采用先进AGC系统的可逆四辊冷轧机控制系统

石育林 李渊

摘  要：该文所描述的是一台已投入生产的镍合金可逆四辊冷轧机，该轧机的控制系统由国内厂家与美国I2S公司共同完成，其中关键的AGC控制系统采用了进口产品，文中介绍了这套轧机的工艺流程、控制系统的网络配置，主控制系统与I2S公司AGC控制系统的硬件组态、信号传递等，该轧机达到了预期的控制要求。

关键词：镍合金;冷轧机;AGC;DP/DP Coupler

中图分类号：TG33                    文献标志码：A

0 前言

随着纯镍、电热合金、高温合金、耐蚀合金、膨胀合金等镍合金市场需求量的增加，对高精度镍合金板带材的需求也相应增加，为顺应市场的需要，作为镍行业的国内巨头，金川集团公司建设了一条镍合金板带材生产线，其中冷轧作业线配置了一台可逆式四辊冷轧机，由上卷小车、开卷机、机前卷取机、入口转向辊、入口液压剪、入口测厚仪、入口双挤干辊、入口对中装置、四辊轧机、出口双挤干辊、出口测厚仪、出口转向辊、机后卷取机、卸卷小车等组成，用来生产半成品和成品高精度合金板带材，轧机轧辊直径为800 mm，原料入口规格为（3.0～6.5）mm×（200～670）mm，产品规格为（0.5～4.0）mm×（200～670）mm，处理合金带材抗拉强度范围：250 MPa～1250 MPa，最大卷重5.0 t。

轧机除机械部分外，最为核心的是系统的自动控制部分，国内厂家在轧机的顺序控制、逻辑控制、传动控制等基础自动化控制方面已基本达到要求，但是核心的板型控制，包括厚度差、同板差等还与国外先进水平存在一定差距。另外，国外在轧制相关合金材料的经验数据库较丰富，这些数据在初期的轧机调试过程中起到了关键性的作用。

为了既能降低成本，又能达到国际先进的冷轧板产品要求，经过考察对比，板型控制部分最终选用了美国I2S公司的AGC控制系统，测厚仪选用了美国瑞美（RSI）公司的X射线测厚仪。而为降低成本，除AGC压下控制以外的基础自动化部分、辅助（液压、流体等）控制系统部分由国内厂家集成，机械部分由中国一重集团提供，在相关专家和几个厂家的合作努力下，对相关的接口、交界点进行了认真细致的研讨，最终确定了最佳的可行方案。

1 控制系统简介

该冷轧机控制系统构成主要分基础自动化控制系统、AGC压下控制系统、测厚仪控制系统、辅助（液压、流体）控制系统、传动系统等5个部分。

基础自动化控制系统由一套西门子S7-400系统组成，含操作台HMI一台，工程师站一台，主要负责现场仪表、操作面板等的控制显示，完成机组运行顺序逻辑控制、轧机及卷取机辅助设备顺序逻辑控制、穿带辅助设备逻辑控制、轧制速度控制、轧机弯辊控制、轧机换辊控制、带材跟踪控制、卷径计算、前后卷取张力控制等控制功能，以及与AGC系统、测厚仪和传动系统的通信与控制，与美国I2S公司的AGC控制系统通过PROFIBUS-DP网络连接，双方互相通信各自的状态，完成轧机的启停、加减速、自动压下的启停、调整等动作。

AGC控制器包括一台高性能控制器（AGC控制計算机）和一台西门子S7-300控制器，其中高性能控制器负责AGC压下的控制，是美国I2S公司的成熟产品，具有前馈、后馈、质量流等多种实时AGC控制方式，完成液压辊缝控制、辊缝同步和倾斜控制、恒轧制力控制等控制，具有硬度自动补偿、自动停车、多点自动减速等功能，并且集成了SPC（统计过程控制）、SQC（统计质量管控）等高级功能，承担了生产计划、道次表自动生成、实时厚度监控记录、报表生成等二级自动化内容。而S7-300负责AGC系统内部常规信号的采集，以及与主控系统及测厚仪的通信，均通过PROFIBUS-DP进行连接。

测厚仪系统使用单片机控制测量臂的进出、探头的打开、射线源的激活等动作，配置一台控制计算机进行测量数据的读取运算等功能，并通过工业交换机与AGC系统通信。

辅助控制系统由一套西门子S7-300系统构成，主要负责液压、润滑等系统的运行及监控，主要包括传动液压站、高压液压站、工艺润滑站、稀油润滑站等站点，每个站点配备一台就地OPU单元，通过PROFIBUS-DP进行连接，控制器通过工业以太网与主控制系统通信。

传动控制系统由西门子6SE70系列整流调速装置组成，通过PROFIBUS-DP网络连接至主控制系统，接收主控制系统给出的运转、调速等指令，反馈电流、电压、实际速度、故障等信号给主控制系统。

2 主控制系统与AGC之间的系统集成

2.1 系统结构及组态

主控制系统与AGC系统各自为独立的西门子PLC控制系统，为2个独立的DP网络，从硬件配置上有2种通信通路，一种是通过西门子CP443和工业交换机组建的工业以太网进行通信，另外是通过一台DP/DP Coupler通信耦合器进行通信。根据该套设备的实际情况，选取Coupler进行通信，在实用性、可靠性、简易性方面都具有很大的优势，Coupler适合于连接2段不同通信速率的DP网段，通过简单的设置就可以实现2个DP网段之间的高速通信，并且具有很高的容错性。

在组态DP/DP Coupler时，需要在主控系统与AGC系统里分别组态，首先需要下载DP/DP Coupler的GSD文件进行安装，才能在STEP7硬件组态画面中看到相关硬件信息，在硬件列表框中PROFIBUS-DP下的Network Components中找到DP/DP Coupler，拖拽到PROFIBUS-DP总线上后，再加入需要通信字节长度的通信组件，设置I/O地址;其次设置Coupler的PROFIBUS从地址及交换数据长度等通信参数，从地址要与Coupler模块上的DIP拨片开关地址相对应。

2.2 信号传递

在主控制系统侧，通过SFC20来读取I2S侧的数据，完成信号的传递，实现主轧机状态信号、传动系统、AGC状态、液压系统状态、测厚仪状态、道次表的传递等相关的控制内容;在I2S公司提供的AGC侧，同样通过对Coupler的相应组态，完成对数据的读取。

这里组态时需要注意的是网络1的输入区必须和网络2的输出区完全对应，同样网络2的输入区必须和网络1的输出区完全对应，否则会造成通信故障。同时，在工业以太网的规划中，使用了一台交换机连接2个网络，设置不同的网段，使2个网络独立运行，但在维护时又可以使用同一台工程师站，简化了网络结构，减少了投资。

3 使用效果

该套可逆式冷轧机控制系统由国内厂家和美国I2S公司共同完成控制系统的前期设计和后期的调试、试车工作，通过引入高性能的AGC控制系统，该套轧机在运行稳定性和板材的厚度差控制上都顺利达到了设计要求，能够在150 m/min的额定轧制速度下，产出厚度差控制在±0.02 mm的合金板带材，自2012年投产至今，经过此轧机已产出大批合格的N6、Ni201、Cr20Ni80等冷轧镍合金板带材产品供应给国内外市场。

参考文献

[1]廖常初.西门子工业通讯网络组态编程与故障诊断[M].北京：机械工业出版社，2009.