摘要：本文介绍了冷轧机的电气控制系统，特别是ABB公司AC800PEC控制器在轧机自动化系统中的应用，同时也介绍了自动化系统的功能、硬件组成、通讯原理及软件设计方法。
关键词：AC800PEC；DCS800；冷轧机；自动化控制
前言
ABB推出的AC800PEC 控制器是高性能的过程控制系统，具有全集成自动化功能。它代表了将生产制造和工艺过程领域统一起来的新革命，从而使所有的软硬件合成为一个系统。这种集成包括三个方面：数据管理、配置与编程、通讯。基于上述特点，在洛阳铜加工可逆式冷轧机电控系统改造项目自动化控制系统采用了 ABB 公司生产的AC800PEC 控制器，它与分布式 IO 从站经 Profibus DP 总线连接，构成了新型的现场总线控制系统，实现了高速度、高质量、低消耗、稳定可靠的运行。本文拟对本次改造项目做如下简述：
一、轧机自动化控制系统网络
冷轧机自动化控制系统主要有以下几部分组成 ：管理和过程控制服务器、HMI 人机界面系统、网络系统、AC800PEC 控制器、S800 模块及 S100模块等。依据机组工艺及控制要求，轧机自动化控制系统分为两级 ：一级为基础级自动化系统，二级为过程级自动化系统。
该系统配置见图 1。
图1 新自动化系统配置图
基础级自动化系统主要完成现场的生产数据采集（包括压力、流量、温度、电流等）及各种报警信号采集，并完成液压伺服系统的压上缸位移闭环控制及轧制力闭环控制，根据过程控制计算机系统传送过来的轧制规程数据，在液压伺服系统、电气传动装置以及所有辅助系统均正常的情况下，依据操作台发出的指令，以及现场检测信号情况，完成整个轧制过程的厚度控制、张力控制等。过程级自动化系统根据原料的厚度、宽度、材质以及需要的成品厚度等数据，依据建立的数学模型进行计算、优化，从而得到最优轧制规程，并送给基础级自动化系统。过程级自动化系统还具有人机界面 HMI、可进行生产过程的全面监控、报警、历史数据查询、存储、打印、报表等功能。
二、轧机电气控制系统
轧机的主要工作是将铣面或者退火后的带材再次轧制，冷轧生产可以提供高精确度和性能优良的铜板带材。主要设备有直头机、左上卷取机、左下卷取机 、主机架、右上卷取机、右下卷取机、开卷机。退火后（或者铣面后）的铜卷，拆除捆带由上卷小车（直头机及链式运输机）把铜卷运送到开卷机（左上卷取机）芯轴上，穿带完毕后机组开始建张运行。正常轧制模式下，开卷机和卷取机是张力控制，主机速度控制 ；在重卷模式下，开卷机是张力控制，卷取机是速度控制。入口偏导辊装有高精度码盘，ABB 控制器配有S100 高速计数模块，码盘的反馈信号直接接入高速计数模块，PLC 根据开卷机的初始卷径和码盘反馈的脉冲数计算铜卷的实时卷径，当计算剩余铜卷圈数和设定甩尾圈数相等时，机组开始低速运行甩尾。在反向穿带结束后，机组重新建张运行，入口卷取机和出口卷取机是张力控制，主机还是速度控制。
当检测入口卷取机卷径剩余圈数等于设定值时，机组停车，在无异常状况下机组重又开始建张运行，入口出口仍是张力模式。入口偏导辊装有高精度码盘，通过模拟量和 DP 通讯和 ABB AC800PEC 收发信息，这样入出口卷取机可以投入间接张力控制，提高了轧制精度。带铜来料的厚度通过入口测厚仪反馈给 PLC，PLC 通过来料厚度的前馈和出口测厚仪的反馈实现辊缝自动厚度控制 AGC，保证了带铜厚差偏移在允许范围内。在所有电机传动中，均为中低压传动 DCS800-R，都是通过 Module Bus 和 AC800PEC 通信。
三、系统硬件配置
本系统主要由 1 套高性能的 AC 800PEC 控制器、本地 IO 站、分布式远程 IO 站、数据采集分析系统、网络通讯及二级系统组成。AC800PEC控制器通过 ABB 快速光纤 PEC Link 实现双向点对点方式数据交换。AC800PEC通过Module Bus 和中低压传动DCS800-R通讯 ；AC800PEC 通过以太网来实现与过程级自动化系统通讯 ；IO 站通过 Profibus DP 网连接。
AC800PEC主要完成替换现有的PLC 逻辑控制系统,MK1~2 传动控制系统以及Vollmer 工艺控制系统。新控制系统将承担通用逻辑控制，传动逻辑控制，给定生成，自动降速，预设定，张力控制,换辊控制以及工艺控制（AGC,RGC，弯辊控制，倾斜控制等）等。齿轮润滑站、电机轴承润滑站、乳化液泵站系统、排雾系统、油温自动控制、液位监控、压力控制及报警等通过IO 站与AC800PEC通讯反映到主操作台上。
四、网络通讯
控制网络（MMS）：用于控制器与一级服务器间通讯，支持 100MBit/s 以太网的传输速度，遵循主从通讯原理，通讯信息长度为 1024 字节。
设备网络 ：用于连接一级服务器与一级操作站、二级服务器及二级机、打印机 ；采用 TCP/IP 协议 ；支持100MBit/s 以太网的传输速度。
内部网络协议（VIP）：用于二级服务器与控制器、厚度及板形控制系统间通讯。通讯协议 ：TCP/IP、UDP/IP ；传输速率 ：10MBit/s。
高性能通讯 ：用于控制器之间的通讯，是一种高性能的通讯，具有快速低负荷的特点。通讯介质采用光纤控制器与远程 IO 站通讯；采用Profibus DP 总线连接控制器与传动；采用 Module bus通讯，通讯介质为光纤控制器与本地 I/O（S100）间通讯采用背板总线连接。二级控制系统主要有 3 个 PC 站组成，分别为 ：操作员站（人机界面）、工程师站及服务器，它们之间通过以太网与 PLC 连接。其中服务器可以单独工作，是该系统的核心。
五、系统软件
系统软件包括控制软件和人机界面软件。
控制软件 ：800XA 完成系统硬件组态和编程，用来完成工艺生产过程的部控制任务。其中包括 ：PID 的控制流量计、模拟信号及数字信号的采集等再将程序载入 AC800PEC 控制器内部，完成相应的逻辑控制功能。
人机界面软件：VB6.0 是面向对象的工业控制组态软件，可将生产过程中的状态以图像文字、曲线及报警等清楚地表达出来。
AC800PEC 控制器采用 ABB 公司的 AMPL（ABB Master Programming Language）程序软件进行编制，其中包含丰富的功能控制块，可以方便、快捷地完成各种类型的控制要求。该语言提供了非常丰富的指令集，它使复杂功能的编程变得简单快捷，提供了结构化的程序设计方法。此语言以块形式管理用户编写的程序和数据，可以通过调用语句将它们组成结构化的程序，增加程序的可读性和易维护性。系统为用户提供了大量预先编制的功能块，用户可直接使用这些功能块，从而大大缩短了编程时间数据采取集中存贮方式，仅需输入一次所有的软件单元即可得到信号，由一个统一的信号表进行管理，本工程范围的所有工具均可使用。设计程序时充分考虑了系统的资源，尽量减少程序逻辑扫描时间，提高控制的实时性。为了调试传动更加快捷，系统软件在原有基础上增加了新的功能，使原本在空载调试传动中需要测试的空载补偿和转动惯量补偿由 PLC 直接实现数据采集和计算，加快了调试和响应速度。系统软件提供了可供编程的五种语言，可以根据实际情况选择使用，当一个过程需要很多步骤，并且每个步骤的先后顺序固定的情况下，系统配备顺控时序图就可以大大减小系统程序量。
结束语
本系统采用 AC800PEC 进行控制，功能完善，结构先进，能耗小，扩展灵活，便于维护，极大地提高了企业的生产效率和经济效益。硬件设计及软件设计带来了很大的方便，其硬件结构的可靠性及良好的抗干扰性能，保证了系统的稳定运行。
参考文献
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[2]于雪梅.?六辊可逆轧机基础自动化控制系统设计[D]. 东北大学,2012.
[3]于雪梅,董贵岩,郑志刚.?通钢冷轧基础自动化系统[J].?科技与企业,2012,(21).
论文作者:陈国锋
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/8/2
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