冷轧轧机TDC控制系统de
目录
冷轧轧机TDC控制系统
一．硬件和组态
二．系统软件
1.处理器功能简介
https://www.360docs.net/doc/4117023544.html,MON FUNCTIONS 通用功能
3.MASTER FUNCTIONS 主令功能:
4.STAND1-STAND5 机架控制系统1-5
冷轧轧机TDC控制系统
一．硬件和组态
TDC工业控制系统西门子公司SIMADYN D的升级换代产品，也
是一种多处理器并行远行的控制系统。典型的TDC控制系统的配置是
由电源框架、处理器摸板、I/O摸板和通讯摸板搭建构成。
电源框架含21个插槽，最多允许20个处理器同时运行。框架上
方的电源可单独拆卸，模板不可带电插拔。
CPU551是TDC控制系统的中央处理器，带有一个4M记忆卡，
程序存储在记忆卡内，电源启动时被读入CPU551中执行。可通过在线
功能对处理器和存储卡中的程序作同步修改。
SM500是数字量/模拟量输入/输出模板,更换时注意跳线.
CP50MO是MPI/PROFIBUS通讯摸板，更换时需要使用
COM-PROFIBUS软件对其进行组态的软件下装。
CP5100是工业以态网的通讯摸板，更换时注意插槽跳线。
CP52A0是GDM通讯模板。GDM是不同框架的TDC之间进行数
据交换的特有通讯方式，不同框架的TDC通过光缆汇总到GDM内，
点对点之间的通讯更加直接，传输速度更快。
TDC控制系统的硬件需要在软件程序中进行组态和编译，然后下
装到CPU中。
二．系统软件
包钢薄板厂冷轧轧机区域TDC控制系统按框架分为以下三个功能
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2．1 处理器功能简介
1．COMMON FUNCTIONS 通用功能：
处理器1：SIL: 模拟功能
SDH: 轧制参数管理
IVI: 人机画面
处理器2：MTR: 物料跟踪系统
WDG: 楔形调整功能
处理器3: ADP: 实际值管理
2．MASTER FUNCTIONS 主令功能:
处理器1: MRG-GT: 轧机区域速度主令
处理器2: THC-TH: 轧机厚度控制入口区域
处理器3: THC-TX: 轧机厚度控制出口区域
处理器4: SLC: 轧机滑差计算
ITG: 张力计接口
处理器5: LCO-LT: 轧机区域生产线协调
3．STAND1-STAND5 机架控制系统1-5
处理器1: CAL: 机架标定
SCO: 通讯接口
MAI: 手动干涉
ITC: 机架间张力控制
处理器2: SDS: 机架压下系统
处理器3: RBS: 机架弯辊系统
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RSS: 机架串辊系统
处理器4：REC：轧辊偏心补偿（F1专有）
FLC：板形控制系统（F5专有）
以下将对每个功能中的笔者阅读过并认为重要的处理器的程序作
说明，对于没有阅读和非重要的仅作简单介绍。
2．2 COMMON FUNCTIONS 通用功能
通用功能中的模拟功能冷轧未使用，SDH（轧制参数管理）和ADP
（实际值管理）是专门针对过程计算机的。SDH负责接收来自过程计
算机的轧制参数并分析归类后下发给相关的TDC或PLC执行。ADP
则是将其它控制系统传送过来的现场的实际值汇总后发给过程计算机。
物料跟踪系统MTR（Material tracking system）是一条承上启下的控制环节，负责对整个酸轧生产线上的带钢作全程跟踪，并触
发带钢经过区域的控制设备向过程计算机请求对应的控制参数并
将现场控制过程的部份实际值反馈给过程计算机，以及处理生产过
程中的分卷和断带问题。
2．2．1 MTR控制的理念
每个热轧原料卷都有自己的一个固定的卷号如6DD16855111D00。
当这个原料卷被录入过程计算机的生产计划时，过程计算机视生产过程
会自动生成唯一的物理卷号6DD16855111D001，并赋予它一个唯一的逻
辑卷号如7200。基础控制级的跟踪过程都是以这个逻辑卷号作为跟踪
和传递的对象，对过程计算机的参数请求和实际值反馈都以这个唯一标
识进行接收和发送的。
当一个全新的热轧带卷被吊入酸轧机组入口的步进梁鞍座时，对
鞍座监视的光栅信号会反馈给入口的控制PLC通过通讯传入物料跟踪
系统，触发向过程计算机的请求逻辑卷号的进程。过程计算机根据轧制
计划确定当前带钢的物理卷号和逻辑卷号并将逻辑卷号下发给物料跟
踪系统，同时将该带钢的参数（卷径、宽度、长度、卷重、钢种等）和
轧制参数（轧机的压下量分配，主传动的转速分配等）下发给基础级的
参数储存管理系统SDH，等待其它基础级控制系统的调用。当带钢入
生产线，物料跟踪系统负责向经过区域内的控制系统提供当前的逻辑卷
号，控制系统以逻辑卷号为标识去参数存储管理系统调用自己的轧制参
数。现场的实际值被实际值存储管理系统ADP采集整理后反馈给过程
计算机。过程计算机将根据实际值反馈对轧制参数进行修改，修改后的
轧制参数重新下发。SDH会将重新计算后的轧制参数单独存储并面向
所有处理器广播修改轧制参数的带钢的逻辑卷号，每个处理器对本区域
内正在处理的带钢的逻辑卷号进行对比，发现相同后重新向SDH
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进行新的轧制参数调用。
系统的硬件构成
物料跟踪系统的现场的硬件点只有四个焊缝检测装置，需要的参数
基本来自于对其它处理器的数据通讯。
系统的软件
酸轧生产线从入口焊机到出口的滚筒剪被分成14个速度区域，每
个区域有一个配属的监控模块MTR01B，每个监控模块有自己的单独的
存储区域和地址指针。带钢的逻辑卷号在这14个监控模块中传递和跟
踪。每个MTR01B模块可以跟踪5条带钢，整个跟踪区域最多可以同
时跟踪20条带钢。
MTB01 是入口焊机的跟踪模块，也是14个监控模块中的起始模
块，下面我们以它为例进行说明。
BE和BA是环网通用存储
区域的地址指针，前一个模块的
BA指向后一个模块的BE，指针
在对TDC的初始内存管理中就
已经被定义和固化了。SE1初始
模块必须定义为零，SE2来自于
环网终止监控模块的SA2；SA1
指向下一监控模块的SE1，SA2
初始模块不输出。
V是本区域内的唯一的带
钢通过的速度值。本模块的速度
V取自入口1#张紧辊的线速度
值。PO1和PO2 是该模块监控
的区域范围，以对应焊机的距离
作为参照。前一模块的终止位置
PO2是下一模块的起始位置
PO1，以保证跟踪的连续性。本
模块的PO1为零说明以焊机为
起点。
I1/2、MO1/2、TY1/2、FZ1/2、WA1/2、WE1/2是本区域内的两个
跟踪校正装置的信号和参数。I是校正信号的数字量信号输入。MO模
式参数分为从0到6共七种：
0. 不连续模式不强制加载
1. 不连续模式强制加载
2. 连续模式（焊缝检测仪或孔检测装置）
3. 穿带模式强制加载
4. 尾出模式强制加载
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5. 穿带模式不强制加载
6. 尾出模式不强制加载
强制加载：带钢跟踪不等待HMD热金属检测仪的信号
不强制加载：带钢跟踪等待HMD热金属检测仪的信号
校正装置可以是热金属检测仪、焊缝检测装置或孔检测装置。FZ是校
正装置的实际位置，WA和WE分别是校正功能的起始和终止位置。
以我们通常采用的模式2：连续的焊缝检测方式进行说明。校正信号I
为孔检测装置的反馈信号，正常状态下为以脉冲信号，取上升沿有效。
当带钢头部通过校正装置的规定的WA和WE之间的检测范围内，校正
装置没有收到上升延信号即认为跟踪故障并将跟踪的状态字YF中的相
关位置。
S和R是对带钢的置位和复位命令。MNI是带钢跟踪内部赋予的
随机生成的1-20内部卷号作为校验，BAS是将要被置位或复位的带钢
的逻辑卷号。SHD是BAS对应带钢的设定头部位置，STL是BAS对
应带钢的设定尾部位置。REN是对带钢重新命名，NBA和NIN是重新
命名后的带钢逻辑卷号和内部卷号。
当带钢进入焊机焊接以后，它就进入了这14个环组成的跟踪区域。
带钢跟踪会向过程计算机发出逻辑卷号为BAS的带钢焊接完毕的信
号，同时向SDH系统寻找该逻辑卷号的带钢长度。将SHD置为0，将
STL置为带钢长度，同时将S置位，录入新的跟踪带钢。对本区域的带
钢的跟踪取决于带钢长度和本区域的唯一带钢通过的速度值V。对V
作积分与本区域的监控范围PO1和PO2作比较即可精确得出带钢头部
或尾部位于本区域的实际位置。当积分值显示带钢尾部超过本区域的监
控范围PO2时说明带钢进入下一区域，本区域的带钢跟踪结束。
当带钢跟踪发生错误需要改正时，我们使用同步（同步synchronization）的功能。需要删除带钢时，物料跟踪将要删除的带钢
的逻辑卷号置入BAS，内部卷号置入MNI,将R置位。带钢自动在跟踪
中被删除。但相邻两根带钢的首尾位置不变。若要将两根带钢首尾相连
接或改变带钢的跟踪位置时，只要将带钢的卷号置入BAS、MNI同时
将更改后的带头带尾位置置入SHD和STL，对S置位。
MTR01B 的输出Q表示在PO1与PO2的范围内至少有一根带钢
受到监控，RM1-RM5显示区域内最大能跟踪的5根带钢的内部卷号，
F1A、F1N和F2A、F2N对应两个校正装置。F1A是校正装置的信号反
馈输出，F1N显示上一根通过校正区域的带钢的内部卷号。NR1-NR5
显示监控范围内的带钢的逻辑卷号。YF和YF2是跟踪的状态字。
区域内的设备对跟踪的调用使用ANX0FB模块。
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ANXB0F的地址ACD来自本区域的MTR01B的公用存储器的地
址指针BA。ACD是该设备在跟踪区域内的精确位置。通过跟踪可以得
到：QA指示是否有带钢经过该设备，AID指示通过带钢的逻辑卷号。
ACL 显示当前带钢通过该设备的行程，ARL表示当前带钢剩余部分的
行程。B0=1触发向SDH请求AID指示的逻辑卷号的带钢的轧制参数
的下发。
焊机与出口以外的跟踪以带卷传输的位置为单位单独进行的。如
步进梁上的每个鞍座，带卷运输车，卸卷小车等。以酸洗1#开卷机的
上卷小车为例进行说明。
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SNC010是一个选择模块，根据数字量输入I1-I8决定输出Y取自
模拟量输入X1-X8的哪一个。I1-I8无输入时输出Y自保持。I1-I8的信
号分别为：I1，步进梁上卷信号。I2，开卷机卸卷信号，I3，画面手动
输入信号。I4，SA VEPC信号（跟踪断电记忆自恢复系统）。
X1-X8的模拟量分别为：X1，步进梁3#鞍座上卷号（逻辑）。X2，1#
开卷机卷号。X3，手动输入的卷号。X4，SA VEPC中记忆的卷号。I1-I8
经或逻辑后进入SNC040模块，SNC040模块的Y输出连接到LOC010
块的SET置位点上，SNC010的Y输出连接到LOC010的IDE点上。
跟踪模块LOC010的工作原理为：以自动上卷条件下为例。
步进梁向上卷小车运卷时，步进梁每完成一个周期的动作会向
SNC010的I1发送1信号选择步进梁3#鞍座的逻辑卷号进入LOC010
的IDE点，同时通过SNC030将SET点置1。LOC010根据SET信号
将输出点ID的旧带钢卷号替换为新的IDE点输入的卷号。
LOC010的RES复位功能与置位相仿，是删除输出ID的卷号并置
零。输入点BUF是新带钢的参数存储地址。OCC点表示有无卷号被跟
踪。FLT是故障报警。
同步功能。冷轧区域的自动上卷功能暂时未能实现，因此必须使
用同步功能。所谓同步功能就是一种打破跟踪内部的环网，强行向里增
加或者删除带钢卷号的功能。同时，同步对处理因带钢跟踪错误所引起
的故障是非常有帮助的。同步功能仍以入口焊机和出口滚筒剪分为入口
同步、线上同步和出口同步。以线上同步为例对同步功能的具体操作步
骤描述如下:
工
在WINCC画面点击overplant,点击右下角的synchronistation按钮,
出现三个同步按钮:Entry, Line, Exit。点击Line后出现上图。POR1和
POR2是两台开卷机，对应Welded下方的按钮为哪个开卷机上的带卷
与焊机相连。Pos是跟踪的顺列，Segment是具体的带钢位置。TR-T是
等待位的卷取机，TR-C工作位的卷取机，Coupled上方的按钮是带钢
与哪个卷取机相连。以棕色带钢为例进行说明，4代表顺位为4，棕色
代表画面上的带钢跟踪的颜色，卷号是带钢的实际卷号，74代表一个
位置：轧机入口分切剪。Segement的位置与数字的对照如下：
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通过点击Segment可以调出此画面。
若我们想删除棕色带钢，只要将其全部信息清空即可，按下右下角
的Apply。若我们想把棕色和绿色带钢合二为一，只要将棕色带钢全部
信息清空同时将绿色带钢的Segment改为74，然后按下Apply。若我们
想将棕色带钢分成两段，前一段不变，后一段改为另一个卷号。则将棕
色带钢的顺位和相关信息移到第5顺位，将第四顺位的信息清空后添入
新的卷号，同时将新带钢的Segment定位到分段处即可。
2．3 MASTER FUNCTIONS 主令功能
MRG是整个轧机区域所有线上电机的速度参考值的发出者，
MRG以第五机架的出口速度为基础，向后协调两个张力卷曲机，向前
顺次协调四台轧机的出口转速。两台卷取机应该与5号机架的出口速度
保持一致。前4个机架将根据带钢的出口厚度与F5出口的带钢厚度的
比值决定出口速度。即：
F4出口速度=F5出口速度×F5出口厚度／F4出口厚度
F3出口速度=F4出口速度×F4出口厚度/F3出口厚度
其余同上。
MRG中含有3个主斜坡发生器，分别命名为MR1、MR2、MR3。
正常轧钢过程中，我们把F5的出口速度定义为主斜坡1，简称MR1。
所有线上的电机的转速都根据自己的特性以MR1为基准依一定比例共
同上升、下降或保持匀速。MR2专门针对两台卷取机，因为冷轧采用
的是无头轧制，一台卷取机工作的时候，另一台卷取机处在等待位。当
带尾进入剪切区域的时候，待命的卷取机根据MR2自动加速到与MR1
同步的转速，带钢切折后，两台卷取机互相交换MR1和MR2。缠有被
切折的旧带钢的卷取机，由主斜坡MR2速度降为0，并开始卸卷。新
穿入带钢的卷取机将以MR1随同线上的其它电机继续工作。MR3一般
用于设备的组点动功能，组点动是用来测试线上电机同步性的一个手动
功能，可以检验线上设备是否具备轧钢条件。速度主令功能中还含有5
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个针对每个机架的速度主令SP1-SP5，用于每个机架的标定过程或
Warm Up功能。Warm Up功能是使换完辊后的轧机的各个设备进入二
级机所设定的轧制参考值的一项功能。
LCO（生产线协调功能）是根据所收集的控制系统、执行机构和
现场实际值的反馈后，综合控制线上所有设备的功能。包括整条生产线
的正常起车、正常停车、快停和事故急停等特殊功能。并根据当前的状
况作出判断或根据指令对电机或变频器或其它执行设备发出起、停或急
停的各个项指令。
MRG和LCO的程序复杂而庞大，不适合作语言描诉，对这部分
的程序我们还在消化吸收中。SLC是轧机滑差值计算。ITG是机架间张
力计接口。前一个属于工艺上的复杂计算，后一个只是简单的通讯接口，
在此也不再详述了。
THC厚度控制。关于厚度控制的程序，不做具体描述，只对厚度
控制的理论作详细说明。厚度控制分为入口厚度控制和出口厚度控制两
种。而这两种厚度控制都是基于秒流量方程：
带钢入口厚度×带钢入口速度=带钢出口厚度×带钢出口速度
入口厚度控制分为传统秒流量控制和扩展秒流量控制两种。在
HMI画面上可以作出选择。
传统秒流量中入口的5#张紧辊处于张力控制环下，入口的秒流量
可变，用来消除厚度偏差的三种方式：FFC（前馈控制）、FBC（后馈
控制）、MFC（秒流量控制）的校正值也以张力偏差的方式加入控制中。
扩展秒流量中入口的5#张紧辊处于速度控制环下，入口的秒流量
不变，用来消除厚度偏差的三种方式：FFC、MON、MFC的校正值也
以速度偏差的方式加入控制中。正常轧钢过程中我们一直采用扩展秒流
量控制方式，使入口秒流量恒定便于控制出口秒流量。
出口厚度控制分为A，B，C三种模式。过程计算机默认所有带
钢均处于C模式下。C模式为F5机架平整模式，正常轧钢时前四个机
架平均分配压下量，HGC（液压辊缝控制）处于位置控制方式，F5机
架只加一定的轧制力，处于力控方式下。F4-F5之间的张力控制F4转
速，F5出口厚度偏差控制F4转速、F5压下、F5转速、卷取机转矩。
THC厚度控制用来消除厚度偏差的有三种方式：FFC（前馈控制）、
MON（后馈控制）、MFC（秒流量控制）。轧机区域F1轧机前后各有一
个激光测速仪和一个测厚仪，F1轧机具有全部三项校正功能。F5轧机
后有两个激光测速仪和两个测厚仪，这两个互为备用，F5轧机只具有
MON后馈功能。
FFC前馈控制是已知入口测厚仪到F1机架的距离，对带钢入口
速度作积分预测带钢到达发F1时间，并记录带钢入口厚度偏差。在时
间到达时根据记录的偏差作出修正。
MON后馈功能根据带钢出口厚度偏差来调整带钢入口速度从而
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达到调整入口秒流量从而调整出口秒流量从而起到消除出口厚度偏差
的功能。
MFC秒流量控制根据带钢的入口厚度和速度的设定值与实际值
的偏差以及出口速度对将要出现的出口厚度的偏差进行预测并提前进
行校正的功能。
2．4 STAND1-STAND5 机架1-机架5控制系统
包钢薄板厂冷轧轧机为五机架联轧机组，每架轧机有三对不同的
轧辊分别为：支撑辊、中间辊和工作辊。轧钢过程中的机架控制包括
HGC液压辊缝控制系统、CVC中间辊轴向串动控制系统、IRB/WRB
中间辊/工作辊弯辊控制系统、轧辊多区冷却控制系统。对于带钢的板
形和出口厚度起决定作用的是HGC液压辊缝控制。
2．4．1 HGC (Hydraulic Gap Control) 液压辊缝控制系统的结构。
HGC液压控制系统的组成如下图所示：
HGC液压辊缝控制系统主要的控制设备是机架顶部分别位于传动
侧（DS）和操作侧（OS）的两个大型液压缸，称之为HGC液压缸。
如图下部支撑辊、中间辊和工作辊位置固定，HGC液压缸活塞杆侧向
下伸出时压迫上支撑辊的轴承座，通过上支撑辊、中间辊和工作辊向下
产生轧制力。图1所示，PA01/#YVHS1、2、3、4是四个伺服阀，1和
3一组受控于先导阀PA01/#YVH1称之为GROUP1，2和4一组受控于
先导阀PA01/#YVH2称之为GROUP2。每组都有一个伺服阀将两个
HGC液压缸的活塞侧与280bar的主压力管线相连。基于两组伺服阀的
交替工作可以将HGC液压辊缝控制系统分为四种工作组态：1组、2
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组、1+2组、2+1组。1组状态下YVHS1控制传动侧HGC 液压缸YVHS3控制操作侧HGC 液压缸。2组状态下转为另一组伺服阀控制。1+2组状态下，传动侧HGC 液压缸由YVHS1为主YVHS2为辅进行控制，轧制力不超过YVHS1所能提供的范围时YVHS2不工作，超出范围时YVHS2负责提供超出部分的轧制力，操作侧以YVHS3为主以YVHS4为辅。2+1组状态下，主辅调换。PA02/#YVHP1是一个比例阀，向两个HGC 的杆侧提供两种固定压力：50bar （轧制状态）、150bar （换辊状态）。它的先导阀为PA02/#YVH1。在1组和2组的主管线上分别有两个安全卸压阀PA03/#YVH1和PA03/#YVH2，作用是使轧制力快速释放或检修状态下锁定HGC 液压缸。PA01/#BD1和PA01/#BD2是两个压力传感器，分别位于两个HGC 液压缸的活塞侧用来测量活塞侧的压力，HGC 液压缸杆侧受一个比例阀控制，故只用一个压力传感器PA02/#BD1来测量杆侧压力。PA01/#BS1和PA01/#BS2是两个SONY 位置传感器分别位于传动侧和操作侧HGC 液压缸的顶部与活塞刚性相连接，可精密测量出HGC 液压缸的走行距离。PA01/#SBE1和 PA01/#SBE2是两个接近开关，用于换辊或紧急提升状态下的HGC
液压缸收回的位置检测作用。
2．4．2 HGC 的自动控制系统
HGC 液压缸的最大行程210mm ，位置传感器采用SONY 公司的HA-705K&MSS-976。压力传感器的检测范围0-300bar, 对应为4-20mA 的连续电流值信号。伺服阀的开度范围±100%，对应控制输出信号±10mA 。伺服阀有开度位置检测功能(检测伺服阀的内泄)，开度反馈信号4-20mA 。比例阀开度控制信号±10V 。
HGC 辊缝控制分为位置控制和力控制两种：
位置控制中包含的倾斜控制用来消除机械上的不对称和控制板形。轧制力控制方式包括单独的力控多用于换辊、穿带和重卷取模式、标定过
程。正常轧钢时，轧机出口厚度控制处于C模式（第5机架为平整机模式）
下第5机架使用力控方式，其它机架均处于位置控制方式。出口厚度的其
他两个A、B模式下所有机架都处于位置控制方式。
2．4．3 轧制力的计算
带钢所受轧制力为一个合力，对加在带刚上表面的轧制力作受力分
析可以看出，有向下的HGC出力、辊重、串辊装置和传动轴重量，还
有向上的支撑辊平衡力和中间辊、工作辊的弯辊力。
Froll = FWOS+FWDS
FWOS = POS*Acyl – Prod*Arod – FBBUROS –FBIROS –FBWROS
+1/2 （FBUR+FIR+FWR）+ FCVC
FWDS = PDS*Acyl – Prod*Arod – FBBURDS –FBIRDS –FBWRDS
+1/2 （FBUR+FIR+FWR）+ FSpindle
图中的简写解释如下：
Froll = 轧制力FWOS= 操作侧轧制力FWDS= 传动侧轧制力
POS=操作侧活塞侧压强PDS=传动侧活塞侧压强Prod =杆侧压强
Acyl= 液压缸活塞侧面积Arod= 液压缸杆侧面积
FBBUROS=操作侧支撑辊平衡力FBBURDS=传动侧支撑辊平衡力
FBIROS=操作侧中间辊平衡力FBIRDS=传动侧中间辊平衡力
FBWROS=操作侧工作辊平衡力FBWRDS=传动侧工作辊平衡力
FBUR= 支撑辊辊重FIR= 中间辊辊重FWR= 工作辊辊重
FCVC= 中间辊串辊装置重量FSpindle= 工作辊传动轴重量
FcylOS= 操作侧HGC活塞重量FcylDS= 传动侧HGC活塞重量
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