2032热轧线L1/L2控制系统升级及精轧板形控制优化

供稿|申世武，黄盛声，廖峰峰，黄小刚 / SHEN Shi-wu, HUANG Sheng-sheng, LIAO Feng-feng,HUANG Xiao-gang

内容导读

通过对柳钢热轧厂2032热轧生产线的L1/L2控制系统存在的问题进行分析，提出对现有控制系统的软硬件升级优化方案。升级后硬件使用当前最流行的高性能PC服务器，使以后的其他硬件升级不再受限制，彻底解决硬件系统运行过程中存在的备件问题，同时也提高了系统的可靠性。全轧线L1/L2控制软件全面升级，一方面能够大大提高产品尺寸精度及性能合格率；另一方面，改造后2032热轧生产线的L1/L2控制软件整体一致性大大提高，而且与1450热轧线软硬件架构、核心关键控制算法均高度一致，便于热轧厂工艺、生产及电气维护等人员的管理与维护工作，也有利于今后系统能力进一步扩展升级。

柳钢热轧厂2032热轧线L1/L2控制系统及精轧板形控制于2005年10月投产运行。目前L1和L2控制系统均存在软硬件需要更新换代的问题，L1控制系统中精轧AGC使用专用控制器，控制功能和备品备件存在很大隐患，L2控制系统中服务器竟然还是Windows 2003系统，系统硬件和控制软件均存在升级困难，备件处于停产状态，给系统安全可靠的运行带来很大隐患。

对于钢铁企业来讲，软实力首先体现在低成本、低消耗、高质量上，为此，必须打通产品设计、业务管理和制造过程之间的数字化通道，改善对生产过程的管理与控制能力；必须改变制造过程中人工主导、效率低下的运作模式，充分发挥制造资源的效益和作用。2032热轧板带生产线控制系统升级改造对柳钢实现业务策略、提高竞争力具有重要战略意义。

热轧2032轧线的主要机械设备采用步进式加热炉、液压AGC控制系统、粗精轧快速换辊、轧线全自动过程控制、西门子Simadyn-D传动系统、西门子TDC、S7-400基础自动化控制系统等技术。

为有效控制带钢热连轧生产线的整个生产过程，根据生产工艺的连贯性、分布位置及控制要求，对控制系统按统一、分区、分级的方式进行系统配置。控制系统按工艺流程分为坯库和加热炉区、粗轧区(含热卷箱)、精轧区(含飞剪)、卷取区(含层流冷却和运输区)。

为保证带钢热连轧生产线能够具有先进的综合技术水平，在整体考虑三电控制系统时，电气、仪表、计算机三个部分均应选用在工艺控制要求方面行之有效并具有较高的技术经济指标的控制系统及相关设备。

本次升级改造的范围为从加热炉入炉开始(L1不含加热炉本体控制和入出炉辊道，L2包括加热炉本体数据管理和跟踪)到运输链结束。全线基础自动化核心软硬件和过程控制系统整体升级改造，方便生产线后期服务和维护。

现状及改造目标

2032热轧线原设计的F1、F3精轧机的轧制方式为纯电动机械压下方式，由于在轧制过程中电动机械压下精度不高，导致板形差，容易出现浪形，甚至造成废钢，产品质量异议多且导致整条生产线基本上不能轧制3.0厚度规格的产品。设备全部是由英国进口的20世纪60年代的二手设备，其设备和控制相对落后，现在已经远远不能适应当前钢铁企业发展形势的需要。该轧线2013年产生质量异议产品共3635 t，其中因为板形不良的质量异议为3033 t，占所有质量异议的83%。板形不良已经成为影响热轧产品质量进一步提升的最大难点，严重影响了带钢的板形质量，不利于提升产品的市场竞争力。

为了改善质量，提高轧线利用率，针对2032热轧线设备特点，决定粗轧增加AWC、精轧配全AGC、增加弯辊等板形控制设备，同时对L1、L2级控制系统进行升级，目标是有效提高2032生产线的产品质量，特别是对浪形、楔形等有质的改善。增加多功能仪，用于凸度、宽度、平直度、温度检测等。

硬件采用TDC+PLC自动控制系统，一方面使用TDC替代现有老旧的VME345168控制器，减少控制系统本身的硬件故障，减少因此造成事故停机时间及损失，同时控制器计算通讯性能大大提高；另一方面，改造后2032与现有1450热轧线控制器及其IO模板完全一致，大大降低了备品备件成本。

控制系统升级优化

控制硬件升级改造

2032轧线L1、L2级控制系统升级优化，主要更新部分L1级控制硬件，更新全部L1核心控制程序，更新L2全部服务器、轧制模型等软硬件。2032精轧机后增加多功能仪，用于凸度、温度、平直度、表面温度检测，为控制系统进行反馈控制提供板形信息，对精轧出口板形进行实时监控，同时反馈信号用于轧机控制系统对板形进行闭环控制。2032精轧机F1-F6增加全新弯辊，用于板形调整。2032精轧F1、F3精轧机轧制方式改造为电动机械压下+液压压下的AGC方式，用于加强厚度控制。

(1) 炉区

炉区L1级6台西门子S7-400 PLC软硬件利旧，用于1#-3#加热炉本体及前后辊道控制、板坯称重等功能。修改负责装出钢的PLC软件，新增与轧线L2级及R0 PLC的通讯接口功能。

(2) 粗轧区

粗轧区L1级1台西门子S7-300 PLC软硬件利旧，画面集成到粗轧区域WINCC服务器，通过以太网与轧线通讯，用于控制高压水除鳞。

粗轧区L1级3台西门子S7-400、2台S7-300PLC软硬件利旧，画面集成到粗轧区域WINCC服务器，通过以太网与轧线通讯，用于R0粗轧机液压站控制及主电机润滑站、齿轮稀油、油膜站、R0粗轧机AGC液压站控制、R1粗轧机换辊液压站及主平衡液压站、油膜液压、齿轮稀油、主电机润滑站、保温罩。用于R0粗轧机辅助控制和R1粗轧机辅助控制。

粗轧区L1级1台R0 S7-400 PLC硬件利旧、软件及画面升级，并新增与L2级模型及其画面接口，通过以太网与轧线和二级通讯；完成粗轧R0速度控制、R0前后辊道控制、炉后除鳞控制、R0除鳞控制、立辊控制、R0入出口侧导板控制、R0区域轧件跟踪和R0的电动压下等。

粗轧区L1级1台R1 S7-400 PLC硬件利旧、软件及画面升级，并新增与L2级模型及其画面接口，通过以太网与轧线通讯，完成粗轧R1速度控制、R1前后辊道控制、R1除鳞控制、R1入出口侧导板控制、R1区域轧件跟踪、R1剔废装置控制、电动压下控制等。

粗轧区L1级新增1台西门子TDC控制器，新增SM500信号模板，新增控制软件及画面，完成粗轧R0液压HAPC、AGC控制和粗轧液压AWC/SSC控制。通过以太网与R0 PLC主控制器通讯，通过GDM网与其他TDC控制器通讯。取消原有R0的VME控制器。

(3) 精轧区

精轧区L1级3台西门子S7-300 PLC软硬件利旧，画面集成到精轧区域WINCC服务器，通过以太网与轧线通讯，用于热卷箱液压站、精轧机液压站低压换辊、主平衡、齿轮稀油、油膜润滑控制和精轧机AGC液压站控制。

精轧区L1级5台西门子S7-400 PLC硬件利旧，软件及画面升级，通过以太网与轧线通讯，用于热卷箱本体及区域辊道控制，飞剪剪切、前后辊道控制及精轧除鳞控制，精轧换辊、辅助控制，层流冷却控制。

精轧区L1级1台西门子TDC硬件利旧，软件及画面全部升级，通过以太网与轧线及二级通讯，通过GDM网与其他TDC控制器通讯。用于精轧主速度控制、液压活套控制和精轧区数据管理(DMC)控制。

精轧区L1级3台西门子TDC硬件利旧，增加CPU数量，增加SM500信号模板接入液压AGC信号及板型仪表信号，增加ET200M远程IO柜接入弯辊信号，软件及画面全部替换，用于精轧F1-F6电动压下、液压压下HAPC和AGC控制、精轧F1-F6弯辊控制。取消原有精轧AGC的VME控制器。通过GDM网与其他精轧速度活套TDC控制器通讯。

精轧区L1级1台西门子GDM服务器硬件利旧，通过光纤保证全线各TDC控制器之间的快速通讯，并实现粗轧与精轧、精轧与卷取区域间通讯，减轻以太网的通讯负荷。

(4) 卷取区

卷取区L1级4台西门子S7-300 PLC软硬件利旧，画面集成到卷取区域WINCC服务器，通过以太网与轧线通讯，用于2#卷取机及运输链液压站控制、2#打捆机控制、3#卷取机液压站控制和3#打捆机控制。

卷取区L1级新增1台TDC硬件，新增SM500接入快速信号，新增ET200M IO站接入慢速信号(取消卷取操作台的现场IO信号)，完成G辊道、2#卷取、卸卷控制软件(参考现有3#卷取机软件)，通过以太网与轧线及二级、HMI通讯，通过GDM网实现与精轧区域TDC及3#卷取TDC通讯，用于2#卷取机质量控制及需要高速控制的位置、速度、张力、踏步、卸卷等控制。取消2#卷取机配套的2套西门子S7 400 PLC控制器。

卷取区L1级利用原有的1台西门子TDC硬件及其软件，软件修改增加卸卷功能、新增与L2系统接口。实现3#卷取机质量控制及需要高速控制的位置、速度、张力、踏步、卸卷等的控制。通过以太网与轧线及二级、HMI通讯，通过GDM网与其他TDC控制器通讯。取消原有的1台3#卷取机卸卷控制用西门子S7-400 PLC。

(5) 运输区

运输区L1级1台西门子S7-400 PLC软硬件利旧，新增跟踪功能，画面集成到卷取区域WINCC服务器，通过以太网与轧线通讯，用于1-7#运输链控制。

运输区L1级1台西门子S7-300 PLC软硬件利旧，新增跟踪功能，画面集成到卷取区域WINCC服务器，通过以太网与轧线通讯，用于8-9#运输链控制。

控制软件升级改造

热轧过程控制计算机系统(L2)主要任务是对热连轧全线的各生产工序进行实时跟踪、数据采集和工艺参数优化设定。生产计划部门根据热轧工艺要求、交货进度和板坯来料情况编制出每天的生产计划，由L3级下达到L2计算机系统。L2计算机将严格地按照生产计划，控制板坯从入炉辊道开始，依次经过加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取、运输链等工艺过程。

外部通讯使用传输表机制，即在数据库之间通过数据库链接完成通讯任务。包括三级生产计划系统、加热炉二级系统之间的传输数据等，均采用此种通讯方式。改造后系统的接口程序采用现有通讯方式开发，不需要修改外部数据源的通讯模块。

新系统预留和柳钢热轧MES通讯，在项目设计审查阶段确定二级和MES系统通讯的方式和接口。L1/L2通信采用TCP/IP协议，由于L1/L2之间数据交换量大，且实时性要求高，所以需要高速的通信控制程序来保证。PCDP中间件已经实现了针对过程控制系统特点而开发的TCP/IP通信协议软件包，通过简单的配置和API接口即可实现L1/L2之间的快速、可靠的通信任务。L1/L2通信主要包括轧线L2与L1控制器、测厚仪和测宽仪、多功能仪、表面检测仪等各方的信息交换，收集和处理L1发来的实际测量值和跟踪信息，设定计算完后向L1发送设定值数据。

结束语

控制系统升级优化遵循循环经济理念，以资源的高效利用为核心，以减量化、再利用、资源化为准则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征。统一L1/L2两线控制系统程序编程风格，提高可读性，从而提高可维护性和运行稳定。提高轧线全过程控制精度，实现全线产品信息系统更快更稳定的传输及查询，有利于跟踪板形和成品质量。简化操作，降低操作工作业强度及失误率，减少废钢。提高两线L1/L2系统服务器、控制器、关键检测元器件的通用性，降低备件价格及库存量。

当今钢厂之间的竞争将更多的是产品质量的竞争，是品牌的竞争，因此产品质量的好坏显著地影响产品在市场上的竞争能力。通过对热轧控制系统的升级改造，可极大的提升热轧的控制水平，确保热轧产品质量得到质的飞跃，从而提升热轧产品的市场竞争力。通过本次热轧生产线整体升级改造项目实施不仅起到了减员增效的目的，而且提高了2032热轧线自动化控制水平，提升了轧线热轧产品质量，拓宽了产品供应范围，进一步提升了柳钢2032热轧生产线在市场上的竞争力。

摄影 杜毅铭