SIMATIC TDC控制系统在中厚板厂轧机中应用

1 、前言

宝钢集团新疆八一钢铁有限公司中厚板厂于2008年建成投产，为了更好的控制板形，提高钢板质量，四辊轧机压下系统采用电动压下+液压AGC系统。轧线控制系统采用德国SIEMENS公司的SIMATIC TDC控制系统，极大地提高了轧线控制的快速性与稳定性。

2 、SIMATIC TDC概述

由于中厚板生产的特殊性，要想获得理想的产品质量，液压AGC技术是必不可少的，而AGC要取得理想的效果，首先要求控制系统必须快速、可靠。由此轧线控制系统采用 SIMATIC TDC （SIMATIC Technology and Drive Control），即工艺和驱动自动化系统。它是一种多处理器自动化系统，擅长解决处理复杂的驱动、控制和通讯任务，是对 SIMATIC S7 理想的扩充。组态和编程使用SIMATIC 工具进行，是西门子全集成自动化理念中的一部分。TDC由一个或多个模板机架组成，多处理器运行方式可以实现性能的几乎无限制扩展。

SIMATIC TDC采用自由组态、模块化的设计思想，使得系统的结构便于扩展。系统可以快速实现闭环和开环控制、算术运算以及系统监视和信号通讯等功能。SIMATIC TDC拥有一套完整的模块化硬件和软件设计模式，能够保证硬件满足各种系统的设计要求。SIMATIC TDC尤其适用与相互关联的高精度控制系统。

SIMATIC TDC系统采用STEP/CFC组态语言，计算机用户界面十分友好，易与操作和掌握，适合于从简单到复杂的控制系统的要求。简单任务可以组态在一个功能包中，较复杂的任务则可由几个功能包共同完成。对于复杂的功能，可由几个处理器组合在一个SIMATIC TDC控制单元中来完成；更高级的系统则由几个SIMATIC TDC控制单元组合在一起，通过通讯连接交换数据来达到设计要求。

TDC系统特点如下：

（1）模块化的系统结构，硬件可扩展。 （2）采样时间间隔短，可达100µs，特别适用需快速响应的动态控制任务。 （3）中央处理器采用64位结构，具有最大性能。 （4）同步多处理器运行，每个机架最多可有20个CPU。 （5）可最多同步耦合44个机架，可以同时836个CPU同步运行。 （6）使用STEP7组态工具进行图形化组态：连续功能图（CFC）和顺序功能图（SFC）。 （7）标准的一致性使用，例如PROFIBUS DP、工业以太网和SIMATIC WinCC，使得 SIMATIC TDC 的使用非常方便。

3、基础自动化级

基础自动化级 采用Siemens TDC和 S7-400加ET200远程站组成，用于逻辑控制，数据处理和闭环控制，带有存贮器的处理板，供电单元和通信单元。

控制器通过以太网卡连接至工业以太网，分别与L1，L2和WINCC服务器交换数据；通过TDC机架上的PROFIBUS-DP接口，分别下挂PROFIBUS现场总线连接ET200远程站、编码器和传动装置。

3.2.1 SIMATIC TDC机架

它以一个21槽机架作为框架，用于扩展模板，并可通过64 位背板总线连接。次此项目包括五个CPU 模块CPU551， CPU551 适用于具有较高运算要求的开环和闭环控制任务。它采用64 位RISC 技术设计，拥有一个 32 MB的用户储器和插入式储器模块。第一个CPU负责处理实际值、处理设定值、模拟量逻辑、人工干预；第二个CPU负责物料跟踪；第三个CPU负责轧线协调、、换辊、工作辊冷却等；第四个CPU负责主传动与辅传动速度控制；第五个CPU负责EGC、HGC、AGC、弯辊的控制。SM500 I/O 模板提供有丰富的选项，用于连接分布式I/O，有AI、AO、DI、DO及脉冲输入等接口，主要用于采集电动压下移传感器，AGC位移传感器，AGC压力传感器，四辊主传动控制系统电压、电流、转速、力矩等信息；控制执行机构（压下电机、伺服阀）。通讯模板 CP50M0可提供高性能的通讯，通过PROFIBUS DP将SIMATIC TDC与ET200站、S7－400站相连接。通讯模板 CP51M1亦可提供高性能的通讯，通过以太网将SIMATIC TDC与L2、WinCC服务器相连接。

3.2.2 WinCC监控站

共有四台WinCC监控站（HMI），一台WinCC服务器，一台WinCC工程师站。WinCC服务器采惠普塔式服务器，可靠性高。HMI运行的监控软件为SIEMENS公司的WINCC。WinCC服务器通过以太网卡与板轧机控制器SIMATIC TDC进行通讯。

3.2.3 ET200站、S7-400站

SIMATIC TDC通过DP网与10个ET200站和一个S7-400站通讯。 其中S7-400站做为TDC的从站，负责控制轧线介质系统，S7-400站通过10个ET200远程站收集液压站与润换站的信号，同时完成对液压站与润换站的启停控制及信号监测；TDC所直接连接的ET200负责收集轧机现场检测元件的信号（压力、温度、流量、热金属检测器等）。

3.2.5 执行机构

压下控制系统的执行机构由电动压下和液压压下两部分组成。电动压下的执行机构是压下电机，由SIMATIC TDC系统计算出压下速度设定值并通过DP网传给压下传动装置，控制压下电机驱动电动压下螺丝上下移动；液压压下的执行机构是伺服阀，其控制信号也由SIMATIC TDC系统通过电流信号给出，控制伺服阀的开口方向和开口度，驱动油缸上下移动。

4运行效果

八钢中厚板厂四辊轧机采用TDC控制系统以来，运行非常可靠，没有出现过大的系统故障，并且具有定位精度高（定位误差≤±0.01mm）、操作灵活、容易维护、稳定性好等特点。