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　　摘要：本文講述了液壓AGC在軋鋼工藝中的原理，SIEMENS TDC的特點及其軟硬件功能，濟鋼中板廠在原來電動壓下的基礎上改造設計液壓壓下，整合了粗軋、精軋兩軋機壓下系統，并詳述了其應用后的情況。

　　關鍵詞：液壓AGC  SIEMENS TDC  軋機

　　一、液壓AGC在軋鋼工藝中的原理

　　中厚鋼板質量指標中，厚度的尺寸精度和厚度在全長上的均勻性，以及板型好壞都是十分重要的。近些年來，為了盡量縮小鋼板的厚度偏差、保證厚度的均勻性，防止潛在的和表現的板形不良，在中厚鋼板生產中采用了一系列新的控制和檢測技術。中厚鋼板軋制過程是軋機與軋件相互作用的過程，軋機受力產生彈性變形，軋件受力產生塑性變形，兩者的狀況可以用彈塑性曲線（P-H圖）來進行描述，將彈塑性曲線與塑性曲線繪制在同一坐標之內，即得到了軋制狀態下的彈塑性曲線。因此，可以說如何有效利用軋制狀態下彈塑性曲線來控制鋼板厚度和板形，是現代軋制工藝的一個重要課題。

　　以軋制狀態下的彈塑性曲線為基礎，在實際的厚度控制過程中，通過測厚儀、測壓儀、輥縫儀等檢測手段對軋制過程中的軋件厚度（入口或出口的厚度）進行間接或直接的測量，并將實測值與給定的目標值進行比較。控制系統將比較后的偏差信號進行處理后，輸出控制信號，指揮壓下系統動作，使出口厚度被控制在所要求的偏差范圍之內。這就是中厚鋼板軋制厚度控制原理。

　　為了實現軋制厚度的要求，在中國軋鋼行業經過長期的實踐并總結出，采用液壓AGC系統能夠很好的解決鋼板厚度軋制工藝要求，這項技術具有輥縫位置自動控制（APC系統）、厚度自動控制（AGC系統）、糾偏的軌跡系統、軋制力過載保護系統和快速抬輥系統。

　　二、濟鋼中板液壓AGC改造方案

　　濟鋼中板廠于2004年初在精軋機上投用了液壓AGC，控制系統選用西門子控制器—SIMADYN D；由于SIMADYN D控制器是西門子十多年前的產品，備件采購及系統維護都不方便，決定對精軋控制器硬件系統進行升級。結合粗軋AGC項目，將兩套軋機AGC控制系統合二為一，共用一套TDC系統同時實現粗、精軋的液壓AGC控制：即只需在粗軋AGC控制系統TDC控制器的基礎上，增加少量的模板，如此不僅降低了硬件投資，而且也更利于粗、精軋AGC系統的優化協調工作，從而取得更好的控制效果。

　　三、TDC系統概述和特點

　　3.1 為了實現液壓AGC的工藝要求，控制系統采用SIMATIC TDC （SIMATIC Technology and Drive Control），即工藝和驅動自動化系統。它是一種多處理器自動化系統，擅長解決處理復雜的驅動、控制和通訊任務，是對 SIMATIC S7 理想的擴充。組態和編程使用SIMATIC 工具進行，是西門子全集成自動化理念中的一部分。TDC由一個或多個模板機架組成，多處理器運行方式可以實現性能的幾乎無限制擴展。

　　SIMATIC TDC采用自由組態、模塊化的設計思想，使得系統的結構便于擴展。系統可以快速實現閉環和開環控制、算術運算以及系統監視和信號通訊等功能。SIMATIC TDC擁有一套完整的模塊化硬件和軟件設計模式，能夠保證硬件滿足各種系統的設計要求。SIMATIC TDC尤其適用與相互關聯的高精度控制系統。

　　SIMATIC TDC系統采用STEP/CFC組態語言，計算機用戶界面十分友好，易與操作和掌握，適合于從簡單到復雜的控制系統的要求。簡單任務可以組態在一個功能包中，較復雜的任務則可由幾個功能包共同完成。對于復雜的功能，可由幾個處理器組合在一個SIMATIC TDC控制單元中來完成；更高級的系統則由幾個SIMATIC TDC控制單元組合在一起，通過通訊連接交換數據來達到設計要求。

　　SIMATIC TDC采用的是實時操作系統（固定時隙為25 ?s），采樣速度很快（最短為100?s），強大的循環處理，高達5種采樣時間（T1～T5）；能夠處理周期任務（T0）和中斷（I1～I8八級中斷）任務。基于基本采樣時間T0，可以定義5種采樣時間的周期任務（T1～T5）以處理不同實時性要求的任務，其中T1～T5與T0的關系是SIMATIC TDC的處理機制如下圖所示，這樣的任務處理機制能夠滿足實時控制系統的要求。

　　3.2  SIMATIC TDC的突出特性：

  　（1）模塊化的系統結構，硬件可擴展；

　　（2）采樣時間間隔短，可達100us，特別適用動態控制任務；

　　（3）中央處理器采用64位結構，具有最大性能；

　　（4）同步多處理器運行，每個機架最多可有20個CPU；
　　
　　（5）可最多同步耦合44個機架，可以同時836個CPU同步運行；
　　
　　（6）使用STEP7組態工具進行圖形化組態：連續功能圖（CFC）和順序功能圖（SFC）；

　　（7）標準的一致性使用，例如PROFIBUS DP、工業以太網和SIMATIC WinCC，使得 SIMATIC TDC 的使用非常方便。

　　四、軋機AGC系統整體設計結構

　　4.1 粗軋機AGC系統總體結構

    單機架粗軋機AGC系統的結構與精軋機AGC結構相同，由下列部分組成：

    1） 基礎自動化系統

    2） 過程計算機系統

    3） 監控系統

    4） 操作臺

    5） 檢測儀表

    6） 執行系統包括液壓缸、壓下傳動系統。

　　設計中原定系統為SIEMENS的SIMADYN D系統，根據目前技術進展情況，將該系統改型為SIEMENS的TDC系統，該系統性能比SIMADYND系統強多倍，是目前SIEMENS公司的主流控制器。原設計監控系統為單用戶WINCC，改為SERVER/CLIENT方式的WINCC系統，即設置一臺服務器運行WINCC SERVER和WINCC 64KRC，在精軋和粗軋操作臺各設置1臺WINCC CLIENT，運行WINCC 128點RT。

　　4.2 精軋機AGC系統總體結構

    精軋機AGC系統由下列部分組成：

    1） 基礎自動化系統，升級為SIEMENS公司的TDC

    2） 過程計算機系統，由HP公司服務器承擔，主要任務是進行精軋機的規程設定計算

    3） 監控系統，由SIEMENS的單用戶WINCC監控系統承擔

    4） 操作臺（利舊）

    5） 檢測儀表（利舊）

　　6） 執行系統包括液壓缸、壓下傳動系統。

　　4.3 軋區自動化系統整合后的結構

　　在本次升級過程中將粗軋精軋兩套系統進行整體設計，共用一套TDC控制器，整合為一個完整的系統。具體方案如下：

　　1.  精軋控制系統與粗軋控制系統共用一套TDC。

　　2.  粗軋和精軋共用一套過程計算機，運行規程設定軟件，對整個軋區進行數據設定，并由過程計算機統一進行節奏控制。

　　3.  過程顯示系統WINCC也運行在一臺服務器上，目的是粗軋和精軋運行同一套顯示畫面，可使兩個操作臺同時相互監控。

　　4. 對整個軋區的數據管理也整合為一個數據庫，對數據進行統一管理。

　　5.  系統控制柜共用一個，便于系統布線及維護。

　　6.  操作臺利舊。

　　整個軋區系統示意圖如下：

　　經過整合的系統在功能上與原系統方案一致，由于形成了整體的系統架構，一方面功能分配合理性增強，此外還統一了與其他系統的通信渠道。

　　五、結束語

　　整個系統設計施工完成后，由于采用了強大穩定的SIMATIC TDC控制系統，以前經常出現網絡癱瘓，上位機死機等情況得到了徹底的解決。現場的檢測、傳感元件信號直接進TDC控制系統，大大減少了由于現場復雜環境引起的信號干擾、線路損壞等設備故障。上位機通訊采用的是服務器—客戶機連接，上位機只是簡單的接收和發送過程，其余的工作都由服務器來完成，所以網絡速度得到大幅度的提升。整合后兩機架采用一套控制系統，設備數量大大減少，降低了系統購置成本以及備件庫存成本。同時兩軋機的軋制數據還可共享使用，操作人員可以很方便的了解到目前的壓下制度，速度制度，溫度制度和輥型制度，可以根據鋼板的技術要求、原料條件、溫度條件和生產設備的實際情況，來確定各道次的實際壓下量、空載輥縫和軋制速度等參數，并在軋制過程中加以修正和應變處理，達到充分發揮設備潛力、提高產量、保證質量、操作方便、設備安全的目的。

　　作者簡介：

　　李德松  男   工學碩士  濟南鋼鐵集團馬來西亞中板廠 中級工程師 主要從事軋鋼行業自動化系統和電氣傳動自動化系統的設計、實施和維護。

　　陳錦標   男  工學學士  濟南鋼鐵集團中板廠 高級工程師 主要從事軋鋼行業自動化系統和電氣傳動自動化系統的設計和項目管理。