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GE FANUC的RX7I在济钢1700的应用

供稿:中国工控网 2014/6/25 8:47:00

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一、概述
济南钢铁集团始建于1958年,职工3.8万,资产总额400亿,产品以中板、中厚板、热轧薄板、冷轧薄板为主。“十五”期间,济钢抓住机遇加快结构调整,推进集约经营,取得了又好又快发展,2005年钢产量突破1000万吨,在全国十大钢中名列前矛,极大提高了济钢的知名度。
济钢1700中薄板坯连铸连轧工程是由鞍钢总承包进行设计、安装和调试的,是我国第一条具有自主知识产权的中薄板坯热轧带钢生产线,在国内尚属首例。2004年底奠基以来,进行了2年的施工建设,设备安装和调试,于2006年1月一次试车成功,2006年8月份产量超过21万吨,标志着年产250万吨的热轧生产线顺利投产。
热连轧控制系统在冶金企业中属于高精端的层面,其自动化控制系统的好坏决定了这条线本身的的质量和产量,因热连轧机的生产率高、生产过程连续,只要提高自动化水平,就可挖掘其巨大潜力,大幅度地提高产量和改善产品的机械性能、产品尺寸精度、断面形状和平直度,而且自动化系统还可以承担人力不能胜任的复杂工作。本文从热轧基础自动化的搭建着手,介绍GE FANUC的高端产品RX7I如何采集现场检测元件,采集操作台的人工设备干预,利用复杂的内部数学模型来完成带钢在机架内时各种设备的动作时序和动作过程。
二、系统配置要求
济钢1700热轧生产线主要由:两座步进式加热炉,一台带前立辊的四辊可逆式粗轧机,一台切头飞剪,六机架精轧机组,一套带钢层流冷却装置,两台卷取机,一套钢卷运输系统等设备组成。
根据工艺、设备布置及控制功能,连轧机自动化系统(L1级)的范围是从加热炉炉前辊道开始到卷取、运输及称重入库为止整条轧制线上所有动作设备的控制和质量控制,以及数据读入、控制接口、控制值输出等。
热轧自动化控制系统应具有两大“特点”,即高速控制和高速通信,目前,轧机设备控制及工艺参数控制的周期一般为6~20ms,液压APC要求更快,在为1-2ms,AGC和AWC要求小于20ms;特别是在精轧区域内,多个控制功能耦合,并共享输入和输出模块,因此要求数据信息在各控制站之间以及各CPU之间能快速更新。最快的数据更新时间最快可达1ms,如下图所示:

(图1)热连轧高速通信的必要性
(图1)热连轧高速通信的必要性


通过图形可以看出来,辊缝的变化会影响前滑,前滑会影响带钢的速度,但是辊缝的控制和速度的控制处于不同的PLC控制下,它们除了各自控制要求快速外,相互之间也需要快速交换数据来补偿外界干扰带来的不稳定。
热轧基础自动化系统应该具有灵活的扩展性,便于采购和升级,本系统采用基于国际标准总线,即VME总线的控制器及PCI总线的人机界面,随着硬件模块的升级换代可方便地更换模块,而不需要重新移植应用软件。
为便于操作,维护,管理,全线I/O都集中进入Versa Max Remote I/O,再经控制器处理,HMI通过全线以太网与相应控制器交换信息,工程师站通过全线以太网可对任一控制器进行,实现数据共享。
三、GE FANUC 解决方案
3.1 系统构成
从加热炉入口开始一直到运输链结束,整个基础自动化全轧线上分布了21台GE Fanuc的PAC Systen RX7i系统和7套GE 90-30 PLC。此外在部分PAC系统中插入了自带I/O的基于Power PC的CPU板,完成快速的液压控制,如图2:



轧线就是靠这些处理器设备完成动作设备的控制和质量控制,以及数据读入、控制接口、控制值输出等。
3.2 高速处理
整个连轧机自动化系统的控制器均为GE Fanuc 产品,分为两大类:PAC-systems和 GE 90-30 PLC:
PAC Systems是GE Fanuc公司推出的集先前产品先进性于一身的高性能控制器,是GE90-70的升级,速度为系列GE90-70的7-10倍,目前有2种类型,IC698CPE010 和IC698CPE020,在线上都有用到,以实现数据的高速处理。
GE 90-30主要用于全线要求响应不是很快的场所,液压站和润滑站。
另外,针对液压,还在GE Fanuc RX7i 的机架中引入了VME总线的液压控制器(如右图),液压控制器由德国MEN公司提供的Power PC(如图3所示)和M-Module构成。德国MEN公司6U VME总线Power PC工作站采用Motorola公司的CPU,外挂接M-Module,提供磁尺接口和I/O接口 以嵌入式VxWorks为操作平台,处理时间为1-2ms,为高速压下提供了基础。

(图3)P_PC带M47子板
(图3)P_PC带M47子板


3.3 高速通讯
轧线上的主控制器之间与过程控制级的通讯采用GE的2Gb/s的光纤内存映像网(RFM)通讯。具有简单易用,与操作系统和处理器无关,极短的数据传输延迟,抗干扰能力强,各站数据刷新时间快(小于1ms)等优点。      

(图4)
(图4) 5565RFM网板


 他的实现是通过基于VME总线的第三方模板5565(如图4所示)和相对应的光纤交换机5595(如图5所示)组成的,中间采用对应的LC-LC光纤跳线连接。系统提供节点旁路产品用以自动地绕过坏的或关机的RM节点,维持环路的完整性。旁路产品提供节点旁路环保护,就象网络集线器的功能一样。另外还提供单模到多模的转换器,用于扩展网络,使网络的节点间距最大可达10 km。

(图5)
(图5) 5595 RFM网交换机


5565的最大节点数为256个,全线的处理器一共不到20个,完全能够满足需要,而且全线距离在1KM之内,能够实现光纤传输,而且多模光纤就能够满足。
3.4  I/O处理
全线现场信号的集中,都是通过Versa Max I/O进入到系统的,而且全线统一,都是通过DP网传上来。对现场设备的输出控制也是通过DP网来实现的DP网连接了现场到电气室,而且走线少,维护方便。
全线PAC系统的远程I/O的输入都是经过5136(如图6所示)来实现的,5136不是GE Fanuc本身的产品,但是GE Fanuc可以方便扩展,5136在1700的热轧现场就是成功的应用。5136是WOODHEAD公司的产品,通过DP网线和超级终端对5136硬件的设置,可以扩展多达125个从站,每个从站又可以扩展多种I/O,是现场总线很好的解决方案。

(图6)5136DP主站
(图6)5136DP主站


5136是基于PAC系统的6U高度提供的远程I/O系统解决方案,对用于润滑站和液压站的基于3U高度的90-30系列却是无能为力的,这需要PBM200的支持, PBM200(如图7所示)是GE FANUC 本身的产品,不需要像5136那样烦琐的系统配置,这里简单说明一下5136的硬件配置情况:5136的配置需要专用的软件SST生成硬件配置,保存为*.BSS文件,再通过WABFVIEW软件,写成BINCFG格式,通过超级终端软件下装到5136网板上。而PBM200是GE FANUC公司自己的产品,对它的硬件配置只需要经过ME软件找到相应的模块就组态成功了。这里也体现了GE FANUC公司自己产品的优越性,也体现了PAC系统VME总线的开放性和可扩展性,从投产以来,一直稳定运行,是值得信任的远程I/O处理方案。

(图7)PBM200主站
(图7)PBM200主站


3.5 人机接口
另外,所有的画面都是通过以太网来传输的,全线所有的处理器,包括PAC,GE 90-30,P_PC,都以同一个网段挂在交换机上,实现数据共享。
画面是通过CIMPLICITY HMI采集PAC系统或者是90-30内部寄存器的值来实现数据共享的,采取的物理通道就是全线以太网,目前采用工业冗余以太网MOXA交换机(如图8所示)。以太网从物理上互相连接,区域之间采取多模光纤,区域内部采用双绞线,把各个地方的交换机连在一起,而交换机的RJ45接口和PAC系统或90-30相应的RJ45接口相连,构成了全线的以太网。轧线上的工控机也是连在网上的,工控机安装的上位软件HMI就通过以太网的物理通道采集全线任何一台处理器上的内部寄存器地址显示在画面上,操作工根据画面的实际现场设备的仪表数据对现场设备进行手工干预,实现人机交互的功能。      

(图8)MOXA交换机
(图8)MOXA交换机


3.5典型应用举例
对于一个热轧生产线来说,最重要且直接影响产量和质量的部分是精轧机组,而作为精轧机组的灵魂、核心的AGC控制更是维系产品质量的关键,现举例AGC的控制系统配置图(图9)说明如下:
济钢1700采用全液压压下,故需要高响应的控制系统,本系统采用IC698CPE020的PAC处理器,频率为700MHZ,加上控制液压的专用处理器模块P_PC,本系统有两块P_PC,一块用于压下,一块用于弯辊和串辊,以实现高速控制,但是P_PC是基于第三方厂家的,其配置需要特殊处理,运行的程序是C语言生成的。系统配置了两块模拟量的输入输出模板,根据需要进行配置。另外,第7槽配置了A201S,是MEN公司的基板,通过它可以接编码器的输入,在本系统中引入导尺的调宽量。15槽的5136作为DP的主站引入,系统所需要的输入和输出量,来实现对远程的控制(如液压系统的开关阀)。17槽作为光纤网的重要设备,承担着不同机架间的数据通讯和交流,如压下系统对速度的影响量。

(图9)机架配置一览图
     (图9)机架配置一览图


四、应用总结
GE_FANUC 的PAC系统自通用以来,一直运行正常,从来没有因为死机带来重大生产误时,并且产量月月攀高:3月份生产钢卷3.34万吨,4月份6.56万吨,5月份12.96万吨,6月份13.6万吨,7月份17.38

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