SIMADYN D在邯钢连轧厂换辊系统中的应用

摘   要：SIMADYN D控制系统作为一种新型全数字控制系统，具有控制精度高、动态响应快、通讯功能强、应用灵活等技术特点。本文主要介绍了SIMADYN D控制系统的特点，以及其在邯钢热连轧厂自动换辊控制系统中的应用。
关 键 词： ET200站    人机界面(HMI)   功能块(FB)   全数字控制系统

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控制系统简介
1.1 运算速度快
       SIMADYN D控制系统的主流CPU是PM5和PM6(PM4目前已经很少使用)。其中PM5是32位的CPU，其主频为32MHz,有4Mbytes DRAM， 64Kbytes SRAM，最小运行周期可达0.lms，应用程序控制回路的运行周期可到0.6ms左右；PM6是64位的CPU，其主频为128MHz，有8Mbytes DRAM，256Kbytes SRAM，最小运行周期可达0.1ms,应用程序控制回路的运行周期可到0.5ms左右。这样高的运算速度完全可以满足各种工业自动化的控制要求。
1.2 功能强
       SIMADYN D控制系统是一种多任务、多处理器、实时控制系统。SIMADYN D有6槽、12槽、24槽3种机架可供选择，一个机架中最多可以配置8块CPU模板，每块CPU可以并行处理67个任务，每个任务中最多可以包含1O000个功能模块，而且可以根据需要对每个功能模块配置时钟周期，时钟周期有五种选择方式（T1-T5）[1]。
1.3 编程灵活
       SIMADYN D的开发环境使用的是基于UNIX操作系统下面向图形的配置语言STRUC G或STRUC L。SIMADYN D同时也支持基于Windows操作系统下面向图形的配置语言CFC。用户可以根据自己的需要灵活选用不同的编程语言对系统进行控制。
1.4 产品种类齐全、可扩展性强
       SIMADYN D控制系统拥有丰富的硬件模块。机架有6槽、12槽、24槽3种，同时还有各种各样的I/O模块和接口模块，用户可以根据自己的实际情况任意选用不同的机架、电源、处理器、I/O模块和接口模块，从而构成满足各种要求的控制系统。同时该系统还可以通过DP网、工业以太网与SIEMENS的PLC 或者其它自动化公司的产品进行通讯[2]。

2 邯钢CSP厂换辊控制系统的硬件构成
邯钢CSP厂换辊系统分为两级：二级过程控制和一级基础自动化。
2.1 二级过程控制
       二级过程控制包括1台ALPHA机和1台过程服务器。其中ALPHA机通过以太网接收一级基础自动化级送来的物料信息、钢种、来料厚度、目标厚度、来料温度等。并将基础自动化级实时传送过来的各种过程参数(辊缝、压力、温度、电压、电流、转速、力矩等)，在线计算出一个实用的轧制规程，并实时传送到基础自动化级，控制相应的执行机构动作。在换辊时二级过程控制负责接收一级基础自动化传送来的轧辊数据(由操作工在COROS监控站上输人)，如辊径、凸度、垫板厚度以及辊的ID号。并实时计算出换辊后阶梯板所需要选择的位置，将其反馈给基础自动化以便进行对辊缝的设置和轧机的标定[3]。
2.2 一级基础自动化级
     邯钢CSP厂共有6架精轧机组，每一架轧机有一个换辊OP操作面板和3个本地换辊ET200站，整个换辊控制系统由一套SIMADYN D来负责。我厂换辊PLC的整个硬件配置如下图1所示，包括1个SIMADYN D机架，6个换辊操作OP面板，18个ET200控制站。

 
图1 换辊SIMADYN D系统的硬件配置图
       SIMADYN D机架是整个换辊控制系统的核心，它选用一个24槽机架作为框架，其中配置以下一些模板，SIMADYND 控制系统基本组成；
2.2.1  6块CPU模板
       我们的CPU模板使用的是PM5系列处理器。其中每一块CPU模板负责一架轧机的换辊功能，每块CPU模板都配有一个MS52存储卡，存储相应轧机换辊功能的用户程序。PM5板上带有RS-485串行接口；还有与外围连接的I/O接口，可以连接数字量输入/输出；CPU模板上的七段数码可以显示故障和错误的代码，正常运行时显示的是CPU的顺序数；板上带有复位按钮;它也不需要单独的风扇冷却。
2.2.2  6块IT41模板
       每一块IT41模板与一块PM5配合使用，用于过程信号及监测信号的输入或输出，与外部的继电器和执行机构等连接。IT41是一款数字量/模拟量输入/ 输出模板，可以连接4路模拟量输入、4路模拟量输出、20个数字量输入、16个数字量输出。完全可以满足现场的各种设备连接。
2.2.3  1块MM4模板
      在该机架的第三槽使用了一块MM4通讯缓冲模板，配合6块PM5处理器工作，提高系统的实时性和多任务处理能力，MM4模板内置2MB RAM.
2.2.4  1块EA12模块
在机架的第十六槽内使用了一块EA12模块，EA12模板作为接口模块可以实现8个模拟量的输出。
2.2.5  1块CS7模块
      其中二十二和二十三槽使用了CS7通讯板，用于SIMADYN D系统与其他设备之间的通讯，以及多个SIMADYN D系统之间的通讯。CS7通讯板可以配置附加通讯子板完成不同的通讯功能，本系统中通讯子板有3块：一块SS4采用DUST协议，实现SIMADYND与PC机之间的数据通讯，主要任务是支持CFC在线监控和调试；两块SS52子模板，第一块SS52采用PROFIBUS DP/MPI协议，以实现SIMADYN D与OP47换辊操作画面之间的通讯，第二块SS52用来实现SIMADYN D和现场控制ET200站的通讯[3]。
2.2.6 1块CS22模板
      第二十四槽配置一块CS22模板，CS22模板作为太网通讯的接受模块，用来实现主SIMADYN D系统与从SIMADYN D系统之间的通讯。

 
图2 换辊操作界面图
2.2.7 6个换辊OP操作画面
      OP操作画面是用来完成相应轧机换辊作业的人机界面，它既可以进行工作辊更换，又可以进行支承辊更换，操作人员只需按照画面程序步骤，进行相应的操作即可完成换辊作业。在工作辊更换时完全是程序自动控制，操作人员只需确认设备的位置和换辊条件是否具备，执行相应的功能键即可。换辊作业的人机界面如上图2所示，各种操作非常方便，设备的动作既可以自动进行，也可以选择维修模式手动进行。
2.2.8 18个ET200站
      每架轧机有3个ET200站，这三个ET200站的主要功能是控制相应轧机的检测设备和执行设备，它们通过PROFIBUS总线实现现场设备与SIMADYN D控制系统的通讯。

3  邯钢CSP厂换辊控制系统的软件实现
       在软件方面我厂SIMADYN D系统采用的是西门子STRUC G图形化编程软件，SIEMENS公司提供的功能块（FB）也非常丰富，可以实现各种运算、逻辑、转换、和通讯等功能，用户也可以自己设计和定义一些特殊的功能块，完全可以满足各种控制系统的要求。STRUC G编程软件运行在UNIX操作系统下，其稳定性和安全性特别高[4]。如下图3所示是STRUC G软件中主程序的运行界面。
 

图3 SIMADYN D系统的软件运行环境
      如图3在主程序的窗口下面有两个信息窗口，这两个信息窗口可以记录对主程序所做过的各种操作，如程序的编译、参数的修改、功能块的连接等。此外SIMADYN D有一种在线调试软件IBS，利用IBS可以在线修改参数值、功能块间的连接或功能块的添加和删除，以及远程调试（需要利用附加的TELEMASTER软件共同完成），同时也可以进行远程诊断[4]。
      由于在连铸连轧生产线上，生产节奏非常快，如果在换辊中设备遇到问题，通常可以在程序中临时封点强制满足换辊条件，快速完成换辊作业。在STRUC G环境下程序的封点特别方便，我们可以利用SIMADYN D机架上CS7通讯板的子板SS4实现SIMADYN D系统与计算机的通讯，只要将计算机内程序在线即可进行信号的强制，使换辊作业自动完成。
       本系统从1999年投人运行以来，运行效果较好，在长期的应用中，证明了此系统具有结构简单、控制精度高、响应速度快、可靠性高等优点。不但为我厂的顺利生产创造了良好条件，同时也为其他冶金