轧制过程计算机控制系统
基于CSP轧机过程控制系统建立无取相硅钢轧制模型的研究
• 67•基于CSP轧机过程控制系统建立无取相硅钢轧制模型的研究王爱君1,2 陈 林1（1.内蒙古科技大学材料与冶金学院；2.内蒙古包钢钢联股份有限公司薄板坯连铸连轧厂）本文以包钢CSP 热连轧计算机控制系统为研究对象，针对原有系统的轧制模型生产硅钢无法达到成品厚度要求精度范围，开发生产新品种（硅钢50SW600）的厚度控制相关的轧制力长期自学习模型。
绪论：CSP 轧机二级计算机系统（以下简称MCS Mill setup Computer System ）是CSP 生产线计算机控制系统的重要组成环节，其主要功能是按照带钢生产计划要求，根据上游（铸机、加热炉）板坯的规格、温度、钢种，计算出各机架的轧制工艺设定值，并下发给轧机基础级，参与实时控制。
MCS 系统采用了短期遗传的自学习模块，其主要原理是通过当前轧制板材的预计算与实测数据进行逆计算，而得出精准的轧制工艺修正参数。
为下一块板材的预计算设定进行轧制工艺参数修正，它仅开辟存储当前带钢学习系数的存储单元，此存储单元循环覆盖。
1 硅钢轧制问题的产生及研究目标2014年，包钢薄板厂建设冷轧硅钢生产线，计划由CSP 生产线提供热轧原料卷。
由于CSP 生产线原设计产品大纲不包含硅钢系列钢种，因此首先安排了实验性生产，现场技术人员设计了通过利用模型中自学习、遗传功能，按照材料硬度由高到低的规律，以钢种从SPCC 、50SW1300、50SW800、50SW600逐步过渡，达到最终可以批量生产50SW600的实验方案。
图1 轧制硅钢首坯的轧轧制力偏差图但实验的结果并不理想。
首先，每一次过渡钢种的轧制都要安排新的轧制策略，即初始轧制厚度为4-5mm ，通过5块板材的轧制逐步达到目标厚度，而硅钢系列产品的厚度严格限制在2.75mm 以下，因此造成了轧制过程中过渡材料的大量浪费，产品成材率不能满足批量生产要求。
其次，由于钢种50SW600硅含量达到0.9%至1.2%，导致其与普通钢种相比材料硬度偏差较大。
冷轧轧机TDC控制系统
目录冷轧轧机TDC控制系统一．硬件和组态二．系统软件1.处理器功能简介MON FUNCTIONS 通用功能3.MASTER FUNCTIONS 主令功能:4.STAND1-STAND5 机架控制系统1-5冷轧轧机TDC控制系统一．硬件和组态TDC工业控制系统西门子公司SIMADYN D的升级换代产品，也是一种多处理器并行远行的控制系统。
典型的TDC控制系统的配置是由电源框架、处理器摸板、I/O摸板和通讯摸板搭建构成。
电源框架含21个插槽，最多允许20个处理器同时运行。
框架上方的电源可单独拆卸，模板不可带电插拔。
CPU551是TDC控制系统的中央处理器，带有一个4M记忆卡，程序存储在记忆卡内，电源启动时被读入CPU551中执行。
可通过在线功能对处理器和存储卡中的程序作同步修改。
SM500是数字量/模拟量输入/输出模板,更换时注意跳线.CP50MO是MPI/PROFIBUS通讯摸板，更换时需要使用COM-PROFIBUS软件对其进行组态的软件下装。
CP5100是工业以态网的通讯摸板，更换时注意插槽跳线。
CP52A0是GDM通讯模板。
GDM是不同框架的TDC之间进行数据交换的特有通讯方式，不同框架的TDC通过光缆汇总到GDM内，点对点之间的通讯更加直接，传输速度更快。
TDC控制系统的硬件需要在软件程序中进行组态和编译，然后下装到CPU中。
二．系统软件包钢薄板厂冷轧轧机区域TDC控制系统按框架分为以下三个功能：12酸轧电气控制冷轧酸轧电气篇C S P B T2．1 处理器功能简介1．COMMON FUNCTIONS 通用功能：处理器1：SIL: 模拟功能SDH: 轧制参数管理IVI: 人机画面处理器2：MTR: 物料跟踪系统WDG: 楔形调整功能处理器3: ADP: 实际值管理2．MASTER FUNCTIONS 主令功能:处理器1: MRG-GT: 轧机区域速度主令处理器2: THC-TH: 轧机厚度控制入口区域处理器3: THC-TX: 轧机厚度控制出口区域处理器4: SLC: 轧机滑差计算ITG: 张力计接口处理器5: LCO-LT: 轧机区域生产线协调3．STAND1-STAND5 机架控制系统1-5处理器1: CAL: 机架标定SCO: 通讯接口MAI: 手动干涉ITC: 机架间张力控制处理器2: SDS: 机架压下系统处理器3: RBS: 机架弯辊系统12酸轧电气控制冷轧酸轧电气篇C S P B TRSS: 机架串辊系统处理器4：REC：轧辊偏心补偿（F1专有）FLC：板形控制系统（F5专有）以下将对每个功能中的笔者阅读过并认为重要的处理器的程序作说明，对于没有阅读和非重要的仅作简单介绍。
四辊铜带轧机轧制过程计算机控制系统的研究
四辊铜 带轧机 轧制过程计算 机控 制 系统 的研 究
马 艳阳 ， ， 科ｚ 翟周 ， 峰ｚ 韩俊
（． １ 陕西国防工业职业技术学院 ， 陕西 西安 ７０ ０ ； １３２
２中国重型机械研究院有限公 司， ． 陕西 西安 ７０ ３ ） １０ ２
级 ）轧制过程完全靠人工控制 ， ， 自动化程度低 ， 生产 效率低。本文提 出将基础 自动化级和过程控制级两 级控制 系统 ， 有机地结合起来 ， 应用到 生产实际 中 ， 真正 实现生产管理一体化 ， 提高 自动化程度 ， 提高生 产效 率 。
０ ８ — ０ ／ ｉ —１ ０ ５ ０ｍ ｒ ｎ ａ
摘 要： 通过 分析 四辊铜 带轧机轧制过程计 算机控制 系统的现状和设备组成 ， 出四辊铜 带轧机轧制过程 计算机两级 提
控 制 系统 ， Ｌ 级基础 自动化 级和 Ｌ 级 过程控制级 ， 即 １ ２ 对轧制过程计算机两级控制 的主要 功能 、 件 配置和软件 编程 硬
进行设 计 ， 总结 了轧制过 程计算机控制 系统 的特 点 ， 为今后工程设计提供 了 考。 参
图 １ 轧 机 设 备 组 成
照生产工 艺流程 ， 控制主动支持生产线的物资 、 备品 备件 和水 、 气等资源体的供应 ， 电、 最大 限度保证技
工艺过程为 ： 钢卷通过天车 吊到上卷小车上 ， 术 、 由 设备和人力资源的供给。企业生产管理部门可以 上卷小车将钢卷上到开卷机上 ， 开卷机开卷 ， 开头矫 通过 Ｌ 级（ Ｅ ２ Ｍ Ｓ网络信息系统 ） 系统给 Ｌ 级下达生 １ 直机将带卷头部矫直 ，经机前装置将带材送到主轧 产工艺 ， 实时采集 Ｌ 级数据 ， ｌ 实时进行数据处理 ， 实
自动轧钢机的plc控制
PLC的编程语言和编程工具
PLC的编程语言通常采用类似于计算机高级语言的指令集，如Ladder Logic、Function Block Diagram（FBD）、Structured Text（ST）、Instruction List（IL）等。
常用的PLC编程工具包括PLC厂商提供的专用软件包和第三方软件，如Rockwell的RSLogix 5000、Siemens的STEP 7等。这 些软件提供了图形化编程界面，使得用户可以方便地编写、调试和监控PLC程序。
PLC控制技术基础
PLC的定义与特点
PLC（可编程逻辑控制器）是一种专为工业环境设计的数字电子设备，用于执行顺 序控制、逻辑运算、算术运算等操作，并通过数字或模拟输入/输出模块控制各种类 型的机器和设备。
PLC具有高可靠性、高灵活性、易于编程和易于扩展等特点，因此在工业自动化 领域得到了广泛应用。
程序优化与改进
优化算法
根据实际运行情况和性能要求，优化控制算 法，提高控制精度和响应速度。
改进功能
根据生产需求和设备升级，逐步增加或改进 控制功能，提高自动轧钢机的生产效率和产 品质量。
05
系统测试与运行
系统测试方案与实施
测试目的
确保PLC控制系统在自动轧钢机中的稳定性 和可靠性，提高生产效率。
PLC的基本组成和工作原理
PLC主要由中央处理单元（CPU）、存储器、 输入/输出模块、电源和编程设备等部分组成。
PLC的工作原理可以概括为输入采样、程序 执行和输出刷新三个阶段。在输入采样阶段 ，PLC读取输入信号的状态并将其存储在输 入映像寄存器中；在程序执行阶段，PLC按 照用户程序的顺序执行指令，并更新内部存 储器的值；在输出刷新阶段，PLC将输出映 像寄存器的值输出到输出模块，驱动外部设
中厚板轧制的计算机生产过程控制
了３ ＃、４ 的液 压 ＡＧＣ轧钢控 制 系统 、０＃ ＃ 喷涂装 置，其方案实施包括 ： 台的 排钢进 炉管 理 、２＃ 台的 出钢 管理 、生 （ ） 生产计 划和 排钢计 划管 理 ：实现 当 １ ３ 产 调 度 的 排钢 计划 、生 产技 术的 生 产 计 划 １生 产计划 和坯 料进 炉计 划的制 定 、管 理和 等 ，轧后 结合下 表检 验数据 传递 、两 条精整 传 递 ； 线的 检验 现场记 录 、成 品入 库 、加 热炉 内钢 （ ） 调度 １志 ：生产 作业情 况记 录 、指 ２ ３ 坯跟 踪等 ，并 使之 与 中板厂 的原 有事务 管理 标 统 计 以 及 打 印 、查 询 ； 系统 及 网络进 行有 效衔接 ，达到 在线生 产过 （ ）钢 记录及 向 ＡＧＣ系统的 网络 数据传 ３ 程 自动 化控制 的 目的 。图 ｌ为 中板厂 生产过 递 ：２ ＃操 作 台根 据 《 装炉 卡 》 按 炉 道 出 程 控 制业 务 流 程 简 图 。 钢 ，并将 出钢数据 分送 至 ＡＧＣ系统 和 ５＃操 作 台 ，以 实现 ＡＧＣ 系统 的 自动 轧制 和逐级 数据 传递 ，并 同时 负责 轧前 钢坯 的 回炉 、轧 ３ 中板计算机生产过程控制的实现 废等 记录 ； ３ １ 网络体 系的结构 ． （ ） 加热 炉钢 坯数 据跟踪 ：根 据 《 炉 ４ 装 柳州钢 铁股份 有限公 司中板厂采 用 ｌ ０ ０／ ｌ ０ Ｍ 快 速以太 网共存 的方式 构造 网络 ，服 卡 》 信 息 ，实 现 对 三 座 加 热 炉 、６ 个 炉 道 Ｏ０ 、 务 器 采 用 了 ＨＰ ５ ０ 、 Ｂ Ｅ ＥＲＶＥ ６ 、 的钢 坯 的排列 、进 出炉 时 间 、温 度等 数据 的 ８ Ｇ３ Ｉ Ｍ Ｓ Ｒ３ ５ ２ ５ 为数据运算 、数据交换 、数据存 储服务 实 时 自动跟 踪 和 记 录 ； ６做 器 ，网络拓扑结 构为星形 。液 压 ＡＧＣ系统的 （ ） ５＃、６＃ 、７＃台 的钢板 数据 逐 ５ Ｌ ＥＶＥＬ Ⅱ，即 二级 数学 模型或 规程计 算部 级 传 递 ；５ ＃ 台 ：除 逐 级 传 递 外 ，还 负 责 分， 计算机 硬件采用 的是 美国 ＨＰ Ｃｏ ａ ｍｐ ｑ公 对 ｌ＃冷 床的 缓 冲处 理 及轧 件 的 中 间轧废 、 司的 Ｅ ４ Ｓ ０小型机 ，软 件的操作 系统 为 ＯＰＥ Ｎ 吊下 等的 记录 ；６＃台 ：钢 板数 据的 逐级 传 Ｖ ， ＭＳ 控制部 分采用 Ｖ ＭＥ 总线的嵌 入式计算 递 及对 所轧 钢板 通过 自动喷 涂 装置进 行分 批 机 系统 和 ＶＸＷ０ＲＫＳ实时 多任务操 作系统 ， 标 识 ；７＃台 ：将下 冷床 的 钢板 数据 分送 至 其 ＶＭＥ总线模板采 用的是美 国 ＭＯＴＯＲＯＬ Ａ ｌ＃或 ２ ＃精 整线 ； （ ６） 下表检 验 ：对表 面检验 情况 在计算 公 司 的 ＶＭＥｌ ２ ３ Ｃ ７ ３ ３ ＰＵ 板 卡 和 ＶＡＴＡＬ 公 司的 Ｉ ／０接 口卡 。ＶＭＥ总线 支持 多处理 机 上 进 行 标 识 ； （ ） 产品检 验记 录 ：实现 《 ７ 交库 单》 的 器 系统 ，数 据 传输 是异 步并 行 的 ，能 处理 ７ 级 中断 ，具 备高 速实时 的响 应能 力和很 强的 在 线 实时 数 据 记 录 ； （ ） 成品 入库记 录 ：对检验 完成 的钢板 ８ 标 记 其垛 位及偏 差 信息 ，以 实现 成品 库的计 算机 管理 ； （ ） ＬＥＤ双基 色点阵显示 屏 ：用于显 示 ９ 出钢 计 划 和调 度 １志以 及 公共 事 务信 息 ； ３ （０ １ ）四行数码 显示屏 ：用于 向挂料和 行 车操 作人 员显 示上料 信息 ，以确 保坯 料装 炉 的 准确性 ；
第一节 轧制过程的自动跟踪
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轧制过程的计算机控制系统
(一)原始数据区 原始数据区IDA (Initial Data Area)存贮板坯和轧 制计划的原始数据。每根轧件都有自已的原始数 据，例如钢号、材质、钢坯尺寸、成品尺寸和质 量要求等。它们是设定计算和自动控制的必要参 数。原始数据是以数据结构的形式构成，它分为 钢坯数据和钢批数据。钢坯数据是指一块钢坯的 有关数据，而钢批数据则是指若干块材质和尺寸 等要求相接近的副坯组构成的一批数据。
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轧制过程的计算机控制系统
计算机控制系统的跟踪功能是通过轧件跟踪等 一系列程序，根据生产线上各个区段的检测器(冷 钢区段为冷金属检测器CMD，热钢区段为热金属 检测器HMD)和负荷继电器LR等的状态，不断地更 新各个区段跟踪指示字的内容来实现的。 随着轧件在生产线上的移动，计算机根据各区 段跟踪指示字的内容判断每根轧件的实际位臵，针 对轧制生产中的原始数据、生产数据和具体要求等 分别进行自动控制。所以，本章以具有典型意义的 热连轧为例，研究轧制生产过程中的数据区、数据 流动以及轧件跟踪的基本方法。
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轧制过程的计算机控制系统
(四)运输链数据区 运输链数据区CVDA (Con Veyer Data Area)用 来存贮已经在运输链上的钢卷数据。其中包括从精 轧PDA中传下来的数据、钢卷质量分类结果数据、钢 卷在运输链上的称重值和对钢卷的各种质量检查结 果。运输链数据区保存成品钢卷数据，供钢卷产品 报表使用。 以上4个数据区中的数据是顺序关联的。当一个 轧件沿着加热炉入口辊道到运输链分叉口流动时， 该轧件的数据也相应地按如下方式在各数据区之间 流动：IDA→SDA→PDA→CVDA。当轧件在某道工序进 行加工时，与控制这个轧件有关的数据不断地被加 17 11:06进相应的数据区里。
热连轧过程及计算机控制(L-2)
（3） 半连续式热带轧机（Semi-continuous Hot Strip Mills）(图2-3a) 粗轧机有两个以上的可逆机座，或者全部为可逆机座。
（4） 3/4连续式热带轧机（3/4 Continuous Hot Strip Mills）(图2-3c) 4座粗轧机中有一个可逆机座。
生产效率提高。 (5)热加工变形可引起组织性能的变化，以满足对产品某些组织与性能的要求。
WUST
图1-1 铁碳合金相图
WUST
热加工变形除具有上述优点，使之在生产实践中得到广泛的应用外，同其 他加工方法相比较它也有如下的不足：
(1) 对薄或细的轧件由于散热较快，在生产中保持热加工的温度条件比较 困难；
(2) 热加工后轧件的表面不如冷加工生产的尺寸精确和光洁； (3) 热加工后产品的组织及性能不如冷加工时均匀； (4) 从提高钢材的强度来看，热加工不及冷加工。
热加工变形可以认为是加工硬化和再结晶两个过程的相互重叠。在此过 程中由于再结晶能充分进行和变形时靠三向压应力状态等因素的作用，可使：
(1) 铸态金属组织中的缩孔、疏松、空隙、气泡等缺陷得到压密或焊合。 (2) 在热加工变形中可使晶粒细化和夹杂物破碎。 (3)金属在热变形过程中产生带状组织。
（5） 带卷取箱的热带轧机（图2-4）
WUST
Left Furnace Coiler
FourHight Mill
Right Furnace Coiler
Slab Feed roll
Fig.2-1 Schematic diagram of Steckel mill
轧钢生产过程中自动化控制技术的应用
轧钢工艺可分为冷轧钢和热轧钢，其中，冷轧钢工艺更加成熟、先进。
这一技术不仅可以提高轧钢质量，还能够与先进的自动化控制技术相结合。
随着自动化控制技术的不断完善，轧钢生产质量和产量也会更有保障。
当前，人们对于自动化控制技术提出很高的要求，在轧钢生产中，应用自动化控制技术可以提高生产效率，也可以使钢材的质量更上一层楼。
一、自动化控制技术与设计系统概述随着时代的不断发展，人们对于钢材的要求越来越高，这是由于各个领域对于钢材的需求量极大，因此，必须要在提高钢材产量的基础之上，确保钢材的质量。
在传统的轧钢生产中，相应的技术比较落后，因此，需要引进先进的自动化控制技术。
自动化控制技术在近几年来正得到不断完善，这一技术不仅可以提高轧钢生产质量和效率，还能够实现对生产过程的有效控制。
在轧钢生产中有各种各样的设备，其中，连轧机是一种融入自动化控制的设备，不仅具有很高的效率，还能够提高钢材的质量。
应用自动化控制技术时，要对设计系统进行优化。
在系统中，要构建完善的数据库，使数据能够得到有效的收集、存储和处理；设置报告系统，保证相关部门可以及时了解设备的运行状况；设置指标系统，通过这一系统可以提供完善的指标和计算结果，确保服务器正常运行；完善信息查询功能，优化模型，并及时对信息进行调整；做好相应的预算，将数据限制在合理范围内。
二、冷轧钢板自动化控制技术1.具体构成在冷轧钢板自动化控制技术中，要明确系统的组成部分。
在基础自动化系统中，主要包括PLC、远程I/O和HMI 设备。
该系统可以对轧钢生产线传动进行控制。
由于冷轧生产中的工艺参数比较多，因此，需要利用技术进行精确的控制。
在生产中，为发挥出仪表的作用，也要对其进行精细化控制，同时，还要利用传感器获取重要的信息，二级系统会及时获取相应的信息，从而实现对生产的进一步控制。
操作人员可以通过操作界面了解生产线的情况，并及时对相应的情况进行处理。
在进行生产线控制时主要采用的技术是HMI技术，利用服务器实现对数据的存储，并进行相应的通讯；服务器与客户机要保持连接状态；客户机可以及时接收服务器传递的数据，并负责接收操作人员接收的数据，在第一时间内将数据传递给服务器。
浅谈PLC系统在轧钢产线自动控制中的应用
浅谈PLC系统在轧钢产线自动控制中的应用1. 引言1.1 PLC系统的定义可编程逻辑控制器（PLC）是一种用于工业控制系统的特殊计算机，其主要功能是监控输入信号并根据程序控制输出设备。
PLC系统通过接收来自传感器或开关的输入信号，经过内部程序处理后控制执行器或电机等输出设备的工作，实现对工业设备或生产过程的自动控制。
PLC系统具有可编程、高可靠性、灵活性强、开放式架构等特点，因而被广泛应用于各类自动化控制系统中，包括轧钢产线。
PLC系统的设计基于逻辑控制原理，通过在PLC的编程软件中设定各个输入信号与输出设备之间的逻辑关系，实现对产线各个部分的精确控制。
PLC系统可以根据生产需求随时修改程序，使得轧钢产线可以快速适应不同工艺参数或生产规格的变化。
PLC系统还可以实现监控和数据记录功能，帮助运营人员及时了解产线运行状态，提高生产效率和质量控制水平。
1.2 轧钢产线自动控制的重要性轧钢产线自动控制的重要性在于提高生产效率、保障产品质量、减少人工操作、降低生产成本，提高生产线的稳定性和可靠性。
通过PLC系统实现轧钢产线的自动控制，可以将生产过程中的各种数据实时监测和控制，自动进行调节和处理，避免了人为因素对生产造成的干扰，提高了生产线的运行效率和产品质量稳定性。
而且PLC系统能够根据不同需求自动调整生产参数，实现生产线的智能化管理，可以更好地适应市场需求的变化和产品新旧的更新迭代。
轧钢产线自动控制的重要性不仅体现在提高生产效率和产品质量的方面，同时也在于提升企业的竞争力，实现经济效益的最大化。
通过PLC系统在轧钢产线中的应用，可以有效提高生产线的工作效率，降低生产成本，同时也可以实现生产过程的智能化和自动化，为轧钢产线的发展注入新的活力和动力。
2. 正文2.1 PLC系统在轧钢产线中的应用介绍PLC系统在轧钢产线中的应用主要包括控制轧机的启停、速度调节、张力控制、轧辊调整等功能。
通过PLC系统可以实现对整个轧钢过程的实时监测和控制，实现自动化生产。
轧机控制系统TDC实践应用
轧机控制系统TDC在沙钢宽厚板的应用钢板总厂宽厚板二车间王朱涛1．引言在热轧生产线上，轧机是一道重要的生产工序，本文是根据沙钢宽厚板二车间的轧机电气控制系统实例来对TDC的应用实施进行阐述。
由加热炉加热到目标温度的出炉板坯首先经过高压水除鳞箱清除氧化铁皮，然后进入轧机机架区域。
轧机的主要作用是通过对加热到目标温度的板坯进行多道次的轧制，将板坯轧到合同要求的厚度。
下面具体谈一下轧机控制系统的硬件配置和功能。
2．轧机控制系统沙钢宽厚板二车间使用了Siemens 的SIMATIC TDC 作为控制系统的硬件设备。
TDC 控制系统是多CPU 系统，计算能力强、运算速度快，能够实现高速、复杂的控制任务，系统的实时性好，能够实现开环和闭环的过程控制和计算。
可以解决非常复杂的调节和各种通信任务。
SIMATIC TDC 具有以下突出的特性：1、模块化的系统结构，硬件可扩展；2、采样时间间隔短，可达100ms，特别适用动态控制任务；3、中央处理器采用64 位结构，具有最大性能；4、同步多处理器运行，每个机架最多可有20 个CPU；5、可最多同步耦合44 个机架；6、使用STEP7 组态工具进行图形化组态：连续功能图(CFC) 和顺序功能图（SFC）；下图为Simatic TDC 框架的示意。
图1：Simatic TDC 框架示意图机架使用SIMATIC TDC 电磁屏蔽19"机架UR5213，该机架允许硬件扩展，具有较高的性能裕量。
它适用于墙壁安装和箱柜安装，配装有一个具有冷却和内部监控功能的集成电源。
总共有21个槽位用于扩展模板，并可通过64位背板总线连接。
对于较高的性能要求，在一个机架内可最多有20个同步CPU 模板多处理器运行，可有44个机架相互连接在一起。
本框架使用的CPU 是CPU551。
I/O模板使用SM500，SM500 I/O模板提供有丰富的选项，用于连接分布式I/O。
除了16点二进制输入/ 输出以外，它还具有8 点模拟量输入/ 输出以及4 点积分型模拟量输入。
北京科技大学科技成果——热轧L2级过程自动化控制系统
北京科技大学科技成果——热轧L2级过程自动化控制系统项目简介热轧过程自动化控制系统（L2）主要任务是对热轧全线的生产工序进行实时跟踪、数据采集和工艺参数优化，获得满意的产品尺寸精度和各项性能指标。
成功的热轧过程自动化控制系统应该达到三个要求：控制系统运行稳定、功能设置灵活实用、产品质量控制精确。
控制系统能否运行稳定主要取决于计算机硬件系统的合理配置以及中间件和应用软件的结构设计及编程质量。
功能设置的灵活实用主要体现在控制系统的功能和接口是否可以很好地适应热轧各种不同的生产工艺要求和关键参数控制，以方便工艺技术员实现产品和工艺开发。
产品质量要控制精确，关键在于设定计算所涉及的数学模型、控制策略、自适应算法等。
高效轧制国家工程研究中心在大型热轧自动过程控制系统进行了多年的研究和开发，承担并且完成了国内许多热轧工程项目，积累了丰富的现场经验和各种成熟的解决方案，能够完成从系统设计﹑软件设计、编程调试﹑现场服务﹑到开工投产的全过程。
本项目的主要内容包括：硬件和系统软件：所选用的基于PC服务器的过程控制软硬件系统已经在多家大型热轧工程项目中成功应用，系统稳定性经受了现场长时间的严格考验。
支持软件：中间件（Middle Ware）是过程自动化系统的核心支撑软件，即应用软件的开发平台和运行环境，本项目采用的中间件PCDP（Process Control Develop Platform）是由高效轧制国家工程研究中心自主研制开发的，具有完全知识产权。
应用软件：高效轧制国家工程研究中心提供的过程自动化应用软件涵盖了热轧的各项控制功能：初始数据管理、轧件跟踪、轧制节奏、设定计算（预计算、再计算、后计算、模型自适应）、通信管理、测量值处理、HMI画面管理、历史数据管理、报表管理、轧辊数据管理、模拟轧钢等。
数学模型：高效轧制国家工程研究中心能够提供如下数学模型：（1）自动燃烧控制模型；（2）轧制节奏控制模型；（3）轧制温度模型〔空冷温降、高压除鳞温降、形变热、轧件与轧辊接触时的传导温降等〕；（4）轧件变形模型〔变形抗力、轧辊压扁、轧制力和轧制力矩等〕；（5）自动宽度控制模型；（6）板形设定和控制模型；（7）终轧温度控制模型；（8）卷取温度控制模型；（9）卷取设定模型；（10）平面形状控制模型；（11）控温轧制模型；（12）轧制规程优化模型。
轧制过程计算机控制系统
板坯库是连铸连轧产线与A炼钢连铸之间重要的缓冲环节。板坯库管理主要是对来自A炼钢的冷装板坯、 B炼钢有质量异议的板坯、回炉坯进行管理。
H 钢卷库管理
钢卷库存放轧线产出的钢卷，当质量判定合格后交销售部门向用户发货。
I 产品外发管理
产品只有经过成品发货才能到达客户手中，完成企业的生产目标，实现企业的利润。根据客户的要求 运输方式有汽车和火车两种方式。根据企业的管理业务流程，客户在销售公司收到货款，开具提货单 时，热轧厂才能进行发货处理。合同全部发货完成后应在生产控制级系统进行合同结案处理，以防止 生产部门为该合同多配料生产，产出非计划品。
车间设备全面采用计算机控制，是从原料送上加热炉辊道开始，尺寸、温 度、轧制过程、冷却过程、卷取过程都实现程序设定和实时控制，满足轧制 生产稳定、安全和高质量要求，为生产出高精度高档次的产品奠定基础。
计算机控制系统有不同分布方式、计算模型选择，不同计算处理速度和通 讯速度，这些都成为控制水平高低的影响因素。
3）特殊功能模块
为了增强PLC的功能，扩大其应用领域，PLC都有各种各样的功能模块。它们主要用于完成某些特殊功 能任务，减少CPU的负担，如通讯MPI模块，存储显示模块等。通信处理器用于PLC之间、PLC与远程 I/O之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工 业以太网，或者用于点对点通信。有的S7-300／400CPU集成有MPI之外的通信接口，相当于CPU模块
（2）控制功能不断完善。从代替人工操作的设定闭环控制，发展到产 品质量控制、故障诊断，并实现了控制轧制。
（3）控制范围不断扩大。20世纪60年代初期，以控制精轧机为主，主 要是进行压下位置和轧机速度的预设定。20世纪60年代中后期，控制范 围扩大到加热炉、粗轧机、精轧机、卷取机。20世纪80年代，过程控制 与管理控制相结合，范围又扩大到板坯库、钢卷库、成品库以及热平整 线和热剪切线，从而覆盖了整个热轧厂。
自动轧钢机的PLC控制系统设计
自动轧钢机的PLC控制摘要随着生产力和科学技术的不断发展，人们的日常生活和生产活动大量的使用自动化控制，不仅节约了人力资源，而且很大程度的提高了生产效率，又进一步的促进了生产力快速发展，并不断的丰富着人们的生活。
本设计是研制自动化程度高、工作可靠轧钢机的PLC控制系统，使其完成进料、轧钢、出料的自动化程序控制。
该设计充分利用了学习中讲述的可编程控制器（PLC）的多方面的设计知识和方法，再加上接近开关、压力阀的配合使用精确的实现了轧钢机从按下启动按钮开始，到接近开关有信号，输送电动机转，钢板到位后，另一个接近开关有信号轧钢机正转，电磁阀通电，给一个向下的下压量，同时输送电动停转，S2没有信号时，YA失电退回，M3反转，钢板退回，当S1在次有信号时重复以上动作，第三次轧钢完成后S2再次没有信号时，停机下量。
关键词：PLC，传感器，电磁阀，钢板，正转，反转AUTOMATIC ROLLING MILL OF PLC CONTROLABSTRACTAlong with productive forces and science and technology unceasing development, people's daily life and production activity massive use automation control, not only saved the human resources, moreover very great degree enhancement production efficiency, also the further promotion productive forces fast development, and unceasing was enriching people's lifeThis design is a high degree of automation, reliable rolling mill of PLC control system, make the finished feeding, rolling, automation control program.This design makes full use of learning about the programmable logic controller (PLC) of various design knowledge and methods, plus proximity switch, pressure valves with use accurate realized from the press the start button mill began to close a signal switch, motor, conveying, and another steel rolling mill is a signal switch to turn, solenoid valve, gives a downward energized, while conveying output.however, S2 no signal electric stalled, YA losing electricity back plate, back, and from M3 reversal in times when S1 repeat above is a signal, the third after rolling again no signal, S2 down under.KEY WORDS: PLC, sensors, solenoid valves, steel, are turning, reverse目录前言 (1)第1章可编程控制器的基本结构及原理 (2)1.1 PLC的基本组成与各部分的作用 (2)1.1.1 PLC的基本组成 (2)1.1.2 PLC各部分的作用 (2)1.2 三菱FX2N系列PLC (4)1.3 可编程控制器的主要原理 (5)第2章系统的硬件设计 (7)2.1PLC机型选择 (7)2.2I/O分配表及其硬件原理图 (8)2.3 主电路的设计 (11)2.3.1 电动机的选择 (11)2.3.2 自动轧钢机的工作方式 (11)2.4 轧钢机的工作流程图 (13)第3章系统软件的设计 (14)3.1 软件的组成及其作用 (14)3.1.1 PLC的内部资源 (14)3.1.2 PLC的编程语言 (15)3.2PLC的梯形图程序 (17)第4章系统常见故障分析及维护 (21)4.1系统故障的概念 (21)4.2 系统故障分析及处理 (21)4.2.1 PLC主机系统 (21)4.2.2 PLC的I/O端口 (22)4.2.3 现场控制设备 (22)4.3 系统抗干扰性的分析和维护 (23)结论 (24)谢辞 (25)参考文献 (26)附录 (27)外文资料翻译 (29)前言自动轧钢机在工业中应用很广泛，以前它采用的是继电器线路控制系统，该系统故障率高，维修不便，极大地影响其工作效率。
冷轧厂五机架连轧机过程控制计算机系统
冷轧厂五机架连轧机过程控制计算机系统[摘要]：介绍了冷轧厂五机架连轧机过程控制计算机系统的组成和功能，着重介绍了该系统的硬件、软件结构，以及应用软件的功能。
[关键词]：冷轧五机架连轧机过程控制计算机系统中图分类号：tu755.3+1 文献标识码：tu 文章编号：1009-914x（2012）32- 0102 -011、冷轧五机架控制系统概况改造后的控制系统由两级计算机组成一个分布式计算机控制系统：设备控制计算机（以下简称一级机）和过程控制计算机（以下简称二级机），它们通过westnetⅱ网络相互通信，如图1所示。
1.1一级机概况一级机的主要任务是根据二级机设定的参数完成轧制过程的控制、数据采集等功能，主要由17台mac柜、16台i/o柜、操作员站、工程师站组成。
根据控制对象的不同，mac ds控制器分为3种：3台顺序控制器（sr21、sr30和sr31），7台过程控制器（pr01、pr02和pr11～pr15）和7台主传动控制器（mr40～mr46）。
各控制器的功能见图1。
工程师站和操作员站用于轧制过程的状态监视、人工干预和系统的开发维护。
1.2二级机概况过程控制机采用2台dec公司的vax-4105a计算机，它们互为热备份，通过以太网将2台vax机和二级机的其它设备连接在一起，用westnetⅱ高速数据通道实现和一级机之间的通信。
它主要完成以下功能：原始数据输入和管理；对待轧、正轧、已轧的钢卷进行跟踪；轧制过程数据的收集和处理；数学模型预设定计算；轧制过程的自学习；操作、维护画面的显示；各种工程报表、质量报表和生产报表的生成和打印。
2、二级机软件系统2.1二级机软件结构由于一级机和二级机中所使用的数据格式不同，因此，每隔0.1s，i/o监视器将这些一级原始数据传送到二级机milli/o内存缓冲区时，要进行工程单位转换，以备二级应用程序使用。
数据传送和转换完后，i/o监视器触发轧机事件监控，特殊数据收集和其它数据收集，以存取milli/o内存缓冲区中新刷新的数据，这种触发方式能够有效地防止数据滞后，使得应用程序同milli/o中的数据保持一致。
板带轧制数模及控制1
（1） CSP工艺 由德国西马克公司研制，第一条生产线 于1989年在美国的Nucor Crawfordsville 厂投产，生产线全长约300米。目前大约 2/3的薄板坯连铸连轧生产工艺为CSP线。 一机一流生产能力大约90万吨/年；两机 两流为180万吨/年。最小热轧卷厚度为 1.0mm。产品厚度为1.0~12.7mm
（5） TSP（Tippins-Samsung Process）工艺 1993年美国Tippins公司推出了TSP工艺，它将 中厚板连铸机与斯特克尔轧机结合起来，在投 资很低的情况下，即可获得40万~200万吨/年的 产量，厚度为1.5~2.0mm。 （6） CPR(Casting Pressing process) CPR工艺即铸压轧由德国西马克公司、蒂森公 司和法国Usinor Sacilor公司共同开发，用于生 产厚度小于25mm的合金钢和普碳钢热轧带材。 德国蒂森公司的杜伊斯堡厂CPR机组1998年投 产，热轧带钢厚度为0.8~1.0mm。
（3） FTSRQ(FTSC) (Flexible Thin Slab Rolling for Quality)工艺 FTSRQ(后该为FTSC)称为生产高质量产品的灵 活性薄板坯轧制，由意大利达涅利公司开发。 第一条生产线于1997年在加拿大的Algoma钢厂 投产。产品厚度为1.0~16.0mm。 （4） CONROLL （CONtinuous ROLLing）工艺 该工艺由奥钢联工程技术公司(VAI)开发，第 一 条 生 产 线 于 1995 年 4 月 在 美 国 的 Armco Mansfiled钢厂投产。生产能力90~180万吨/年 （1×1流，2×2流），产品厚度1.8~12.7mm。
1．3.3 轧制过程计算机系统配置典型结构 为了满足冷、热连轧计算机控制系统对于高 速控制和高速通讯的要求，国外大电气公 司都设计有针对性的大型分布式计算机控 制系统。但从系统的拓朴结构上看基本上 可归纳为两类系统，即区域控制群结构和 超高速网结构。
轧机的计算机自动控制系统改造
满 足不 断完 善 的 轧 钢 工 艺 的 要 求 ， 因此 我 们 对 老
系统 进行 升级 改造 已 经 十分 必 要 。为 了提高 轧 钢 工艺 的水平 、 高轧 机 自动 化 程 度 ， 提 以及 满 足 用 户 对 轧材 产 品精 度 的严 格 要 求 ， 项 改 造 工 程 在 设 这 计 中采用 了计 算 机 自动 控 制 技 术 ， 以实 现 对 轧 机
所示 。
收 稿 日期 ：０ ９—１ ０ ２０ ２— １
后部 区域 通过 专用 Ｉ Ｏ模 块 和 同轴 电缆 构成 过 程 ／ 控制 网。 而 基 础 自动 化 级 由 ＳＥ Ｎ Ｉ ＭＥ Ｓ公 司 的
Ｓ一 ｌ５ Ｏ Ｏ ５ ３ Ｕ、 ＭＲ Ｎ公 司 的 Ｃ ０及 Ｃ ０系 列 Ｐ Ｃ ２ ３ Ｌ
第 ３ 卷 ０
第 ２ 期
黑 龙 江 冶 金
Ｖｏ ． ０ １３
Ｎｏ ２ ．
２０１ ０年 ６月
Ｈ ｉ ｎ ｊ ｎ Ｍｅａ ｕｇ ｅ ｏ ｇｉ ｇ ｌ ａ ｔｌ ｒｙ ｌ机 的计 算 机 自动 控 制 系统 改 造
马 兰祥
（ 东北 特钢 集 团北满 特殊 钢有 限责 任公 司 。 齐哈 尔 １ １４ ） 齐 ６ ０ １
关键词 ： 计算机 自动控制 系统 ； 过程 自动化 ； 基础 自动化 ； 系统 功能 ； 控制方式
Ｔｈｅ Ｒｅ ｉｄ ｎｇ ｏ ｂｕ ｌ ｉ ｆ Ｔｈｅ Ｃｏ ｐ ｅ ｍ ｕｔ ｒ Ａｕｔ ｃ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｂ ｕ ｌｉ ｇ Ｍ ｉ ｏ ｏ ｒ ｌＳ ｓ ｅ ａ ｏ ｔ Ｒｏ ｌｎ ｌ ｌ
ｓ ｓｅ ｏ ｈ ｏ ｕｔｒ ｎ ａ ｃ ｈ ｕ ｏ ａｉ ｎ ｄ ｇ ｅ ｙ ｔｍ ｆｔ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ，ｅ ｈ ｎ ｅ ｔ ｅ ａ ｔｍ ｔｏ ｅ ｒ ｅ，ｃ ｌｒｔ ｒ ｌ ｂ ｌｔ ｅｅ ｉｙ， ｅ ｉ ｉｉｙ，ｐｒｃ ｓｏ ｆｔ ｏｌｎ ａ ｅ ｉｉｎ ｏ ｈｅ ｒ ｌｉ ｇ
热连轧过程自动化控制系统
热连轧过程自动化控制系统热连轧计算机系统包括生产管理级、生产控制级、过程控制级和设备控制级。
过程控制级也称过程优化级。
执行对轧件从炉前辊道开始直到卷取结束的全线物料跟踪、板坯装炉出炉操作控制、炉内最佳加热控制、主轧线上的切头控制、活套控制、板宽控制、板厚控制、轧制温度控制、卷取温度控制、过程数据采集与处理、过程设备巡检、诊断报警、过程控制计算机之间的数据通讯等功能。
过程控制计算机系统调试是热连轧多级计算机系统调试的核心部分。
调试方法在上一级计算机中存贮着事先编制好的各种轧制计划表及各种板坯的基本数据，按时序将轧制计划和原始数据发送到过程控制机。
加热、粗轧、精轧等过程均有相应的模拟试验程序，用以模拟实际工艺过程、发出轧件通过各生产区段所产生的动作信号，并用模拟事件激活过程控制机的各部分功能程序。
模拟试验主要是测试各部分应用程序的功能，在此阶段可将放置在现场各操作室内的显示终端和打印机暂时安放在主机房，以供调试人员及时观察模拟试验情况，进行检查和分析。
此时应将过程控制计算机传送给设备控制级的设定值和设备控制级传送到被控制设备输出的信号端暂时切断，这些信号可以从显示器或打印机上输出，供分析核对使用。
在修正和完善应用软件功能及排除设备故障之后，方可进入模拟轧钢阶段。
逐渐接通过程控制机向设备控制计算机以及被控设备的信号连线，将控制信号直接施加给被控对象，观察被控设备的动作情况。
模拟程序要具有较强的人机对话功能，包括对程序的跟踪、修改和过程参数的打印、显示和修改等。
在模拟调试过程中，操作者应随时注意画面上所报出的提示信息，对于错误操作，操作者可及时更正；属于数据传输错误或计算错误而使结果超限时，应进行人工干预，输入正确的数值。
除在现场操作室内进行显示和打印外，通常也可以在主机房的显示终端、系统打字机和行式打字机上进行。
调试内容包括加热过程、粗轧过程、精轧过程、带钢冷却过程、卷取过程等控制计算机系统的调试以及备用机和设备故障检测机的调试。
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➢对以上60个参数定时制表；
➢对上限、下限、实时钟停等故障实现故障报 警；
0~10mA
+24V
土霉素车间的DDC控制框图
▪控制目标：厚度精度
▪被控量：辊缝
▪巡检参数：轧制力、辊缝、
▪应用特点：数据收集、记录；在线操 作指导，建立自适应模型。
H h H
应力状态系数QP用布兰德-福德公式的 希尔简化式计算。
Q p Learn 1.79 f
R' 1.02 H
Learn是自学习参数，其初值为1.08
轧制数据表
道次 厚度 轧制力 辊缝 实测厚度 实测压力 实测辊缝 反算压力 自适应参数
0 2.728
2.728
1.150
1 2.300 74.42 2.190 2.315 80.76 2.192 73.10
1.215
2 1.900 77.83 1.780 1.925 81.22 1.782 75.90
1.259
3 1.600 71.18 1.499 1.590 77.09 1.497 72.04
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5
实例：冷轧带钢平整机的计算机数据收集系统
光电编码器
模拟量输入通道 脉冲输入计数器板
压力传感器
光电编码器
❖控制目的：给予带钢小压下量改善板型平直度，使之达到国家标准；
❖被控量：平整延伸率
vout vin vin
、轧辊辊缝
S0
h
P P0 Cp
❖巡回检测数据：轧制力、轧制速度、辊缝。
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1
第一章 绪论
1.1 过程计算机控制系统的组成 1.2 过程计算机控制系统的发展概述 1.3 轧制过程计算机控制概述 1.4 过程计算机控制系统的基本类型
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2
1.4 计算机控制系统的主要类型
控制是作为一个系统与生产过程结合在一起的。根据应用特 点、控制目的、控制方法和系统的构成，过程计算机控制系 统大体上可分成以下几种基本类型： 1. 数据收集系统（Date Acquired System-DAS） 2. 操作指导控制系统( Direct Digital Control－DDC系统） 3. 直接数字控制( Direct Digital Control－DDC系统） 4. 集中型计算机控制系统(Concentric Control system-CCS) 5. 分布式控制系统（Distributed Control System－DCS系统 6. 现场总线控制系统（Fieldbus Control System－FCS系统）
数据收集系统
参数：压力、流量、温度的输入信号；
数据收集 装置
计算机
➢ 模拟量： ➢ 脉冲量： ➢ 开关量：
电机控制系统中的速度给定、电流给定的输入信号；
控制伺服阀、比例阀的输出信号。 通过光电编码器测量的速度、位移 信号。
操作台上的开关、按钮；行程开关、极限开关； 信号指示灯、音响报警、继电器的接通与断开、电磁阀的 打开与关闭；电机的启动与停止；计数器的预定数值计满； 定时器的预定时间已到达。
11
3.直接数字控制系统Direct Digital Control System，DDC
被测变量
…
操作变量
…
控制规律：基于经典控制理论和现代控制理论的程序算法。
DDC 特点： ➢信号转换
➢控制功能强大
➢控制方法灵活
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➢要求实时性好、可靠性高、适应性强。
12
实例：制药厂的DDC控制
1.302
输入测量厚度 h(1)=2.315 h(2)=1.925 h(3)=1.590
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3 直接数字控制 ( Direct Digital Control－DDC）
本质—— 用一台计算机取代一组模拟调节 器，构成闭环控制回路。
AI、DI
控制站
AO、DO
…
…
…
…
优点 —— 计算灵活，精度高，可以处理多个控制回路。不仅能实现常规 的PID控制规律，也能实现PID以外的多种复杂控制。
问题 —— 当时的计算机系统的价格昂贵，计算机运算速度不能满足快速 过程实时控制的需求。
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CRT 打印机 报警 操作台
计
输入通道 (AI.DI）算来自生 产机 输出通道
过 程
(AO.DO)
★ 要求：实时性好、可靠性高和适应性强
★ 一台计算机通常要控制几个或几十个回路
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3
1 数据收集系统 （Date Acquired System-DAS）
轧制过程中的各种过程变量，计算机可以通过检测仪器检 测到，转换成数字量送入计算机内存,这种检测叫做计算机 采样。计算机还可以再将这些数据经过适当的计算，量纲 换算将它换成所需要的数值，或者进行其他的数学分析或 数据加工。
在这类系统中，计算机只对工业过程的各种参数进行巡回 检测、报警、结果处理，并在给定的时间间隔时，通过显 示、打印等方式向操作人员提供各种数据，即不参加对过 程的控制。这种巡回检测数据收集系统，现已成为各种计 算机控制系统的重要组成部分，它的连接形式如下图所示。
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工业 对象
❖应用特点：数据收集系统纪录和显示轧制过程中的各种不同情况，分
析和研究轧制过程，建立和改善数学模型。
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6
2．操作指导控制系统 P17
操作指导系统直接从现场输入实洲 参数，由计算机进行分析和计算并 给出操作指导，故称其为“在线” 操作指导系统。
优点：结构简单，控制灵活和安全。
土霉素生产车间20只发酵缸每个 缸有2-4个参数，共需60个参数进 行实时控制
温度 溶氧
pH
消沫
三级缸 10
10
10
10
二级缸
5
5
/
/
一级缸
5
5
/
/
Τ=40ms×60=2.4s
0~10mA
系统完成的功能：
➢对20只缸共50个参数（温度、溶氧、pH)实 现PID控制；
➢对10只三级缸实行消沫控制（开关量控制）；
缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
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计算机：利用所检测的数据，根据一定的 控制和管理方法进行计算，给出相应的操 作指导信息，通过CRT或打印机输出给操 作人员。
在线操作指导控制系统
离线操作指导控制系统
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实例：二辊可逆式冷轧机操作指导系统