热连轧基础自动化培训教材.ppt

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1、吉钢吉钢1450热轧热轧基础自动化系统基础自动化系统第1节1450热轧基础自动化系统概述1.热连轧基础自动化的主要功能热连轧基础自动化的主要功能基础自动化级（基础自动化级（L1）主要完成设备的顺序控制）主要完成设备的顺序控制及联锁控制，自动位置控制，速度控制，张力及联锁控制，自动位置控制，速度控制，张力控制，带钢的温度、厚度、宽度、板形控制，控制，带钢的温度、厚度、宽度、板形控制，卷取控制以及加热炉的热工参数控制，回路调卷取控制以及加热炉的热工参数控制，回路调节，故障检测与报警，各种操作界面和数据采节，故障检测与报警，各种操作界面和数据采集等任务。集等任务。2.1450mm热连轧基础自动化硬件

2、热连轧基础自动化硬件设备配置设备配置控制器：板加区辊道控制、加热炉控制、轧线介质控制采用SIEMENS公司的S7-400控制器；轧线通用控制器和工艺控制器则采用SIEMENS公司的TDC控制器。4序号用 途设备型号主要技术参数单位数量备 注1板加区1.1 板坯库辊道控制S7-400套11.2加热炉控制（电控）S7-400套21.3加热炉控制（仪控）S7-400套2序序号号用用 途途设备型号设备型号主要主要技术参技术参数数单位单位数数量量备备 注注2 2粗轧区粗轧区2.12.1 粗轧公共控制粗轧公共控制TDCTDC套套1 12.22.2 粗轧辅助控制粗轧辅助控制S7-400S7-400套套1 1

3、2.32.3 粗轧机架控制粗轧机架控制TDCTDC套套1 12.52.5粗粗轧轧GDMGDM网网络络控控制器制器TDCTDC套套1 12.62.6 粗轧急停系统粗轧急停系统S7-300FS7-300F套套1 1序号用 途设备型号主要技术参数单位数量备 注3精轧区3.1 精轧通用控制TDC套13.2精轧和卷取辅助控制S7-400套13.3 精轧机架控制TDC套63.5精轧/卷取GDM控制器TDC套13.6 精轧急停系统S7套1序号用 途设备型号主要技术参数单位数量备 注4卷取及运输链区4.1 卷取通用控制TDC套14.21、2卷取工艺控制TDC套24.4 卷取急停系统S7套13.1450mm热连

4、轧基础自动化软热连轧基础自动化软件配置件配置系统软件：控制软件的开发，S7和TDC系统采用基于Windows XP的CFC或SFC软件包；画面设计采用SIEMENS公司Win CC服务器版和Client版。4.系统结构系统结构基础自动化系统由可编程序控制器（S7-400 PLC）、工艺控制器（TDC）、远程I/O（RIO）、人机接口（HMI）、过程数据采集系统（IBA）以及通讯网络组成。Ethernet网络：L1各个控制器之间及L1与L2之间的通讯。采用标准的TCP/IP通讯协议，通讯速率100MB/s，通讯主干网络采用光缆，其它采用屏蔽对绞电缆。GDM（Globe Data Memory）网

5、络：基础自动化TDC之间的高速网络通讯。由一个中央机架，内装中央数据存储器组成。通过多模光缆与TDC和IBA连接。远程I/O：选用SIEMENS公司的ET200M，并通过Profibus-DP现场总线与控制器连接。5.基础自动化运行（操作）方式操作方式有两种：手动方式操作方式有两种：手动方式“OMode”和和自动方式自动方式“CMode”。手动方式（手动方式（“OMode”）：）：手动操作方式用于设备的维护、检修，换辊手动操作方式用于设备的维护、检修，换辊和标定。控制设备只能在按钮和开关的辅和标定。控制设备只能在按钮和开关的辅助下手动运行。助下手动运行。自动方式（“CMode”）：过程计算机将

6、过程设定数据传送到基础自动化系统，基础自动化系统根据当前有效的设定数据对执行机构（传动装置、伺服系统等）进行自动控制。手动干预：在自动操作方式“C”下，可随时对某些特定设备的工艺参数进行手动干预。手动输入的设定值将取代自动设定值。基础自动化系统将向过程计算机报告每次手动干预情况。操作方式不受手动干预影响。6.停止方式停止方式停止方式有三种：正常停止、快速停止和紧急停止。正常停止（Normal Stop）正常停止命令是由操作工通过操作HMI画面或操作台上手动停止按钮产生或系统自动产生。设备速度按照指定的斜率（减速度）减到零。快速停止(Fast Stop)正常停止命令由操作员通过操作操作台上按钮手

7、动产生或系统自动产生。设备速度按照最大的同步的斜率（减速度）减到零。紧急停止(E-STOP)紧急停止命令由操作员操作操作台上急停按钮或者由消防系统自动产生。这时所有的设备按照最大可能的减速度停止，然后切断相关设备电源，因而不一定是同步停止。“E-STOP”按钮设置在整个设备区。但每个“E-STOP”仅负责某设备区段（“E-STOP”区）设备紧急停止。“E-STOP”方式要求该“E-STOP”区相关的所有传动装置能够尽快停止。在起动“E-STOP”之后将在轧机区执行以下动作：1)作业线传动装置作业线转动装置随着紧急减速停止而停止。“E-STOP”减速是受监控的，如果出现故障，相关的传动装置将全部

8、与电源断开连接。当作业线处于静止状态的时候（速度0，电流0），所有的传动装置立即断开电源连接。2）非作业线传动装置这些传动装置将立即断开电源连接。3)阀门通过断开单个阀门的电源，这些阀门的动作将会停止，不需要断开AC传动装置和液压泵的馈电线。说明：作业线传动装置是指在设备中用来运送轧件并且直接与轧件连接在一起的传动装置（例如：主传动装置、轧件传动装置、辊道传动装置等）。非作业线传动装置是指那些不与轧件直接连接在一起的传动装置（比如泵、风扇等）。7.人机操作画面人机操作画面HMIHMI系统采用客户机/服务器结构，操作站通过监控以太网与HMI服务器和过程计算机相连，HMI服务器通过控制以太网与基础

9、自动化设备连接。HMI服务器与过程计算机和基础自动化系统进行数据通讯和信息交换，实现数据存储与管理。客户机作为操作站，动态显示HMI服务器的信息，接受操作员的输入信息并将其传给HMI服务器。本项目HMI的主要特点包括：1)客户机和HMI服务器均采用WinCC操作系统；2)区域内各个终端都能显示相同的内容，但操作 权限不同；3)对事件获取、缓冲、存档、显示以及分析；4)输出事件和报警记录；5)对实测数据存档，数据曲线显示与数据履历；6)根据需要可以设置口令保护。第第2节节1450mm热连轧各区域功热连轧各区域功能介绍能介绍1.加热炉区（板加区）加热炉区（板加区）加热炉区基础自动化系统结构加热炉区

10、基础自动化系统结构1.1 加热炉基础自动化系统配置见图11：HMI服务器1#炉电气控制（S7400）电控HMI仪表HMI仪表HMI打印机工业以太网PROFI-BUS及现场I/O加热炉主电室加热炉主电室操作台、仪表、传感器、传动装置、液压阀等现场I/O2炉电气控制（S7400）辊道控制（S7-400）工程师站工程师站出炉操作室出炉操作室入炉操作室入炉操作室板坯库HMI汽化冷却HMI1炉仪表控制（S7400）2炉仪表控制（S7400）L2服务器图11加热炉基础自动化系统配置图1.2 加热炉区基础自动化功能加热炉区基础自动化功能 加热炉区主要控制功能如下：板坯跟踪与协调控制；板坯长度测量及称重；板坯

11、自动定位；装钢机、出钢机和步进梁控制；加热炉炉温控制；燃烧控制；各种压力控制；汽化冷却站的控制；人机接口（HMI），用于操作、设定、维护，故障报警和状态指示；数据管理及数据通讯。2.粗轧区2.1粗轧区基础自动化系统结构粗轧区基础自动化系统结构粗轧区基础自动化系统结构图如图粗轧区基础自动化系统结构图如图21所示：所示：工程师站S7辅助控制（S7400）操作终端HMI操作终端HMI操作终端HMI打印机工业以太网GDM网PROFI-BUS及现场I/OGDM（TDC）机架控制（TDC）粗轧主电室粗轧主电室操作台、仪表、传感器、传动装置、液压阀等现场I/O公共控制（TDC）急停系统（S7300F）PDA

12、L1终端工程师站TDC粗轧操作室粗轧操作室到L221粗轧区基础自动化系统结构图2.1.1粗轧操作台粗轧操作台共设置3台L1操作终端，供操作工对设备进行操作、监控、修改工艺参数等。1台打印机用于生产过程数据打印。2.1.2 粗轧主电室1台工程师站用于S7编程和HMI编程，1台工程师站用于TDC编程、开发，1台PDA用于实时数据采集，1台L1终端。控制柜：S7300F急停系统控制柜：粗轧区急停控制；辅助控制柜S7400：粗轧区介质（流体）系统控制；公共控制TDC：主要完成粗轧区基础自动化的公共逻辑及顺序控制、材料跟踪控制、实际数据处理及管理、主令速度斜坡计算及控制等；机架控制TDC：粗轧区入、出口

13、侧导板控制，换辊控制，水平辊压下及立辊侧压下控制，AWC及SSC控制等；GDM：GDM通讯管理。2.2 粗轧区主要控制功能粗轧区主要控制功能粗轧区主要控制功能如下：轧件跟踪与协调控制；除鳞控制；辊道控制；板坯游动控制；粗轧主令速度控制（包括雪橇板轧制、速度斜波发生器等）；轧辊冷却控制；立辊和粗轧机之间的张力控制；侧导板控制（包括板坯对中控制及宽度测量）；废钢推出装置控制；辊缝标定；水平辊缝控制（电动APC）；水平辊辊缝控制（HGC）；立辊辊缝控制；自动宽度控制AWC(辊缝控制、短行程控制SSC)；换辊控制；主轴定位控制；模拟轧钢；介质系统控制（液压、润滑等）；数据管理；设定和操作方式；人工干预

14、；停止方式（急停、快停、正常停车）；与大型仪表的接口（宽度仪、压头）；人机接口（HMI），用于轧机操作、设定、维护，故障报警和状态指示。2.3 粗轧操作画面粗轧操作画面HMI2.3.1 粗轧区主操作画面 图22为粗轧操作主画面，此画面显示包括粗轧主要设备及工艺参数。如水平辊、立辊主传动速度、辊缝、轧制力、电机电流，前后侧导板开口度，除鳞箱等。图图22粗轧主操作画面粗轧主操作画面2.3.2 设备开、关状态监视画面CSM/DSM 如图23，CSM/DSM:Central(Switch Monitoring/Detail Switch Monitoring)，包括介质系统、主传动控制装置、VVVF（

15、Variable Voltage Variable Freqency）控制（辊道、推钢机）开、关监视。图图23设备开关状态画面设备开关状态画面2.3.3 设备状态详细画面图24为粗轧机前辊道开、关状态详细显示画面。图图24设备开关状态详细显示画面设备开关状态详细显示画面2.3.4 Diagnostics RM:故障诊断画面如图25、图26。此画面对粗轧公共控制、粗轧区域各个设备状态进行监视和诊断。图图25设备故障监控、诊断画面设备故障监控、诊断画面图图26立辊主传动监控、诊断画面立辊主传动监控、诊断画面2.3.5 A/W/S（Alarm/warning/system）警报/报警/系统故障显示画

16、面如图27所示，对粗轧区基础自动化设备警报/报警/系统故障的监控画面。图图27粗轧基础自动化系统粗轧基础自动化系统A/W/S显示画面显示画面2.3.6 辊缝控制画面如图28、29、210所示，对水平辊辊缝、轧制力进行显示、辊缝及压力传感器监视等。图图28辊缝显示画面辊缝显示画面图图29辊缝及轧制力显示画面辊缝及轧制力显示画面图图210辊缝及轧制力传感器监视画面辊缝及轧制力传感器监视画面3.精轧区3.1 精轧区基础自动化系统结构精轧区基础自动化系统结构精轧区基础自动化系统结构见图3-1：工程师站S7辅助控制（S7-400）机架控制F1精轧主电室精轧主电室操作台、仪表、传感器、传动装置、液压阀等现

17、场I/OGDM（TDC）到卷取急停系统（S7300F）PDAL1终端工程师站TDC精轧操作室精轧操作室公共控制（TDC）机架控制F6。打印机操作终端HMI操作终端HMI操作终端HMI操作终端HMI文件服务器工业以太网GDM网PROFI-BUS及现场I/O到L2图31精轧基础自动化系统结构图3.1.1 精轧操作台精轧操作台共4台L1操作终端供操作工对设备进行操作、监控、修改工艺参数等。3.1.2 精轧主电室1台工程师站用于S7编程和HMI编程，1台工程师站用于TDC编程、开发，1台PDA用于实时数据采集，1台L1终端，1台文件服务器主要用于基础自动化设备的数据备份。控制柜：S7300F急停柜：完

18、成粗轧区急停系统控制功能；S7400辅助控制柜：用于精轧和卷取介质（流体）系统控制；公共控制柜TDC：主要完成基础自动化的公共逻辑及顺序控制、材料跟踪控制、实际数据处理及管理、主令速度斜波计算及控制等。机架控制（F1F6）：精轧机辊缝控制，侧导板控制，换辊控制，AGC系统，弯辊控制，窜辊控制，活套控制等；GDM柜：GDM网络通讯管理。3.2 精轧区主要控制功能精轧区主要控制功能精轧区主要控制功能如下：轧件跟踪与协调控制；热卷箱控制；侧导板控制飞剪控制；精除鳞控制；机架间冷却控制；轧辊冷却控制；精轧主令速度控制；速度级联控制；l升速轧制；l动态速降补偿控制；l液压活套控制；l液压辊缝控制；l自动

19、厚度控制（AGC）；l弯辊控制WRB；l工作辊窜辊控制WRS；l凸度闭环控制系统；l层流冷却控制；l换辊控制；l模拟轧钢；l操作工手动干预控制；l介质系统控制（液压、润滑等）；l数据管理；l设定和操作方式；l停止方式（急停、快停、正常停车）；l与大型仪表的接口（宽度仪、凸度仪、平直度仪、压头）；l人机接口（HMI），用于轧机操作、设定、维护故障报警和状态指示。3.3 精轧操作画面精轧操作画面(HMI)3.3.1 精轧主操作画面精轧主操作画面如图32所示：图图3-2精轧主操作画面精轧主操作画面3.3.2 精轧轧线运行方式选择操作画面如图33，轧线运行方式分为手动方式（0Mode）和自动方式（CM

20、ode）两种。正常轧钢时使用自动方式，检修和换辊时选择手动方式。图图3-3精轧轧线运行方式选择画面精轧轧线运行方式选择画面3.3.3 精轧设备操作（运行）方式选择操作画面如图34所示，画面包括精轧压下系统操作方式选择（自动/手动/关断），精轧厚度自动控制（AGC）运行方式选择（自动/关断），窜辊选择（投入/关断），弯辊控制选择（自动/手动/关断），动态凸度控制选择（投入/关断），辊缝标定选择（启动/停止）。图图3-4精轧设备运行（操作）方式选择画面精轧设备运行（操作）方式选择画面精轧模拟轧钢/魔鬼轧制选择画面模拟轧钢主要用于实验室内系统测试，模拟轧制过程中的所有数据来自计算机仿真。魔鬼轧制主要

21、是指现场设备具备运行条件并且轧线主要设备按轧钢要求运行，如主传动、活套、侧导板、飞剪、高压水等都要按实际轧钢要求自动运行，图35。图图3-5精轧模拟轧钢精轧模拟轧钢/魔鬼轧制选择画面魔鬼轧制选择画面传动操作（运行）方式选择画面如图36所示，此画面主要是选择精轧区轧线传动运行方式，这些传动设备包括飞剪入口辊道、精轧入口辊道、精轧主传动。图图3-6精轧传动操作（运行）选择画面精轧传动操作（运行）选择画面4.卷取区4.1 卷取基础自动化系统结构卷取基础自动化系统结构卷取基础自动化系统结构图如图41所示。操作终端HMI操作终端HMI打印机工业以太网（高速）GDM网PROFI-BUS及现场I/OGDM（

22、TDC）1卷取机控制（TDC）卷取主电室卷取主电室操作台、仪表、传感器、传动装置、液压阀等现场I/O公共控制（TDC）急停系统（S7300F）PDAL1终端工程师站TDC卷取操作室卷取操作室2卷取机控制（TDC）到精轧到L2图4-1:卷取区基础自动化结构图4.1.1 卷取操作台卷取操作台共2台L1操作终端供操作工对设备进行操作、监控、修改工艺参数等。4.1.2 卷取主电室1台工程师站用于TDC编程、开发，1台PDA用于实时数据采集，1台L1终端。控制柜：S7300F急停柜：完成卷取区急停系统控制功能；公共控制柜TDC：主要完成基础自动化的公共逻辑及顺序控制、材料跟踪控制、实际数据处理及管理、称

23、重、步进梁、运输链控制等。机架控制（CD1、CD2，共两套）：侧导板控制，助卷辊辊缝和压力控制、张力辊辊缝和压力控制、卷筒速度、涨/缩控制等。GDM柜：GDM网络通讯管理。4.2 卷取区基础自动化的主要控制功能卷取区基础自动化的主要控制功能l卷取区主要控制功能如下：l带钢跟踪及协调控制；l卷取速度主令控制；l卷取机选取；l侧导板位置控制；l夹送辊控制；l助卷辊踏步控制（AJC）；l卷取机张力控制；l卷筒涨缩控制；l带钢尾端定位控制；l卷径计算；l运输链控制；运输链控制；l模拟轧钢；l介质系统控制（液压、润滑等，控制装置装在精轧辅助控制柜中）；l数据管理；l设定和操作方式；l停止方式；l与机电一体品的接口（如打捆机、喷印机等）；l人机接口（HMI），用于轧机操作、设定、维护，故障报警和状态指示。4.3 卷取操作画面图图42卷取主操作画面卷取主操作画面图图42卷取运输链操作画面卷取运输链操作画面