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概述
鞍钢集团新钢铁公司无缝钢管厂AG机组改造工程PLC系统全部采用美国GEFANUC公司系列90-70PLC、系列90-30PLC 和VersaMaXI/O及相关产品。HMI计算机采用台湾研华工业控制计算机和联想系列计算机。
网络产品采用美国ACCTON及其它品牌产品。
可编程控制系列90-70PLC是GEFanuc自动化公司系列90家族可编程控制器中的大型PLC，采用新的设计和制造技术，系统配置和安装简易，机架总线采用开放的VME总线结构，可以安装超过300 家的第三方厂家VME 标准模块，易于系统扩展。
工艺流程
鞍钢集团新钢铁公司无缝钢管厂系统工艺流程简图如下：
系统介绍
1. 系统结构
鞍钢集团新钢铁公司无缝钢管厂AG机组改造工程由计算机室（工程师站）、主电气室、精整电气室1、精整电气室2、管坯准备电气室、环型炉仪表电气室、排管锯电气室及12个操作员工作站（包括几个操作台和HMI）构成。整个自动化系统由ETHERNET网、TPL 网、GENIUS 网及PROFIBUS 网组成。在整个自动化系统的配置中特别突出表现了ETHERNET网的方便、快捷的特性；GENIUS 网的灵活、准确、抗干扰性及VersaMaX I/O产品的设计新颖、通用性强、配置灵活的特点。美国GE FANUC 公司系列90 -70 PLC的先进性、开放性及高可靠性详见鞍钢无缝钢管厂159MPM 改造工程自动化系统配置图。
其中PLC4实现环型炉仪表控制，PLC5 实现环型炉及管坯准备设备控制，PLC6实现穿孔机本体设备控制，PLC7实现穿孔机前后台设备控制，PLC8 实现冷床设备控制，PLC9实现精整设备控制。
鞍钢无缝钢管厂159MPM改造工程自动化系统配置图
2. 软件说明
软件采用GE F a n u c 9 0 - 7 0 编程软件来实现对系列90 -70PLC的编程和组态。梯形图逻辑程序采用了结构化的程序结构，一般由多个程序块组成，一般地在程序中有一主程序块，在主程序块中再调用其它程序块。程序块可以嵌套调用。是基于bbbbbbs2000 的平台。
结束语
鞍钢集团新钢铁公司无缝钢管厂AG机组改造工程中PLC1-3 是由外方Ansaldo设计、供货及调试的。由于无缝钢管厂参数多、工艺复杂、产品结构多的特点，鞍钢集团新钢铁公司无缝钢管厂AG机组改造将于今年11月正式投产和达产，这将是GE产品成功应用于鞍钢集团的又一个事例。
GEFanuc 的控制器已经广泛应用于冶金系统的冶炼和轧钢过程控制，其中武汉钢铁股份公司棒材厂生产线控制系统是GEFANUC 控制器在中G冶金系统中次用于棒材生产的典型应用。
武钢股份公司棒材厂是96年建的新厂，是冶金部的重点工程，生产各种规格φ12-40 的螺纹钢和棒材，年产棒材30 万吨，出口速度达18 米/秒。整个生产流水线控制过程包括：上料台架，加热炉，均热炉、4 台粗轧连轧机组、12台中轧连轧机组、6 台精轧连轧机组、飞剪、倍尺剪，冷床、捆绑机等，控制对象还包括22 台连轧机轧辊辅助控制系统、3套液压系统、轧机直流传动系统接口、轨道变频器、水冷系统、以及11个机旁操作台等设备，完成钢材生产线的全自动控制。
系统结构
图1
整个棒材厂生产过程控制系统由4套GE FANUC 的系列90 -70 PLC 系列控制器和3 台HMI 计算机组成，由于该系统开发较早，通讯网络以GENIUS总线为主，HMI 为INTOUCH 软件。
系统功能
1. 粗轧控制器
粗轧区控制器由一台系列90-70PLC、扩展机架、GENIUSI/O 组成。吊车将200x200x4000的钢坯放在上料台架上后，粗轧控制器控制进炉轨道和进料炉门，将方坯送进加热炉，每隔一定时间，PLC打开出料炉门，钢坯进入粗轧轨道，经过4台粗轧机往返轧制后，进入连轧区。根据轧钢原理，PLC监视轧机电流，通过控制传动设备的轧辊运转速度，完成轧钢控制功能。还要负责粗轧区轧辊换辊，液压设备等辅助功能。现场每两台轧机有一套现场操作台，考虑操作台控制点较少，每个操作台内放置GENIUSI/O 模块，其输入/ 输出点可配置，具有强大的诊断功能，使用非常方便，还可以用手操器做网络维护。
2. 连轧区辅机控制器
连轧区是整个生产线控制中复杂的部分，有12台中轧机，6台精轧机，还要控制飞剪的剪切动作，负责轧钢数学模型的运算等等，连轧机运行速度非常快，模型计算量大，被调节对象要求响应速度不得大于2ms。为了减轻运算负担，连轧区由两套PLC共同完成，辅机控制器负责完成18 台机架的换辊和所有液压辅助设备以及水碟阀的控制工作，所有的操作台通过GENIUS 远程I/O与PLC连接。
图2
3. 连轧区轧钢控制器
该PLC为具有浮点运算CPU模块的高端PLC 控制器，另加一块协处理器模块用以加快运算速度。经过粗轧后的棒材进入连轧区的12台中轧机组，轧机按水平辊和垂直辊交错排列，项目组自主开发数学模型，根据传动柜反馈的各轧机反馈电流波形，分离和计算出轧机之间钢材的应力。为了防止堆钢或拉钢，避免张力过大造成钢材品质的下降，通过建立数学模型，自动快速调节各轧机间匹配的运行速度，实现微张力控制。中轧机组出来后的棒材经过飞剪切头切尾后进入精轧机组，每台精轧机之间有一台活套控制器，光电扫描器向PLC控制反馈活套的高度，PLC计算出精轧机之间的钢材堆积量，依据此数据，精细调节精轧机的速度，保证各轧机之间活套高度稳定，要保证钢材出口速度为设定速度。建立的数学模型保证连轧机组级联控制，能够时刻适应轧机辊径、出口孔径的随机变化，并能够自适应和自学习轧制参数，保证整个系统处于佳的工作状态。
4. 冷床控制器
控制飞剪对精轧机组出来的棒材进行切头和按照工艺要求的长度进行剪切成段，PLC控制器控制变频器辊道速度，将棒材送上冷床，并控制冷床步进电机的动作，棒材在冷床上经过步进传输和自然冷却后，由倍尺剪对棒材进行的优化计算和剪切，实现棒材大的利用效率，再进行自动打包捆绑。
5. 人机界面
操作室有两台计算机互为备用，用做轧钢过程控制和轧制计划，在工程师室设置维修工程师站和打印机。计算机内插GENIUS网卡与各PLC实现数据交换，通讯总线为GENIUS通讯总线。计算机完成轧制跟踪，设备监控报警，轧制计划输入，参数设定、数据和曲线，报表生成，钢号炉号标识等功能。
项目评价
本工程为国内首家自行开发棒材轧钢数学模型的棒材生产线，也是GE产品次应用于中G棒材生产领域。经过两年的建设，完成了整个控制系统的开发，产品的产量和质量均达到设计要求，业主反应良好，并获得冶金部壹等奖，随后，GE的产品又开始进入中G的板材和高速线材的自动控制领域
1 引 言
在高线连轧系统中，由于是连续轧制，且轧制速度较高，相邻机架间物料所受的张力必须得到有效的控制，以保证轧制过程的顺利进行以及得到较好的产品尺寸。而活套控制是一种目前在高线轧制控制中应用较为广泛且较为重要的控制手段。文章重点介绍某中薄板轧制控制系统中自动活套控制系统的PLC系统构成及组态画面，以帮助解决现场实际应用中遇到的问题。
可编程控制器（PLC）是近20年发展起来的新一代工业控制装置，其初是为了取代继电器控制系统而发明，多用顺序逻辑控制中，如：活套控制、高炉上料、电梯控制、货物存取等；随着PLC技术的不断发展，现已能实现对模拟量的控制，应用于各种闭环过程控制中及构成DCS。美国AB公司是一家的PLC制造厂家，生产MicroLogix、SLC500、PLC5、ControlLogix等多种型号、不同档次的产品，有较高的市场占有率。SLC500可编程控制器是其生产的一个不断完善的中小型可编程控制器系列，具有功能强大、处理快速的处理器，较大的存储容量（多可达64K字）和丰富的指令集，能实现多种控制任务；处理器自带多种类型的通讯接口：RS-232、DH-485、DH+、Ethernet，可实现远程控制及与上位机的远程通讯；深受工业控制领域的青睐。
2 系统原理
该活套控制系统主要由人机接口HMI监控、PLC过程控制以及AB变频器组三个部分构成，如图1所示。上位机RSVIEW组态软件主要用于系统的监控及动画显示；1756－L63完成逻辑控制及对变频器组的活套计算。
图1 系统原理
在1756 PLC中主要是进行各个活套之间的计算，图2所示为以某一活套的具体控制原理。其中：
（1）活套角度(A)：来自活套位置传感器(0-50°);
（2）平衡力函数： 为COS(A)×10;
（3）张力函数： 为33×((SIN(1.4×A)-SIN(0.64×A)-0.107);
（4）平衡力设定值：来自手动或自动设定值[相当于：7.8×大厚度×大宽度× 机架间距>;
（5）张力设定值：来自手动或自动设定值[相当于：大单位面积张力×大厚度×大宽度>;
（6）平衡力系数：使平衡力分量在活套角度(A)= 0度时,平衡力设定值=时,电机转矩为.427(Kg.m),相当于电枢电流117%;
（7） 张力系数：使张力分量在活套角度(A)= 50度时, 张力设定值=时，电机转矩为765(Kg.m),相当于电枢电流210%;
（8）加法器：把平衡力分量和张力分量相加;
（9）限幅器：限制大电枢电流为200%;
（10）活套臂平衡力：在平衡力设定值=0, 张力设定值=0时改变活套臂平衡力使活套臂平衡。
图2 活套计算公式
3 RSVIEW画面组态
RSView是RockWellSoftWare公司的组态软件，它提供集成的、组态化的人机接口，广泛的用来监视和控制自动化设备和过程。它除了可以方便的与ALLEN-BRADLEY PLC进行无缝的结合应用，也可以通过使用OPC的通讯方式与其它公司的设备进行连接。而ODBC(OpenDatabaseConnectivity开放式数据库互连)则是由微软推出的工业标准，一种开放的独立于厂商的API应用程序接口，可以跨平台访问各种个人计算机、小型机以及主机系统。ODBC作为一个工业标准，绝大多数数据库厂商都为自己的产品提供了ODBC接口或提供了ODBC支持，这其中就包括常用的SQLSERVER、ORACLE、INbbbbIX等。
本系统中活套设定画面采用RSVIEW编写，其中主画面如图3所示。
图3 活套设定主画面
本画面主要包括四个部分：
（1）活套运行方式选择，点击L1～L6切换状态（AUTO、SEMI、MAN、STOP），选择AUTO时表示活套张力平衡重由上位机设定(上位机投入时)；若没有上位机设定时各活套必须选择为SEMI（半自动设定）方式，选择MAN方式表示仅在停车时靠手动起套，启车后不自动起套（不推荐使用），选择STOP时表示本活套不起套（相应的，本活套的套高闭环也不会投入）。（2）套高设定区：行为设定值输入,设定值为活套要求高度（角度）,每次输入后按回车键(Enter)确认,都设定完毕后请按画面上确定按钮.看第二行设定反馈值是否已经显示为要求值,如果不是,请重新在行设定并按确定按钮.第三行为当前活套高度反馈值显示，与其他画面同。
（3）张力平衡重设定区：由于张力平衡重是靠带钢厚度宽度张力值等计算得来的,每次换规格都要进行重新设定L1~L6对应的分别是出口厚度分别是F1~F6的出口厚度,输入厚度单位为10um，比如F1出口厚度为16.4，请输入1640。输入后请按回车确认。带钢宽度单位为0.1mm，比如轧450mm宽的带钢，请输入4500。输入后按回车确认。带钢张力设定值单位为0.1Mp，比如3.0Mpa，请输入30，输入后按回车确认。平衡力设定（%）及张力设定（%）为程序中经过运算所得出的平衡立及张力百分比。
（4）画面的后两行是起套瞬间电流限幅（一般可不必更改，但必须保证同本画面上所给数值接近）和由张力平衡重给定计算出的电流限幅给定值，不可更改。
（5）画面切换区，功能同其它画面。
4 结束语
在本系统中，制作监控系统的关键是设置与PLC的通信和建立数据库，RSView提供的OPC通信设置十分方便易行，PLC数据库导入功能，大大减小了建库的工作量，足见该软件的实用性。而对PLC控制算法而言，了解活套工艺是必不可少的。