霍巖巖 謝海云

（邯鄲卓立精細(xì)板材有限公司，河北 邯鄲056700）

1 過程自動化的概念

可概述為：在生產(chǎn)的軋制過程中，通過采用反映軋制過程變化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型、自動控制裝置、計算機及其控制程序等，使各種過程變量（如流量、溫度、張力和速度等）保持在所要求的給定值上，并合理地協(xié)調(diào)全部軋制過程以實現(xiàn)自動化操作的一種先進技術(shù)。 由于對冷軋薄板質(zhì)量的要求越來越嚴(yán)，因此計算機控制系統(tǒng)已是冷連軋不可缺少的組成部分。

2 冷軋過程自動化部分

冷軋過程自動化的概念可概述為：在生產(chǎn)的軋制過程中，通過采用反映軋制過程變化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型、自動控制裝置、計算機及其控制程序等，使各種過程變量（如流量、溫度、張力和速度等）保持在所要求的給定值上，并合理地協(xié)調(diào)全部軋制過程以實現(xiàn)自動化操作的一種先進技術(shù)。 由于對冷軋薄板質(zhì)量的要求越來越嚴(yán)， 因此計算機控制系統(tǒng)已是冷連軋不可缺少的組成部分。二級計算機系統(tǒng)在生產(chǎn)中的作用：它利用材料跟蹤功能來支持生產(chǎn)；利用模型計算出設(shè)置值，并把這些設(shè)置值送到現(xiàn)場級，這樣可以減輕現(xiàn)場控制系統(tǒng)的壓力，也可以統(tǒng)一產(chǎn)品質(zhì)量；利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以多次計算設(shè)定點來優(yōu)化產(chǎn)品；并且可以使操作簡單化，解放了大量的勞動力，日志功能可以給工程師等人提供技術(shù)參數(shù)支持；所以二級計算機實現(xiàn)了現(xiàn)代的、先進的工業(yè)自動化。

3 基礎(chǔ)自動化

基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)（L1 級）主要由PLC，遠(yuǎn)程I/O 和HMI 組成，控制生產(chǎn)線的運行。 其功能主要包括生產(chǎn)線的各種傳動控制，工藝和儀表的開環(huán)和閉環(huán)控制，采集生產(chǎn)線的重要狀態(tài)信息，質(zhì)量數(shù)據(jù)和消耗量數(shù)據(jù)， 并報送二級系統(tǒng)。 提供操作員畫面， 方便生產(chǎn)線的操作和維護。 其中HMI 是基于服務(wù)器和客戶機原理，相互之間以及與自動化系統(tǒng)之間通過快速以太網(wǎng)連接。 服務(wù)器負(fù)責(zé)過程通訊，數(shù)據(jù)存儲以及與客戶機通訊?？蛻魴C作為操作站，顯示服務(wù)器發(fā)來的數(shù)據(jù)，接受操作工的輸入并傳送給服務(wù)器。 同時采用SIEMENS WinCC（Windows Control Center——窗口控制中心）系統(tǒng)軟件包作為HMI 的核心軟件，具有實時監(jiān)控、歷史趨勢圖和報表、故障信息、良好的人機界面、豐富的圖形庫、過程控制功能塊和數(shù)學(xué)函數(shù)、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制自動化過程的強大功能，是基于個人計算機的操作監(jiān)視系統(tǒng)。

冷軋項目所用到的基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)所用到的產(chǎn)品介紹: 冷軋項目各個生產(chǎn)機組的基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)主要采用西門子的S7-400 系列PLC 和WinCC 系統(tǒng)，PLC 控制系統(tǒng)與人機接口的WinCC 均為西門子公司產(chǎn)品，所以控制系統(tǒng)在以太網(wǎng)及Profibus－DP 網(wǎng)通訊上比較簡單、易維護。

4 硬件組態(tài)

如圖1 所示， 采用西門子S7-400 系列PLC 作為AGC 系統(tǒng)的核心控制單元。 利用FM485 功能模板提高了AGC 系統(tǒng)實時性的同時，也與分散的ET2 00 通訊模塊組成FROFIBUS-DP 網(wǎng)絡(luò)， 進而減少了主站與測量點的接線。 人機界面采用西門子公司生產(chǎn)TP27-6 觸摸屏， 使用S7-400 系列的443-1CPU 完成主站與人機界面計算機的通信。 位移信號的測量采用德國生產(chǎn)的MTS 絕對值傳感器，左／右卷機的轉(zhuǎn)速測量選用增量編碼器， 利用FM485 功能模板上的絕對值和增量編碼器模塊讀取位移和轉(zhuǎn)速值。相對于液壓壓下伺服機構(gòu)的位置內(nèi)環(huán)控制(APC)而言，AGC 是鋁箔厚度的外環(huán)控制，其 輸出信號主要是用來修正位置內(nèi)環(huán)的輥縫設(shè)定值，通過液壓伺服驅(qū)動，使軋輥快速動作，以達(dá)到迅速消除厚度誤差的目的。

該控制系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制方式，測厚儀、S7-400 系列PLC 和軋機構(gòu)成鋁箔厚控制的外環(huán)， 該外環(huán)控制由厚度監(jiān)控環(huán)的下位機完成。內(nèi)環(huán)使用了兩個閉環(huán)，分別是控制伺服液壓缸的位移傳感器回路和液壓壓下伺服機的壓力傳感回路。

圖1

圖2

5 軟件組態(tài)

這個系統(tǒng)的軟件采用Wincc 軟件，Wincc 使用非常方便、 功能也很齊全，用戶可以進行組寒、編程和數(shù)據(jù)管理，操作畫面、控制畫面、監(jiān)視畫面、實時曲線、歷史曲線等非常齊全。下面介紹一下操作畫面和控制畫面：

操作畫面：

通過系統(tǒng)控制液壓泵站，自動控制油溫，如果出現(xiàn)油溫異常、壓力異常、油液潔凈度下降、液位低等立即報警，提醒操作人員及維護人員注意，便于維護。

控制畫面：

系統(tǒng)實時監(jiān)控開卷機、卷取機、主機的運行是否良好，里面所有的直流電機的運行狀態(tài)都可以監(jiān)控——電樞電流、軋制速度、開卷，卷取卷徑值、前后張力給定值，入口/出口厚度、軋制力、彎輥力、軋制油溫度及壓力顯示，軋制液噴射狀態(tài)。

6 實踐應(yīng)用

基于PLC 和AGC 的鋁箔板厚度控制系統(tǒng)在產(chǎn)品生產(chǎn)中獲得了令人滿意的效果。 針對厚度為0.1 mm 的鋁箔板，AGC 控制厚度在20μm 范圍內(nèi)的比例為95%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工軋制78%的比例，事實驗證， 本方案所采取的模糊PID 控制器完全能滿足鋁箔 板厚度控制的要求。

7 結(jié)論

在實際使用過程中，F(xiàn)M458 工作穩(wěn)定可靠， 編程功能強大且易于修改維護，并能很好地融入到S7-400 的控制系統(tǒng)中。鋁箔厚度在基于S7-400PLC 的AGC 系統(tǒng)作用下，滿足了預(yù)期的效果。 具體生產(chǎn)過程驗證了在鋁軋機上安裝AGC 系統(tǒng)提高了軋機精度的同時，也方便了現(xiàn)場操作人員的人 工操作。 基于S7-400 的AGC 系統(tǒng)人機界面友好、維護方便、成本投入低的優(yōu)點，對我國鋁箔生產(chǎn)產(chǎn)生了較大的社會效益和經(jīng)濟效益。

［1］矯志杰,何純玉,牛文勇,劉相華.中厚板軋機全自動軋鋼控制功能的在線實現(xiàn)[J].東北大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2005（08）.

［2］楊玉杰,周建宏.漿紗機卷取系統(tǒng)的PLC 智能控制[J].電氣開關(guān)，1999（06）.

［3］吳彬,陳海耿.帶鋼廠熱軋機組層流冷卻數(shù)學(xué)模型[J].黃金學(xué)報，2001（04）.