《自动化技术与应用为2013年第32卷第10期 PLCDCS S7-400PLC在有色金属板带轧机 控制系统中的应用 詹飞1，詹凯强 (1铜欧金威细业有限公司安微组破2440002上海交通大学电子信息与申气工程学院上海200240 满要：介绍由西门子S7 0LC组成的有色金属板带轧机计算机控制系统。详述了自动化1级系统、自动化2级系统、通网络 中图分类号T27文标识B文章端号：1037241(201310036.6 Application of S7-400 PLC in Non-ferrous Metal Plate and Strip Mill Control System ZHAN Fei',ZHAN Kai (1.Tongling Jinvi Copper Corp.Co..Ltd.Tongling 244000 China Abstract:T is paper level I systems,auton evel 2 e described in detail 1引言 22000kN,最大扭矩400kN·m.最大轧制速度500m/Min 随着国民经济的发展和技术水平的进步，市场对有 计算机控制系统是四银可逆冷轧机的重要组成部 色金属铜板带的质量要求越来越高。有色金属板带加 分。它采用两级计算机控制.是集轧机传动控制、AGd 工的工艺装备要能满足这种大批量、多品种规格、高精 控制、AFC控制、过程控制和管理、故障诊断和报 度、高效常的要求。为了满足生产工艺和生产产品的需 以及显示报表为一体的计算机控制系统 要，现代化铜带冷轧机的技术水平主要体现在能实现高 速轧制、高精度的厚度公差、良好的板形和带面质量。 2有色金属铜带可逆冷轧机的主要设 较短的停机时间、能生产更宽和更薄的板带产品。 备组成及轧制工艺过程 本课题的某有色金属加工企业1450mm四银可逆冷 2.1有色金属铜带可逆冷轧机的主要设备组成 轧机为现代化的全液压轧机，装备先进的厚度自动控制系 有色金属铜带可逆冷轧机设备组成框图见图】。 统AGC)和板形自动控制系统AFC),可保证带材的厚度精 铜带可逆冷轧机包括入口侧卷材储运装置（存料3 度和板形精度：采用乳液润滑，配置大鼓轮1胀缩式卷 卷)，上料小车，开卷机及直头装置，轧机入口侧装置（包 机，电气系统采用全数字计算机控制，装机水平达到21世 括导卫、事故鹤、测厚仪、除油转置等)到机工作机成 纪初国际先进水平，轧机主电机功率3000kW,轧制压力 包括机架、辊系、压下系统、传动系统等)卷取机及 格日期：2013-01-27 助卷装置，卸卷装置，出口侧卷材储运装置（存料3卷） al Electronie Publishing House.All righis reserved.hip://www.enki net
《自动化技术与应用》2013 年第 3 2 卷第 1 0 期 36 | TechniquesofAutomation&Applications PLC 与 DCS PLC and DCS 收稿日期:2013-01-27 S7-400PLC 在有色金属板带轧机 控制系统中的应用 詹 飞 1 , 詹凯强 2 (1.铜陵金威铜业有限公司,安徽 铜陵 244000;2.上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海 200240) 摘 要:介绍由西门子 S7-400PLC 组成的有色金属板带轧机计算机控制系统。详述了自动化 1 级系统、自动化 2 级系统、通讯网络 特点及控制系统的功能。 关键词:轧机,计算机控制系统,自动化 1 级系统,自动化 2 级系统 中图分类号:TP273 文献标识码:B 文章编号:1003-7241(2013)10-0036-06 Application of S7-400 PLC in Non-ferrous Metal Plate and Strip Mill Control System ZHAN Fei 1 , ZHAN Kai 2 (1.Tongling Jinvi Copper Corp.Co.,Ltd. Tongling 244000 China (2. College of Electronic Information and Electrical Engineerin Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240 China ) Abstract: This paper introduces non-ferrous metal plate and strip mill computer control system by using Siemens S7-400PLC. The automation level 1 systems, automation level 2 systems, communications network characteristics and the function of control system are described in detail Key words: mill; computer control system; automation level 1 systems; automation level 2 systems 1 引言 随着国民经济的发展和技术水平的进步,市场对有 色金属铜板带的质量要求越来越高。有色金属板带加 工的工艺装备要能满足这种大批量、多品种规格、高精 度、高效率的要求。为了满足生产工艺和生产产品的需 要,现代化铜带冷轧机的技术水平主要体现在能实现高 速轧制、高精度的厚度公差、良好的板形和带面质量、 较短的停机时间、能生产更宽和更薄的板带产品。 本课题的某有色金属加工企业 1450mm 四辊可逆冷 轧机为现代化的全液压轧机,装备先进的厚度自动控制系 统(AGC)和板形自动控制系统(AFC),可保证带材的厚度精 度和板形精度;采用乳液润滑,配置大鼓轮 / 胀缩式卷取 机;电气系统采用全数字计算机控制,装机水平达到 21 世 纪初国际先进水平。轧机主电机功率 3000kW,轧制压力 22000kN,最大扭矩 400kN·m,最大轧制速度 500m/Min。 计算机控制系统是四辊可逆冷轧机的重要组成部 分。它采用两级计算机控制,是集轧机传动控制、AGC 控制、AFC 控制、过程控制和管理、故障诊断和报警 以及显示报表为一体的计算机控制系统。 2 有色金属铜带可逆冷轧机的主要设 备组成及轧制工艺过程 2.1 有色金属铜带可逆冷轧机的主要设备组成 有色金属铜带可逆冷轧机设备组成框图见图 1。 铜带可逆冷轧机包括入口侧卷材储运装置(存料 3 卷),上料小车,开卷机及直头装置,轧机入口侧装置(包 括导卫、事故剪、测厚仪、除油装置等),轧机工作机座 (包括机架、辊系、压下系统、传动系统等),卷取机及 助卷装置,卸卷装置,出口侧卷材储运装置(存料 3 卷)
PLC与DCS 8白动比授术写欧用2011年男32卷第10期 PLC and DC8 图1 铜带可逆冷轧机设备组成框图 厚度白动控制系统，板形白动控制系统.工艺冷却润滑 铜带可迫冷轧机计算机控制系统图见阁2。 系统，工艺油过滤系统液压系统，供电及计算机控钊系 3.1自动化1级系统 统快地换经装置等组成。 自动化I级系统是集乳机传动控制、AGC控制、 2.2轧制工艺过程 AFC控制、过程控副、最示和推警、故防渗断为一体 山上料小车将存放在储料鞍座上的竹轧参移至 的集成计算机控制系饶， 开斧机，点动穿带至右餐取机，开我机和卷取机建立张 3.1.1PLC系统配置 力.进行开袋轧(。全部开卷后.选强左卷取工作方式. 采用87-4D01.C完成与可逆冷轧机相关的逻舞 带尾再穿入左卷取机建立张力进行轧制。其后按轧制 控制、过程控制、故障诊斯与故障信息记染等任务，并 道次表要求左右向反夏轧制直至成品厚度。 采用专用高速处型器FM458完成遮度控制计算和 对16一6mm的关料，低地，采用大支轮卷取机轧制， AGC控制. 对6mm的来料：高速，采用张力花收机轧制. 3.1,1.1$7-400PLC系统配置 LC系统的配风见表I. 3有色金属铜带可逆冷轧机计算机控 制系统的组成 表1 铜带可逆冷轧机P1.C系统配置表 铜梦可逆冷轧机计算机控制系统采用两级计算机控 老移 通难（点数园 功里 制，并具有和工厂3级系统的接口。它是集轧机传动控 S4笔 L(系统电源 制、AGC控制，AFC控氧、过程控制和管理，成障诊 2142甲 发播及数半柱弊 断和报警、显示和报&为一体的集成计算机控制系统， 147./a.W验口 现场级山交莲变烦距动装置、现场·次检测仪表 120,F灌▣ (祖度、流量、压力等)和传感位移、按近开关等，测 烈2四 2 卫条取平量御人观在 厚仪、版形测量装置等所组成。将轧机分为若干测量 H22 2 妃记数子里销出横板 区境，各区规内的测量仪表或传够器信号接至区规内分 43 B B音债程里融入演收 布式IDET200M.并经由PROFIBU5-DP与57-400 S42 B 8研债根量物出博收 PLC进行数据通讯。 W435 快模闲环神正罩 白动化1级系饶山57-40PLC、厅度控制计算机， c 1/0扩果顿相 板形控制计算机完成轧机实时控制。配置轧机上操作 ECELLS 域林，广家模明 台、入出口探作台等多个操作台和多个粗立的极作指 F昭打E5-DP/S/OLTNK (人机界面H):每一操作站输入输出信号楼至白身的 31价-1 T,1P灌不模模 ET200M.并经由PROFIBUS-DP与S7-40PLC道R. ET200M C程I0 自动化2级系统由工程师猪，轧制过程管理计算机 所组咸。工程师站尘要是工程师用米对系统进行编程 3.1.1.2FM458-1D0 绘护和参数设置用。乳制过程管理计算机用什报表管 TM458-IDP是SIEMENS公可最新推出的功饶慎 珠，历史台据管程、1道次表和朝，却管程、工艺数帮 块。它果构在S7-4DPIC内，在字用S1 EMENS高性能 优化处群以及与工厂3级系统的量据通讯。 的S7-400P1.C系统的月时，还具有更高等级的 1China Ac Joumr Pubshing Housedp:37
《自动化技术与应用》2013 年第 3 2 卷第 1 0 期 Techniques of Automation & Applications | 37 PLC 与 DCS PLC and DCS 厚度自动控制系统, 板形自动控制系统, 工艺冷却润滑 系统,工艺油过滤系统,液压系统,供电及计算机控制系 统,快速换辊装置等组成。 2.2 轧制工艺过程 由上料小车将存放在储料鞍座上的待轧带卷移至 开卷机, 点动穿带至右卷取机, 开卷机和卷取机建立张 力,进行开卷轧制。全部开卷后,选择左卷取工作方式, 带尾再穿入左卷取机建立张力进行轧制。其后按轧制 道次表要求左右向反复轧制直至成品厚度。 对 16～6mm 的来料;低速,采用大鼓轮卷取机轧制。 对＜ 6mm 的来料;高速,采用张力卷取机轧制。 3 有色金属铜带可逆冷轧机计算机控 制系统的组成 铜带可逆冷轧机计算机控制系统采用两级计算机控 制,并具有和工厂 3 级系统的接口。它是集轧机传动控 制、AGC 控制、AFC 控制、过程控制和管理、故障诊 断和报警、显示和报表为一体的集成计算机控制系统。 现场级由交流变频驱动装置、现场一次检测仪表 (温度、流量、压力等)和传感器(位移、接近开关等)、测 厚仪、板形测量装置等所组成。将轧机划分为若干测量 区域,各区域内的测量仪表或传感器信号接至区域内分 布式 I/O ET 200M,并经由 PROFIBUS-DP 与 S7 － 400 PLC 进行数据通讯。 自动化 1 级系统由 S7-400 PLC、厚度控制计算机、 板形控制计算机完成轧机实时控制。配置轧机主操作 台、入出口操作台等多个操作台和多个独立的操作站 (人机界面 HMI)。每一操作站输入输出信号接至自身的 ET200M,并经由 PROFIBUS-DP 与 S7-400PLC 通讯。 自动化 2 级系统由工程师站、轧制过程管理计算机 所组成。工程师站主要是工程师用来对系统进行编程 维护和参数设置用。轧制过程管理计算机用作报表管 理、历史数据管理、轧制道次表和轧辊管理、工艺数据 优化处理以及与工厂 3 级系统的数据通讯。 图 1 铜带可逆冷轧机设备组成框图 铜带可逆冷轧机计算机控制系统图见图 2。 3.1 自动化1级系统 自动化 1 级系统是集轧机传动控制、AG C 控制、 AFC 控制、过程控制、显示和报警、故障诊断为一体 的集成计算机控制系统。 3.1.1 PLC 系统配置 采用 S7-400 PLC 完成与可逆冷轧机相关的逻辑 控制、过程控制、故障诊断与故障信息记录等任务,并 采用专用高速处理器 F M 4 5 8 完成速度控制计算和 AGC 控制。 3.1.1.1 S7-400PLC 系统配置 PLC 系统的配置见表 1。 3.1.1.2 FM458-1DP FM458-1DP 是 SIEMENS 公司最新推出的功能模 块。它架构在 S7-400PLC 内,在享用 SIEMENS 高性能 的 S 7 - 4 0 0 P L C 系统的同时, 还具有更高等级的 表 1 铜带可逆冷轧机 PLC 系统配置表
口蜀授承与克用？2013年第33香第10期 PLC与DCS PLC and DCS SIMA)YN》实时1能，另外结合两种FM458的扩展 开关址输入，输出使用S7400的数学模版。 校块FXM448、FXM48,它可以头行多种高动老响应 (3)FXM448 的应月，例如力短、逗度、位置闭环控制。 扩展通诚校板具有PROFIBUS-DP/SIMOL.NK接口. (1)FM458 3,1,1.3操作员站W1)配置 128MHZ64位RISC处理器，提供高栏能的计算 操作员站系筑配里见表2，现场揉作站选用SI- 能力，任务的最小控制周用可以达到0.1ms,集成8通通 EMENS TP270. 数字量输入，可以触发器个中斯任务， 3.1,1.4ABB板形测量系统FSA system6.0 (2)EXM438-1 ·8路模报量徐出一10V-+10V(+女10mA),分湖 工题华法 4进足烟 好 率为12位的4路，分热率为16位的4路 ·3路模报量输入一10V~+10V,分耕率为12位， 最大转换时间为45μs ·8路24V开关量输出 ·16路24V开关量统入 ·8路15V哦5V增量型编玛器 自服关器 ·4路绝对垂编西墨 表2 暴作员站系统配置表 图？ABn板形测量组态系统阁 CFU Funial 2 为存 EE6M ABB板形测量系统包括根形端量银、边部扫指仪 B0cB 信号处理单元、网路撒务器、工程中始、操作站以及其 (顶 57 卡 工业★月卡 它辅刷设备：其系饶组老如倒3所示，其中信号处旺单 是示州 7行17 元山两部分组成：基础测量系统（书M)和版形处汪系饶 用 T TC 10 103-Tass (FS)、BM部分徐出从需量捏每一个测量区得到的径句 压力，测量覆盖测量银的所有区，并通过数字矩阵信号 同的 图2 铜带可逆冷轧机计算机控制系统图
《自动化技术与应用》2013 年第 3 2 卷第 1 0 期 38 | TechniquesofAutomation&Applications 图 3 ABB 板形测量组态系统图 PLC 与 DCS PLC and DCS SIMADYN D 实时性能。另外结合两种 FM458 的扩展 模块 EXM448、EXM438,它可以执行多种高动态响应 的应用,例如:力矩、速度、位置闭环控制[ 1 ]。 (1) FM458 128MHZ,64 位 RISC 处理器。提供高性能的计算 能力,任务的最小控制周期可以达到 0.1ms,集成 8 通道 数字量输入,可以触发 8 个中断任务。 (2) EXM438-1 ● 8 路模拟量输出,－ 10V～+10V(+/-10mA),分辨 率为 12 位的 4 路,分辨率为 16 位的 4 路 ● 5 路模拟量输入－ 10V～+10V,分辨率为 12 位, 最大转换时间为 45 μ s ● 8 路 24V 开关量输出 ● 16 路 24V 开关量输入 ● 8 路 15V 或 5V 增量型编码器 ● 4 路绝对型编码器 图 2 铜带可逆冷轧机计算机控制系统图 表 2 操作员站系统配置表 开关量输入、输出使用 S7-400 的数字模板。 (3) EXM448 扩展通讯模板,具有 PROFIBUS-DP/SIMOLINK 接口。 3.1.1.3 操作员站(HMI)配置 操作员站系统配置见表 2 , 现场操作站选用 S I - EMENS TP270。 3.1.1.4 ABB板形测量系统FSA system 6.0 ABB 板形测量系统包括板形测量辊、边部扫描仪、 信号处理单元、网络服务器、工程师站、操作站以及其 它辅助设备。其系统组态如图 3 所示。其中信号处理单 元由两部分组成:基础测量系统(BM)和板形处理系统 (FS)。BM 部分输出从测量辊每一个测量区得到的径向 压力, 测量覆盖测量辊的所有区, 并通过数字矩阵信号
PLC与DCS 白助比皮术写应白》2011年绣12老第10时 PLC and DC8 处理需将每个区的测量数据注行定时处理叫。FS部分根 3.2.1白动化2级系统配置 某铜带实际位置等其它生产条件对BM部分得到的数 2级系统由工程师结(ENG),轧制过程管理计算机 据注行处理，输出平直度矢量矩库，从而得到铜替的横 (MNG)所超成.PC工作站经由TCPAP工业以太网与 向板形轮喻潘述曲线。通过数据传输速度为10M/S的 PLC通讯，其系统配置图见图2， TCP/IP通信协议将这个库列出线输出到工程帅站和撑 3.2.2自动化2缓系统皖件及软件配置 作站的人机界面，直按、影象地是示当前在规铜带的板 白动化2级系统配置见表3 形指运抽线、并通过10MS的TCPAP与轧机PI.C通 发3 白动化2级系统配置发 慎，实现轧机的变摆控制、阅斜控制和猜细冷却控制。 3.1.2自动化1缓系统软件平台 (I)监控组态款件WINCC Peotiut 2 Pentiuh,2.4 内存 2以 61 WINCC是基于Windows95/98NT的面向对象的 忧整 00回 tocd 32位应用铁件，采用前向对象的软作技术升爱。它不仅 CD PON 18 18x 阿+可 工四大两甲 工队士两+ 是供在工业上用于图形显示，信恩处理，归档和报农的 层不两 1FT17' 1FT1' 基木功修校块还提供了川户文档，过程控制款什包和 阴秋用 in的 Dylvemonl变特调就 M江0国 开发T具等可选然件包。WINCC的数据管理器采川茹 57.0行-00调性款” 构化的数据存储方式存储组态数据（如变量表、文字信 CFC.DT-sFM68-1f国 程状半 息)和过程数据（如过程信皂、测量值和用户数据记） 这种存储方式保证无论是组态数据运是运行数琳都可 3.3通讯网络 以准确无深地话致列， (1)MPI (2)PC编程款件 MP是集成在S7-40CP八)上的连接的程置的标 STFP7是基于Vindows95/98NT的S7-40PIC 准疫▣.其通信速率1875kb/s 标准软件包、通过STEP7,用户可以进行系饶配置和程 (2)Profibus DP 序的编写、调试、在线诊新PL.C银件状态、控制PL.C 是前国乐上通用的现场总线准之一。用于白动北 的运行状态和I/0通道的状态等。 系统中单元级控制设备与分布式1/0的道销，可以取代4一 D7-SYSV6.0,S1MAT1Cs7设计工具提供块功 DmA校根信号传笑，上站和从站之问采月轮福的道伯方 能炸。 式支持高速的福环数据信、特别适合于P川C与现最级 CFC,SIMATIC设计工具，提供连续功能流型图编 分布式10设各之间的通情。主站的通信为令伸方式主 程方式， 站与从站之何为主从方式以及这两种方式的混。 (3)DRIVEMONITOR到试载件 (3)SIMOLINK SIMOVERT MASTER DRIVE燮频可用软件 是由SIMENS公司开发的在高级控制系烧 DRIVEMONTO限进行参数设定。该款件提供下列参我功能， (SYMADYN D)和安城花动之间过担数粱（控怕息， ·采单素引的参致提取 设定点，实际值和阳加信恩)极快的风用文换。它对所 ·卷数组读及与 有站点月步力式共享系统 ·将现有的袋数组复制到同系列的其它装置上 8IM01.【NK为数字式，中行传输物议，采用光 。打印卷数组 纤连接。 ·过程字进行操作（开美量备令）及黄加给定值 (4)工业以太网 ·通过状态字法行夏黎（整速落工作状态反领信号） 工业以太网是西门子PLC的高述工业控制网路。 及读出实际位 它是·种总线型结构的局域网，传烛幸底达1DMs, ·货出做降伯号和报警伯号 上要川于区问级，单元级和设备级实理管理、监视及 。该出山乐等规中器中前内丝SwKV米T的示被密功能) 控制功能、当通信负荷量小于网锋能力的35%时网上 3.2自动化2级系统 各站随机发送爱据疑横的机会大大减少，使以太网的实 China cdei Joum Publishing Houselldp
《自动化技术与应用》2013 年第 3 2 卷第 1 0 期 Techniques of Automation & Applications | 39 PLC 与 DCS PLC and DCS 处理器将每个区的测量数据进行定时处理[2]。FS 部分根 据铜带实际位置等其它生产条件对 BM 部分得到的数 据进行处理, 输出平直度矢量矩阵, 从而得到铜带的横 向板形轮廓描述曲线。通过数据传输速度为 10M/S 的 TCP/IP 通信协议将这个阵列曲线输出到工程师站和操 作站的人机界面,直接、形象地显示当前在线铜带的板 形描述曲线。并通过 10M/S 的 TCP/IP 与轧机 PLC 通 信,实现轧机的弯辊控制、倾斜控制和精细冷却控制。 3.1.2 自动化1级系统软件平台 (1) 监控组态软件 WINCC WINCC 是基于 Windows95/98/NT 的面向对象的 32 位应用软件,采用面向对象的软件技术开发。它不仅 提供在工业上用于图形显示、信息处理、归档和报表的 基本功能模块,还提供了用户文档、过程控制软件包和 开发工具等可选软件包。WINCC 的数据管理器采用结 构化的数据存储方式存储组态数据(如变量表、文字信 息)和过程数据(如过程信息、测量值和用户数据记录)。 这种存储方式保证无论是组态数据还是运行数据都可 以准确无误地读取[3]。 (2) PLC 编程软件 STEP7 是基于 Windows 95/98/NT 的 S7-400PLC 标准软件包。通过 STEP7,用户可以进行系统配置和程 序的编写、调试、在线诊断 PLC 硬件状态、控制 PLC 的运行状态和 I/O 通道的状态等。 D7-SYS V6.0,SIMATIC S7 设计工具,提供块功 能库。 CFC,SIMATIC 设计工具,提供连续功能流程图编 程方式。 (3) DRIVEMONITOR 调试软件 SIMOVERT MASTER DRIVE 变频器可用软件 DRIVEMONITOR进行参数设定。该软件提供下列参数功能。 ● 菜单索引的参数提取 ● 参数组读及写 ● 将现有的参数组复制到同系列的其它装置上 ● 打印参数组 ● 过程字进行操作(开关量命令)及施加给定值 ● 通过状态字进行观察(整流器工作状态反馈信号) 及读出实际值 ● 读出故障信号和报警信号 ● 读出跟踪缓冲器中的内容(SIMOVERT 的示波器功能) 3.2 自动化2级系统 3.2.1 自动化2级系统配置 2 级系统由工程师站(ENG)、轧制过程管理计算机 (MNG)所组成。PC 工作站经由 TCP/IP 工业以太网与 PLC 通讯,其系统配置图见图 2。 3.2.2 自动化2级系统硬件及软件配置 自动化 2 级系统配置见表 3。 3.3 通讯网络 (1) MPI MPI 是集成在 S7-400 CPU 上的连接编程装置的标 准接口,其通信速率 1 8 7 . 5 k b /s。 (2) Profibus － DP 是目前国际上通用的现场总线标准之一。用于自动化 系统中单元级控制设备与分布式 I/O 的通信,可以取代 4～ 20mA 模拟信号传输。主站和从站之间采用轮循的通信方 式,支持高速的循环数据通信。特别适合于 PLC 与现场级 分布式 I/O 设备之间的通信。主站的通信为令牌方式,主 站与从站之间为主从方式,以及这两种方式的混合[4 ]。 (3) SIMOLINK 是 由 S I M E N S 公司开发的在高级控制系统 (SYMADYN D)和变频传动之间对过程数据(控制信息、 设定点、实际值和附加信息)极快的周期交换。它对所 有结点同步方式共享系统。 S I M O L I N K 为数字式, 串行传输协议, 采用光 纤连接。 (4) 工业以太网 工业以太网是西门子 P LC 的高速工业控制网络。 它是一种总线型结构的局域网,传输速率高达 10Mb/s, 主要用于区间级、单元级和设备级,实现管理、监视及 控制功能。当通信负荷量小于网络能力的 35％时,网上 各站随机发送数据碰撞的机会大大减少,使以太网的实 表 3 自动化 2 级系统配置表
c白由化技术与史用》2013年师12卷笔10期 PLG与DCS 上ands 时性提高。从而确保和C系统的快速数据交换。铜 位置设定值亲白HMI的设定和白动厚度到节器，反 量可遵冷虬机边讯系饶网路倒见图2， 馒一前馒勇节签和厦量流训节艺的校正值、 位置实标值由计算得出.对来自液压红SONY位置 4控制系统功能 传这数信号、轧机牌坊州度、材料数和华格系赞作的 4.1传动控制 由数学横巫计算， (I)制带速上控制：·个专刀FM458-1IP完成札 (3》:压力控制 制市速主控制。包活8斜拔发生器、速度参考、电流 该弱效可通过压力闭环调节来保持轧制力恒定在 像控州、委径计算、带材张力控州、机城桐燕和惯性补 压力设定值上。该校武常用于状态单制： 偿计算，白动减递，数据通讯第。递度参考位自操作员 轧制方的设定值来白HMI的议定和磊伸率控制的 平可量入求来白轧样道次表的受定， 校正。其控制误差在士3%以内，由此可保证带材表面 (2)主S斜坡发生器：在注定参专出度的黜上，主 业得量住表面质量。 迪度经由S斜坡发生器计算并按下列方式工祚。当张力 (4)动方补楼 香安时为帐动方式：非张力去寂时为点动方式， 加/硬烛引起的厚度偏差白动补整。 (3)线速度控：该控制切能用于计算主传动电机的 (5)就馈挖制 速度参考值，计算时高地来白Levl的H标：速度、这 系统根然轧利速度和CPU处网期，将入口测厚仪 度改变的逸卓、操作员对滤度的修正，电瓷限位引起的 到轧机工作积中心更处分成若干段。入口测厚仅测出每 烛降、摇径支化时最人规速度保持恒定。 一以的厚度篇然值△上，北厚度偏然竹作为厚度干扰信号 4)老径计算：通过安装在入口偏导辊上的账冲编码 叠加到位置给是值中，从而销除来料厚差△h的影响。 些的仁号计算开表兴径，择过安装在出门偏导显上的休 前馒控制的实现罗求建文下I卡（存德区，用于存储 冲潮码器的信号计算张力卷/大鼓轮上的餐经。 每一段的入口厚度偏差。当相应的带材段到达显缝时 (5)带村张力控1：张力若取时梦求恤张力控并考 系统给出正确的修正情。 电绘径的变化，它由效学设定模型实现该视型通过预置 (6)反罐控制 带材张力议定和测量的整径米计算转矩设定。整速以下 反帽控制通过出口测厚饮检测轧制带材的厚度偏 时，电机电流与转矩成正比为保特但定的衡置持材的张 差，非由闭环控制来补偿该牙度侧差。 力，电机电放的变化是卷径交化的函数。基速以上时，电 反阅控制器采用P控制器，并具有时滑性。时沛时 机电流变化与吞取电机磁场送到程皮一改，在依畅花国 创取决十轧制时市材的线速度和出口测厚仪与乳制显 内转矩没定点和电机电流之间相对进行调鉴。卷取转矩 舞中心的距离。为提高响应速度应尽可能地将出口测 参考位的计算包新铜带张力的扭矩、。惯社补偿的扭矩、 厚仪安装在接近轧机牌坊的位置。 电机机械提托补俗的扭矩、带材弯由的扭矩。机械惧生 (7)质量流控制 和物耗补份计算包招花家电机、带吞、芯轴、碱速前闭 鼠据礼制过程的运动学特点提出米的。依据近盖 性知损耗的计算考找速度，加/源速，带堂，卷径。 恒定原单理，单位时间内进入轧机的蒂材体积应等于轧机 1.2液压报缝控制和自动厚度控制(AC) 出门梦从的体。因此通过测量轧机入几、出口建度 专用CPU FM458.1DP计算下列算法. 和入口蒂材厚度来计算轧机出口厚度。计算厚度与设 (1)缝常零控制 房厚度自偏禁用于控制轧把显斜。同时用出门满厚饮 该功能由操作员于动白动后自动运行并计算工作帮 测得的带材实际厚度偏差对上述控材进行校正川。 靠零时位冒收感岁的罗点。属常在挽把后执行该步露。 4,3℃白动板形控制 2)恒放置控制 专用CPU FM458.1DP用于该控利.包括： 边过位堂闭环米保迁两个工作糯之问的平行度， (1)如斜调节 从山保证带材轧制到要求规格。系统白动调节，也可 分别调整操作测，传动测轧根捉缝。主要解决带材 于动干预。 单边浪。 (2)正，负弯架控制
《自动化技术与应用》2013 年第 3 2 卷第 1 0 期 40 | TechniquesofAutomation&Applications PLC 与 DCS PLC and DCS 时性提高。从而确保和 PLC 系统的快速数据交换[4]。铜 带可逆冷轧机通讯系统网络图见图 2。 4 控制系统功能 4.1 传动控制 (1)轧制带速主控制:一个专用 FM458-1DP 完成轧 制带速主控制。包括 S 斜坡发生器、速度参考、电流限 位控制、卷径计算、带材张力控制、机械损耗和惯性补 偿计算、自动减速、数据通讯等。速度参考值由操作员 手动键入或来自轧制道次表的设定。 ( 2 )主 S 斜坡发生器:在选定参考速度的基础上,主 速度经由 S 斜坡发生器计算并按下列方式工作。当张力 卷取时为联动方式;非张力卷取时为点动方式。 (3)线速度控制:该控制功能用于计算主传动电机的 速度参考值,计算时考虑来自 Level Ⅱ的目标速度、速 度改变的速率、操作员对速度的修正、电流限位引起的 速降、辊径变化时最大线速度保持恒定。 (4)卷径计算:通过安装在入口偏导辊上的脉冲编码 器的信号计算开卷卷径,通过安装在出口偏导辊上的脉 冲编码器的信号计算张力卷 / 大鼓轮上的卷径。 (5)带材张力控制:张力卷取时要求恒张力控制,并考 虑卷径的变化。它由数学设定模型实现,该模型通过预置 带材张力设定和测量的卷径来计算转矩设定。基速以下 时,电机电流与转矩成正比,为保持恒定的预置带材的张 力,电机电流的变化是卷径变化的函数。基速以上时,电 机电流变化与卷取电机磁场强弱程度一致,在限幅范围 内,转矩设定点和电机电流之间相对进行调整。卷取转矩 参考值的计算,包括铜带张力的扭矩、惯性补偿的扭矩、 电机机械损耗补偿的扭矩、带材弯曲的扭矩。机械惯性 和损耗补偿计算包括卷取电机、带卷、芯轴、减速箱惯 性和损耗的计算考虑线速度、加 / 减速、带宽、卷径。 4.2 液压辊缝控制和自动厚度控制(AGC) 专用 CPU FM458-1DP 计算下列算法。 (1) 辊缝靠零控制 该功能由操作员手动启动后自动运行并计算工作辊 靠零时位置传感器的零点。通常在换辊后执行该步骤。 (2) 恒位置控制 通过位置闭环来保证两个工作辊之间的平行度, 从而保证带材轧制到要求规格。系统自动调节, 也可 手动干预。 位置设定值来自 HMI 的设定和自动厚度调节器,反 馈－前馈调节器和质量流调节器的校正值。 位置实际值由计算得出。对来自液压缸 SONY 位置 传感器信号、轧机牌坊刚度、材料模数和摩擦系数值经 由数学模型计算。 (3) 恒压力控制 该系统可通过压力闭环调节来保持轧制力恒定在 压力设定值上。该模式常用于状态轧制。 轧制力的设定值来自 HMI 的设定和延伸率控制的 校正。其控制误差在± 3％以内,由此可保证带材表面 获得最佳表面质量。 (4) 动态补偿 加 / 减速引起的厚度偏差自动补偿。 (5) 前馈控制 系统根据轧制速度和 CPU 处理周期,将入口测厚仪 到轧机工作辊中心距处分成若干段。入口测厚仪测出每 一段的厚度偏差值△ h,此厚度偏差值作为厚度干扰信号 叠加到位置给定值中,从而消除来料厚差△ h 的影响。 前馈控制的实现要求建立 FIFO 存储区,用于存储 每一段的入口厚度偏差。当相应的带材段到达辊缝时 系统给出正确的修正值。 (6) 反馈控制 反馈控制通过出口测厚仪检测轧制带材的厚度偏 差,并由闭环控制来补偿该厚度偏差。 反馈控制器采用 PI 控制器,并具有时滞性。时滞时 间取决于轧制时带材的线速度和出口测厚仪与轧制辊 缝中心的距离。为提高响应速度,应尽可能地将出口测 厚仪安装在接近轧机牌坊的位置。 (7) 质量流控制 根据轧制过程的运动学特点提出来的。依据流量 恒定原理,单位时间内进入轧机的带材体积应等于轧机 出口带材的体积。因此,通过测量轧机入口、出口速度 和入口带材厚度来计算轧机出口厚度。计算厚度与设 定厚度的偏差用于控制轧辊辊缝。同时用出口测厚仪 测得的带材实际厚度偏差对上述控制进行校正[5]。 4.3 AFC 自动板形控制 专用 CPU FM458-1DP 用于该控制。包括: (1) 倾斜调节 分别调整操作侧、传动侧轧辊辊缝。主要解决带材 单边浪。 (2) 正、负弯辊控制
PLC与DCS 日动代孩木与应用》2011年第12春第11月 PLC and DC8 通过调整弯根力，改变乳辄的弯由度、主要解决带 等奖。三年来的运行实表明，系统稳定可章，挖制准 材的中密和边翻浪。 确，提高了有色金属板带生产白动化水平，具有较好的 (3)分段冷却腔制 经济效益和社会效控，有注广应用价值。 通过谭坠冷却液分段区城流址夏变轧妮各段的冷 却条件，从而改变轧辊的局部齿康雀，对薄蒂的板形控 参考文就： 制极为有效。尤其是对不对称的板形快陷利用该谓节 [门STFMENS公同s8空用模质系统黑程与应用T习 方法特别有效。 S1 EMENS公司隆科 [2】ABB公可5 hape measurement and control sys- 5结束语 em-Cuslomer and sofware document"[☑1.ABR公同登床 [3)多常初，S7-300403P1C应同技术H.北京，核候 由丙门子s7-400P1C姐成的1450mm有色金属W 工业出版社2005 带可逆冷轧机计算机控副系统，采用两级计算机控， [句经《西门子工业网培通信指密M灯北京，机城工坐 配备AGC和A下C.使整机结备水平达到二十一世纪初 出饭社，2004. [可传坦诗（有色金属板梦村生产长：，中声大学齿 国际先进水平。白2008年成功投入使用，已界计生产高 版止.2000 精度铜板神10万多吨，达到设计能力，满足高精度钢梦 便量要求此外木课显的空川环究步文数省科技进步 价青码论：是飞(165-】，君，项4,4拔工代年，从半电气自 站化观种其机祖表在有之金属者金和加工中的足石与开发， (上按第3页) 表1 实测和页测结吴 .2G1297B1丝3 时同1 1411 IHID IYID TKID IM:D 4 L5■■R 播，直到网路的全局深差小丁设定值为止： 铁发晨实见科孕并殖与管迎具有重夏的意义， 4.3预测结果及分析 采用第九大的实始数茶进和神的网络溶气衡制结 考义战： 果的验证，实测和预测结果如表1所云，溶氧浓度值的 [1]SRINIVASAN B,PRASAD U RAO N J.BACK in: 相对逆染量高为7.63%，最低为0.09%，平均相对误 propagation through adjouns for the identification of non- 差为1，s%,识别率达到91%。以上结果表明预测颅 linear dynamic systems using recurrent neural models|Jl. IEEE Transactions on Neural Networks,1994.512):213-228. 型设计的正绳性，预测核型的预测站果与鱼蕊生长阶段 121 LERA G.PINZULAS M.Neighhorhood based 及季节条作变换相关，当条件发生变化时，已经酒练好 Levenberg-Marquardt inalgorithm for neural network 的阿洛可使不再活应当时的环境就会产生较大的顶满 training|J.IEEE Tranactions on Neural Networks.2002. 误差。采用功态调整网烙参数的方法可以解决这个月 1515:1200.1205. 器，当常氧顶测识别率低于没定值时，网络及时修正 [3]DOGAN ESENGORURBTILENT,KOKLU R.in: Modeling boological oxygen demand of the Melen River in 值刘阅位并注行重新训练以还应当就新环境。 Turkey using an artificial neural netuork techaxoe[J].Jour- nal of Emironmental Managerent.In Press,Corrected Proot. 5结束语 141 BGDAN M W.CHEN Y X Eckent in:agorithm for 溶氧顶测慎型买用LMBP优化阿洛能快婆准确预 traiming neural networks with one hidden rA】Mle年 andered.Proc of the Int'I Joint Conf an Neural Nerworks Vol 测并租水体溶氧的台量。利养殖鱼类前生存和生长是 5]1C门.2 shingion D里EEPs,1999.125.1728. 至关重要的，该模型的设计方法也可以推广交用干PH, 盐度、温度警其它水更数数孔测利水产环业的可竹 扩青码论：高地5(1传64-】，七，明指挖，项止，从平工业电飞 的动免方而的用冕： 1China Academie Joarnnl Eleeirnic Publishing House Al rights reserved hp4
《自动化技术与应用》2013 年第 3 2 卷第 1 0 期 Techniques of Automation & Applications | 41 PLC 与 DCS PLC and DCS 作者简介:詹飞(1965-),男,硕士,高级工程师,从事电气自 动化及计算机技术在有色金属冶金和加工中的应用与开发。 通过调整弯辊力,改变轧辊的弯曲度、主要解决带 材的中部和边部浪。 (3) 分段冷却控制 通过调整冷却液分段区域流量,改变轧辊各段的冷 却条件, 从而改变轧辊的局部热膨胀, 对薄带的板形控 制极为有效。尤其是对不对称的板形缺陷,利用该调节 方法特别有效。 5 结束语 由西门子 S7-400PLC 组成的 1450mm 有色金属铜 带可逆冷轧机计算机控制系统,采用两级计算机控制, 配备 AGC 和 AFC,使整机装备水平达到二十一世纪初 国际先进水平。自 2008 年成功投入使用,已累计生产高 精度铜板带 1 0 万多吨,达到设计能力,满足高精度铜带 质量要求,此外本课题的应用研究获安徽省科技进步三 等奖。三年来的运行实践表明, 系统稳定可靠, 控制准 确, 提高了有色金属板带生产自动化水平, 具有较好的 经济效益和社会效益,有推广应用价值。 参考文献: [1] SIEMENS公司“, FM458应用模板系统编程与应用”[Z]. SIEMENS 公司资料. [2] ABB 公司“, Shape measurement and control system-Customer and software document”[Z],ABB 公司资料. [3] 廖常初《, S7-300/400 PLC 应用技术》[M].北京,机械 工业出版社.2005. [4] 崔坚《西门子工业网络通信指南》 , [M].北京,机械工业 出版社,2004. [5] 傅祖铸《有色金属板带材生产》 , [M].长沙,中南大学出 版社,2000. 作者简介:高艳萍(1964-),女,副教授,硕士,从事工业电气 自动化方面的研究。 表 1 实测和预测结果 （上接第 3 页） 播,直到网络的全局误差小于设定值为止。 4.3 预测结果及分析 采用第五天的实验数据进行神经网络溶氧预测结 果的验证, 实测和预测结果如表 1 所示, 溶氧浓度值的 相对误差最高为 7．63％,最低为 0．09％,平均相对误 差为 1．98％,识别率达到 91％。以上结果表明预测模 型设计的正确性,预测模型的预测结果与鱼类生长阶段 及季节条件变换相关, 当条件发生变化时, 已经训练好 的网络可能不再适应当时的环境,就会产生较大的预测 误差。采用动态调整网络参数的方法可以解决这个问 题, 当溶氧预测识别率低于设定值时, 网络及时修正权 值和阈值并进行重新训练,以适应当前新环境。 5 结束语 溶氧预测模型采用 LMBP 优化网络能快速准确预 测养殖水体溶氧的含量。对养殖鱼类的生存和生长是 至关重要的,该模型的设计方法也可以推广应用于 pH, 盐度、温度等其它水质参数预测,对水产养殖业的可持 续发展实现科学养殖与管理具有重要的意义。 参考文献: [1] SRINIVASAN B,PRASAD U RAO N J,BACK in: propagation through adjoins for the identification of nonlinear dynamic systems using recurrent neural models[J], IEEE Transactions on Neural Networks,1994,5(2):213-228. [2] LERA G,PINZOLAS M.Neigh horh ood bas ed Levenberg-Marquardt in:algorithm for neural network training[J].IEEE Transactions on Neural Networks.2002, 13(5):1200-1203. [3] DOGAN E,SENGORURBTILENT,KOKLU R．in: Modeling biological oxygen demand of the Melen River in Turkey using an artificial neural network technique[J]．Journal of Environmental Management,In Press,Corrected Proof． [4] BOGDAN M W,CHEN Y X.Efficient in:algorithm for training neural networks with one hidden layer[A].M Aleksander,ed.Proc of the Int’l Joint Conf on Neural Networks Vol 31[C].Washington D C:IEEE Press,1999.1725-1728