SIMADYN D在邯鋼連軋廠換輥系統(tǒng)中的應用

摘   要：SIMADYN D控制系統(tǒng)作為一種新型全數(shù)字控制系統(tǒng)，具有控制精度高、動態(tài)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(tǒng)的特點，以及其在邯鋼熱連軋廠自動換輥控制系統(tǒng)中的應用。
關 鍵 詞： ET200站    人機界面(HMI)   功能塊(FB)   全數(shù)字控制系統(tǒng)

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(tǒng)簡介
1.1 運算速度快
       SIMADYN D控制系統(tǒng)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(yè)自動化的控制要求。
1.2 功能強
       SIMADYN D控制系統(tǒng)是一種多任務、多處理器、實時控制系統(tǒng)。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(jù)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(fā)環(huán)境使用的是基于UNIX操作系統(tǒng)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(tǒng)下面向圖形的配置語言CFC。用戶可以根據(jù)自己的需要靈活選用不同的編程語言對系統(tǒng)進行控制。
1.4 產品種類齊全、可擴展性強
       SIMADYN D控制系統(tǒng)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(jù)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(tǒng)。同時該系統(tǒng)還可以通過DP網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)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(tǒng)的硬件構成
邯鋼CSP廠換輥系統(tǒng)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(wǎng)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(shù)(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(guī)程，并實時傳送到基礎自動化級，控制相應的執(zhí)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(shù)據(jù)(由操作工在COROS監(jiān)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(tǒng)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(tǒng)的硬件配置圖
       SIMADYN D機架是整個換輥控制系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)字量輸入/輸出；CPU模板上的七段數(shù)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(shù)；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(jiān)測信號的輸入或輸出，與外部的繼電器和執(zhí)行機構等連接。IT41是一款數(shù)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(shù)字量輸入、16個數(shù)字量輸出。完全可以滿足現(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)與其他設備之間的通訊，以及多個SIMADYN D系統(tǒng)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(tǒng)中通訊子板有3塊：一塊SS4采用DUST協(xié)議，實現(xiàn)SIMADYND與PC機之間的數(shù)據(jù)通訊，主要任務是支持CFC在線監(jiān)控和調試；兩塊SS52子模板，第一塊SS52采用PROFIBUS DP/MPI協(xié)議，以實現(xiàn)SIMADYN D與OP47換輥操作畫面之間的通訊，第二塊SS52用來實現(xiàn)SIMADYN D和現(xiàn)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(wǎng)通訊的接受模塊，用來實現(xiàn)主SIMADYN D系統(tǒng)與從SIMADYN D系統(tǒng)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(yè)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(yè)。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(zhí)行相應的功能鍵即可。換輥作業(yè)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(zhí)行設備，它們通過PROFIBUS總線實現(xiàn)現(xiàn)場設備與SIMADYN D控制系統(tǒng)的通訊。

3  邯鋼CSP廠換輥控制系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)
       在軟件方面我廠SIMADYN D系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)的要求。STRUC G編程軟件運行在UNIX操作系統(tǒng)下，其穩(wěn)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(tǒng)的軟件運行環(huán)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(shù)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(shù)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(jié)奏非?？?，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(yè)。在STRUC G環(huán)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(xiàn)SIMADYN D系統(tǒng)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(yè)自動完成。
       本系統(tǒng)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(tǒng)具有結構簡單、控制精度高、響應速度快、可靠性高等優(yōu)點。不但為我廠的順利生產創(chuàng)造了良好條件，同時也為其他冶金