摘 要 本文結(jié)合濟(jì)鋼1700中薄板坯連鑄連軋工程，闡述了GE Fanuc的PACSystems RX7I的在濟(jì)鋼1700的廣泛使用，在實際控制過程中有一定的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞 RX7i、PACSystems、熱連軋、基礎(chǔ)自動化
Abstract This paper introduce how the PACSystems RX7i made in GE Fanuc used in Basic Automatic System in Jigang 1700 Hot Rolled Strip Steel Production Line , that production line will be run in future.
Keywords RX7i、PACSystems、Hot Rolled Strip Steel、Basic automatic system
一、概述
濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)始建于1958年，職工3.8萬，資產(chǎn)總額400億，產(chǎn)品以中板、中厚板、熱軋薄板、冷軋薄板為主。“十五”期間，濟(jì)鋼抓住機(jī)遇加快結(jié)構(gòu)調(diào)整，推進(jìn)集約經(jīng)營，取得了又好又快發(fā)展，2005年鋼產(chǎn)量突破1000萬噸，在全國十大鋼中名列前矛，極大提高了濟(jì)鋼的知名度。
濟(jì)鋼1700中薄板坯連鑄連軋工程是由鞍鋼總承包進(jìn)行設(shè)計、安裝和調(diào)試的，是我國第一條具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中薄板坯熱軋帶鋼生產(chǎn)線，在國內(nèi)尚屬首例。2004年底奠基以來，進(jìn)行了2年的施工建設(shè)，設(shè)備安裝和調(diào)試，于2006年1月一次試車成功，2006年8月份產(chǎn)量超過21萬噸，標(biāo)志著年產(chǎn)250萬噸的熱軋生產(chǎn)線順利投產(chǎn)。
熱連軋控制系統(tǒng)在冶金企業(yè)中屬于高精端的層面，其自動化控制系統(tǒng)的好壞決定了這條線本身的的質(zhì)量和產(chǎn)量，因熱連軋機(jī)的生產(chǎn)率高、生產(chǎn)過程連續(xù)，只要提高自動化水平，就可挖掘其巨大潛力，大幅度地提高產(chǎn)量和改善產(chǎn)品的機(jī)械性能、產(chǎn)品尺寸精度、斷面形狀和平直度，而且自動化系統(tǒng)還可以承擔(dān)人力不能勝任的復(fù)雜工作。本文從熱軋基礎(chǔ)自動化的搭建著手，介紹GE Fanuc的高端產(chǎn)品RX7I如何采集現(xiàn)場檢測元件，采集操作臺的人工設(shè)備干預(yù)，利用復(fù)雜的內(nèi)部數(shù)學(xué)模型來完成帶鋼在機(jī)架內(nèi)時各種設(shè)備的動作時序和動作過程。
二、系統(tǒng)配置要求
濟(jì)鋼1700熱軋生產(chǎn)線主要由：兩座步進(jìn)式加熱爐，一臺帶前立輥的四輥可逆式粗軋機(jī)，一臺切頭飛剪，六機(jī)架精軋機(jī)組，一套帶鋼層流冷卻裝置，兩臺卷取機(jī)，一套鋼卷運輸系統(tǒng)等設(shè)備組成。
根據(jù)工藝、設(shè)備布置及控制功能，連軋機(jī)自動化系統(tǒng)（L1級）的范圍是從加熱爐爐前輥道開始到卷取、運輸及稱重入庫為止整條軋制線上所有動作設(shè)備的控制和質(zhì)量控制，以及數(shù)據(jù)讀入、控制接口、控制值輸出等。
熱軋自動化控制系統(tǒng)應(yīng)具有兩大“特點”，即高速控制和高速通信，目前，軋機(jī)設(shè)備控制及工藝參數(shù)控制的周期一般為6～20ms，液壓APC要求更快，在為1-2ms，AGC和AWC要求小于20ms；特別是在精軋區(qū)域內(nèi)，多個控制功能耦合，并共享輸入和輸出模塊，因此要求數(shù)據(jù)信息在各控制站之間以及各CPU之間能快速更新。最快的數(shù)據(jù)更新時間最快可達(dá)1ms，如下圖所示：
（圖1）熱連軋高速通信的必要性
通過圖形可以看出來，輥縫的變化會影響前滑，前滑會影響帶鋼的速度，但是輥縫的控制和速度的控制處于不同的PLC控制下，它們除了各自控制要求快速外，相互之間也需要快速交換數(shù)據(jù)來補(bǔ)償外界干擾帶來的不穩(wěn)定。
熱軋基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)應(yīng)該具有靈活的擴(kuò)展性，便于采購和升級，本系統(tǒng)采用基于國際標(biāo)準(zhǔn)總線，即VME總線的控制器及PCI總線的人機(jī)界面，隨著硬件模塊的升級換代可方便地更換模塊，而不需要重新移植應(yīng)用軟件。
為便于操作，維護(hù)，管理，全線I/O都集中進(jìn)入Versa Max Remote I/O，再經(jīng)控制器處理，HMI通過全線以太網(wǎng)與相應(yīng)控制器交換信息，工程師站通過全線以太網(wǎng)可對任一控制器進(jìn)行，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
三、GE Fanuc 解決方案
3.1 系統(tǒng)構(gòu)成
從加熱爐入口開始一直到運輸鏈結(jié)束，整個基礎(chǔ)自動化全軋線上分布了21臺GE Fanuc的PACSystems RX7i系統(tǒng)和7套GE 系列90-30 PLC。此外在部分PAC系統(tǒng)中插入了自帶I/O的基于Power PC的CPU板，完成快速的液壓控制，如圖2：
軋線就是靠這些處理器設(shè)備完成動作設(shè)備的控制和質(zhì)量控制，以及數(shù)據(jù)讀入、控制接口、控制值輸出等。
3.2 高速處理
整個連軋機(jī)自動化系統(tǒng)的控制器均為GE Fanuc 產(chǎn)品，分為兩大類：PAC－systems和 GE 90－30 PLC：
PACSystems是GE Fanuc公司推出的集先前產(chǎn)品先進(jìn)性于一身的高性能控制器，是GE系列90-70的升級，速度為系列GE系列90-70的7-10倍，目前有2種類型，IC698CPE010 和IC698CPE020，在線上都有用到，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速處理。
GE 系列90－30主要用于全線要求響應(yīng)不是很快的場所，液壓站和潤滑站。
另外，針對液壓，還在GE Fanuc RX7i 的機(jī)架中引入了VME總線的液壓控制器（如右圖）,液壓控制器由德國MEN公司提供的Power PC（如圖3所示）和M-Module構(gòu)成。德國MEN公司6U VME總線Power PC工作站采用Motorola公司的CPU,外掛接M-Module，提供磁尺接口和I/O接口 以嵌入式VxWorks為操作平臺，處理時間為1-2ms,為高速壓下提供了基礎(chǔ)。
（圖3）P_PC帶M47子板
3.3 高速通訊
軋線上的主控制器之間與過程控制級的通訊采用GE的2Gb/s的光纖內(nèi)存映像網(wǎng)（RFM）通訊。具有簡單易用，與操作系統(tǒng)和處理器無關(guān)，極短的數(shù)據(jù)傳輸延遲，抗干擾能力強(qiáng)，各站數(shù)據(jù)刷新時間快（小于1ms）等優(yōu)點。
（圖4） 5565RFM網(wǎng)板
他的實現(xiàn)是通過基于VME總線的第三方模板5565（如圖4所示）和相對應(yīng)的光纖交換機(jī)5595（如圖5所示）組成的，中間采用對應(yīng)的LC-LC光纖跳線連接。系統(tǒng)提供節(jié)點旁路產(chǎn)品用以自動地繞過壞的或關(guān)機(jī)的RM節(jié)點，維持環(huán)路的完整性。旁路產(chǎn)品提供節(jié)點旁路環(huán)保護(hù)，就象網(wǎng)絡(luò)集線器的功能一樣。另外還提供單模到多模的轉(zhuǎn)換器，用于擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點間距最大可達(dá)10 km。
(圖5) 5595 RFM網(wǎng)交換機(jī)
5565的最大節(jié)點數(shù)為256個，全線的處理器一共不到20個，完全能夠滿足需要，而且全線距離在1KM之內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)光纖傳輸，而且多模光纖就能夠滿足。
3.4 I/O處理
全線現(xiàn)場信號的集中，都是通過Versa Max I/O進(jìn)入到系統(tǒng)的，而且全線統(tǒng)一，都是通過DP網(wǎng)傳上來。對現(xiàn)場設(shè)備的輸出控制也是通過DP網(wǎng)來實現(xiàn)的DP網(wǎng)連接了現(xiàn)場到電氣室，而且走線少，維護(hù)方便。
全線PAC系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O的輸入都是經(jīng)過5136（如圖6所示）來實現(xiàn)的，5136不是GE Fanuc本身的產(chǎn)品，但是GE Fanuc可以方便擴(kuò)展，5136在1700的熱軋現(xiàn)場就是成功的應(yīng)用。5136是WOODHEAD公司的產(chǎn)品，通過DP網(wǎng)線和超級終端對5136硬件的設(shè)置，可以擴(kuò)展多達(dá)125個從站，每個從站又可以擴(kuò)展多種I/O,是現(xiàn)場總線很好的解決方案。
（圖6）5136DP主站
5136是基于PAC系統(tǒng)的6U高度提供的遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)解決方案，對用于潤滑站和液壓站的基于3U高度的90-30系列卻是無能為力的，這需要PBM200的支持， PBM200（如圖7所示）是GE Fanuc 本身的產(chǎn)品，不需要像5136那樣煩瑣的系統(tǒng)配置，這里簡單說明一下5136的硬件配置情況：5136的配置需要專用的軟件SST生成硬件配置，保存為*.BSS文件，再通過WABFVIEW軟件，寫成BINCFG格式，通過超級終端軟件下裝到5136網(wǎng)板上。而PBM200是GE Fanuc公司自己的產(chǎn)品，對它的硬件配置只需要經(jīng)過ME軟件找到相應(yīng)的模塊就組態(tài)成功了。這里也體現(xiàn)了GE Fanuc公司自己產(chǎn)品的優(yōu)越性，也體現(xiàn)了PAC系統(tǒng)VME總線的開放性和可擴(kuò)展性，從投產(chǎn)以來，一直穩(wěn)定運行，是值得信任的遠(yuǎn)程I/O處理方案。
（圖7）PBM200主站
3.5 人機(jī)接口
另外，所有的畫面都是通過以太網(wǎng)來傳輸?shù)模€所有的處理器，包括PAC，GE 系列90-30,P_PC,都以同一個網(wǎng)段掛在交換機(jī)上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
畫面是通過CIMPLICITY HMI采集PAC系統(tǒng)或者是90-30內(nèi)部寄存器的值來實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的，采取的物理通道就是全線以太網(wǎng)，目前采用工業(yè)冗余以太網(wǎng)MOXA交換機(jī)（如圖8所示）。以太網(wǎng)從物理上互相連接，區(qū)域之間采取多模光纖，區(qū)域內(nèi)部采用雙絞線，把各個地方的交換機(jī)連在一起，而交換機(jī)的RJ45接口和PAC系統(tǒng)或90-30相應(yīng)的RJ45接口相連，構(gòu)成了全線的以太網(wǎng)。軋線上的工控機(jī)也是連在網(wǎng)上的，工控機(jī)安裝的上位軟件HMI就通過以太網(wǎng)的物理通道采集全線任何一臺處理器上的內(nèi)部寄存器地址顯示在畫面上，操作工根據(jù)畫面的實際現(xiàn)場設(shè)備的儀表數(shù)據(jù)對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行手工干預(yù)，實現(xiàn)人機(jī)交互的功能。
（圖8）MOXA交換機(jī)
3.5典型應(yīng)用舉例
對于一個熱軋生產(chǎn)線來說，最重要且直接影響產(chǎn)量和質(zhì)量的部分是精軋機(jī)組，而作為精軋機(jī)組的靈魂、核心的AGC控制更是維系產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，現(xiàn)舉例AGC的控制系統(tǒng)配置圖（圖9）說明如下：
濟(jì)鋼1700采用全液壓壓下，故需要高響應(yīng)的控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用IC698CPE020的PAC處理器，頻率為700MHZ,加上控制液壓的專用處理器模塊P_PC,本系統(tǒng)有兩塊P_PC,一塊用于壓下，一塊用于彎輥
