好界面提示操作，每一个操作功能为了防止误操作，均采用“双键”（计算机键盘）组合操作。CRT界面提示相应的操作状态、运行数据及直观的棒图显示，实现较为人性化的设计界面，为操作人员提供较为舒适的操作环境。特别是整个控制系统还能实时监视轧机现场各部位、各元件的执行进程情况，并及时地可在1＃上位计算机上利用三种显示颜色即红色（重故障，停机处理），绿色（轻故障，不用停机处理），黄色（提示报警，不停机）进行显示、提示和报警。从而为维修人员及操作人员提供较为详实的各种设备运行状态及故障报警，以便于操作和查找故障部位，技术人员分析处理设备运行状态及解决故障提供了有效依据。同时3#计算机不但可存储多日前的轧制故障信息。而且还提供详细的工程师维护日志及各液压，润滑点维护性能情况等。
随着时间的推移，系统在运行过程中也暴露了一些问题，如：3台上位计算机主板没有适时升级，近而造成主机板中BISO软件版本低下，不能识别当前市场销售的大容量硬盘。另外，由于采用目前常规使用旋浮式计算机硬盘，非常容易造成计算机硬盘的零磁道划伤，从而造成整块硬盘的损坏。故此应尽快为对该3台上位计算机进行主板升级和改造，以适应计算机发展和市场的需要，保证该套轧机高质、高效、高精度，稳定运行，为企业创造更大经济效益。
五结束语
通过近十年的运行，该套从奥地利GFM公司引进的扁钢机组从安装、调试、试生产、正式生产，又经过工程技术人员的开发和完善，到今日年产6万吨、月产5千吨的产量，已远远超过了设计年产5万吨的能力。每年产超过设计能力多生产1万余吨，按每吨1千元的利
润计算，年可创经济效益近1千万余元。
由于作者水平有限，对该套轧机控制系统认识的不够深，领会的
较为敷浅，本文在撰写过程中一定会存在这样和那样的不足，敬请老师、同仁们提出宝贵意见。
六、参考文献：
1、GFM公司提供的软硬件控制图，
2、C语言教程，
3、1、2智能专家经网络教程，
4、集散控制系统，
5、计算机网络系统，
6、计算机操作系统。
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