SIMADYN D在邯鋼連軋廠換輥系統中的應用
摘 要:SIMADYN D控制系統作為一種新型全數字控制系統,具有控制精度高、動態響應快、通訊功能強、應用靈活等技術特點。本文主要介紹了SIMADYN D控制系統的特點,以及其在邯鋼熱連軋廠自動換輥控制系統中的應用。
關 鍵 詞: ET200站 人機界面(HMI) 功能塊(FB) 全數字控制系統
Abstact: As a new type of full digital control system,SIMADYN D is characterized by high control accuracy,rapid dynamic response,strong communication function,and flexible application.this paper mainly introduce the system architecture of SIMADYN D,as well the application of SIMADYN D in auto-rolling change system of HanDan iron and steel group Hot Continuous Rolling Mill.
Key words: Distributed I/O System Human Machine Interface(HMI)
Function Block(FB) fully digital control system
1 SIMADYN D控制系統簡介
1.1 運算速度快
SIMADYN D控制系統的主流CPU是PM5和PM6(PM4目前已經很少使用)。其中PM5是32位的CPU,其主頻為32MHz,有4Mbytes DRAM, 64Kbytes SRAM,最小運行周期可達0.lms,應用程序控制回路的運行周期可到0.6ms左右;PM6是64位的CPU,其主頻為128MHz,有8Mbytes DRAM,256Kbytes SRAM,最小運行周期可達0.1ms,應用程序控制回路的運行周期可到0.5ms左右。這樣高的運算速度完全可以滿足各種工業自動化的控制要求。
1.2 功能強
SIMADYN D控制系統是一種多任務、多處理器、實時控制系統。SIMADYN D有6槽、12槽、24槽3種機架可供選擇,一個機架中最多可以配置8塊CPU模板,每塊CPU可以并行處理67個任務,每個任務中最多可以包含1O000個功能模塊,而且可以根據需要對每個功能模塊配置時鐘周期,時鐘周期有五種選擇方式(T1-T5)[1]。
1.3 編程靈活
SIMADYN D的開發環境使用的是基于UNIX操作系統下面向圖形的配置語言STRUC G或STRUC L。SIMADYN D同時也支持基于Windows操作系統下面向圖形的配置語言CFC。用戶可以根據自己的需要靈活選用不同的編程語言對系統進行控制。
1.4 產品種類齊全、可擴展性強
SIMADYN D控制系統擁有豐富的硬件模塊。機架有6槽、12槽、24槽3種,同時還有各種各樣的I/O模塊和接口模塊,用戶可以根據自己的實際情況任意選用不同的機架、電源、處理器、I/O模塊和接口模塊,從而構成滿足各種要求的控制系統。同時該系統還可以通過DP網、工業以太網與SIEMENS的PLC 或者其它自動化公司的產品進行通訊[2]。
2 邯鋼CSP廠換輥控制系統的硬件構成
邯鋼CSP廠換輥系統分為兩級:二級過程控制和一級基礎自動化。
2.1 二級過程控制
二級過程控制包括1臺ALPHA機和1臺過程服務器。其中ALPHA機通過以太網接收一級基礎自動化級送來的物料信息、鋼種、來料厚度、目標厚度、來料溫度等。并將基礎自動化級實時傳送過來的各種過程參數(輥縫、壓力、溫度、電壓、電流、轉速、力矩等),在線計算出一個實用的軋制規程,并實時傳送到基礎自動化級,控制相應的執行機構動作。在換輥時二級過程控制負責接收一級基礎自動化傳送來的軋輥數據(由操作工在COROS監控站上輸人),如輥徑、凸度、墊板厚度以及輥的ID號。并實時計算出換輥后階梯板所需要選擇的位置,將其反饋給基礎自動化以便進行對輥縫的設置和軋機的標定[3]。
2.2 一級基礎自動化級
邯鋼CSP廠共有6架精軋機組,每一架軋機有一個換輥OP操作面板和3個本地換輥ET200站,整個換輥控制系統由一套SIMADYN D來負責。我廠換輥PLC的整個硬件配置如下圖1所示,包括1個SIMADYN D機架,6個換輥操作OP面板,18個ET200控制站。

圖1 換輥SIMADYN D系統的硬件配置圖
SIMADYN D機架是整個換輥控制系統的核心,它選用一個24槽機架作為框架,其中配置以下一些模板,SIMADYND 控制系統基本組成;
2.2.1 6塊CPU模板
我們的CPU模板使用的是PM5系列處理器。其中每一塊CPU模板負責一架軋機的換輥功能,每塊CPU模板都配有一個MS52存儲卡,存儲相應軋機換輥功能的用戶程序。PM5板上帶有RS-485串行接口;還有與外圍連接的I/O接口,可以連接數字量輸入/輸出;CPU模板上的七段數碼可以顯示故障和錯誤的代碼,正常運行時顯示的是CPU的順序數;板上帶有復位按鈕;它也不需要單獨的風扇冷卻。
2.2.2 6塊IT41模板
每一塊IT41模板與一塊PM5配合使用,用于過程信號及監測信號的輸入或輸出,與外部的繼電器和執行機構等連接。IT41是一款數字量/模擬量輸入/ 輸出模板,可以連接4路模擬量輸入、4路模擬量輸出、20個數字量輸入、16個數字量輸出。完全可以滿足現場的各種設備連接。
2.2.3 1塊MM4模板
在該機架的第三槽使用了一塊MM4通訊緩沖模板,配合6塊PM5處理器工作,提高系統的實時性和多任務處理能力,MM4模板內置2MB RAM.
2.2.4 1塊EA12模塊
在機架的第十六槽內使用了一塊EA12模塊,EA12模板作為接口模塊可以實現8個模擬量的輸出。
2.2.5 1塊CS7模塊
其中二十二和二十三槽使用了CS7通訊板,用于SIMADYN D系統與其他設備之間的通訊,以及多個SIMADYN D系統之間的通訊。CS7通訊板可以配置附加通訊子板完成不同的通訊功能,本系統中通訊子板有3塊:一塊SS4采用DUST協議,實現SIMADYND與PC機之間的數據通訊,主要任務是支持CFC在線監控和調試;兩塊SS52子模板,第一塊SS52采用PROFIBUS DP/MPI協議,以實現SIMADYN D與OP47換輥操作畫面之間的通訊,第二塊SS52用來實現SIMADYN D和現場控制ET200站的通訊[3]。
2.2.6 1塊CS22模板
第二十四槽配置一塊CS22模板,CS22模板作為太網通訊的接受模塊,用來實現主SIMADYN D系統與從SIMADYN D系統之間的通訊。

圖2 換輥操作界面圖
2.2.7 6個換輥OP操作畫面
OP操作畫面是用來完成相應軋機換輥作業的人機界面,它既可以進行工作輥更換,又可以進行支承輥更換,操作人員只需按照畫面程序步驟,進行相應的操作即可完成換輥作業。在工作輥更換時完全是程序自動控制,操作人員只需確認設備的位置和換輥條件是否具備,執行相應的功能鍵即可。換輥作業的人機界面如上圖2所示,各種操作非常方便,設備的動作既可以自動進行,也可以選擇維修模式手動進行。
2.2.8 18個ET200站
每架軋機有3個ET200站,這三個ET200站的主要功能是控制相應軋機的檢測設備和執行設備,它們通過PROFIBUS總線實現現場設備與SIMADYN D控制系統的通訊。
3 邯鋼CSP廠換輥控制系統的軟件實現
在軟件方面我廠SIMADYN D系統采用的是西門子STRUC G圖形化編程軟件,SIEMENS公司提供的功能塊(FB)也非常豐富,可以實現各種運算、邏輯、轉換、和通訊等功能,用戶也可以自己設計和定義一些特殊的功能塊,完全可以滿足各種控制系統的要求。STRUC G編程軟件運行在UNIX操作系統下,其穩定性和安全性特別高[4]。如下圖3所示是STRUC G軟件中主程序的運行界面。

圖3 SIMADYN D系統的軟件運行環境
如圖3在主程序的窗口下面有兩個信息窗口,這兩個信息窗口可以記錄對主程序所做過的各種操作,如程序的編譯、參數的修改、功能塊的連接等。此外SIMADYN D有一種在線調試軟件IBS,利用IBS可以在線修改參數值、功能塊間的連接或功能塊的添加和刪除,以及遠程調試(需要利用附加的TELEMASTER軟件共同完成),同時也可以進行遠程診斷[4]。
由于在連鑄連軋生產線上,生產節奏非常快,如果在換輥中設備遇到問題,通??梢栽诔绦蛑信R時封點強制滿足換輥條件,快速完成換輥作業。在STRUC G環境下程序的封點特別方便,我們可以利用SIMADYN D機架上CS7通訊板的子板SS4實現SIMADYN D系統與計算機的通訊,只要將計算機內程序在線即可進行信號的強制,使換輥作業自動完成。
本系統從1999年投人運行以來,運行效果較好,在長期的應用中,證明了此系統具有結構簡單、控制精度高、響應速度快、可靠性高等優點。不但為我廠的順利生產創造了良好條件,同時也為其他冶金

提交