一種熱連軋仿真系統的製作方法

2023-10-17 18:09:09

專利名稱：一種熱連軋仿真系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及熱連軋的仿真軋鋼系統。
背景技術：
仿真系統是對現實系統的某一層次抽象屬性的模仿，人們可以利用仿真系統對 現實系統的一些問題做出決策，利用仿真系統試驗得到所需信息。帶鋼熱連軋是一個復 雜的系統，連軋控制又是一個具有多種選擇的過程，研究各種控制方式的優劣及它們之 間的動態聯繫是提高熱連軋系統效率重要舉措。但實際軋機有生產任務，龐大的連軋機 組不可能對各種控制方案一一試用。現有的熱連軋仿真存在的問題是(1)仿真的實時性差，有待提高。例如對 精軋高速閉環控制迴路和大量的解耦計算這樣複雜、高階、快速響應過程來說，從輸入 控制信號到規程計算所需時間快達幾毫秒，而常規的仿真只藉助輔助工具如MATLAB/ SIMULINK等，輔助軟體的仿真速度需幾秒甚至幾十秒，在幾毫秒內根本無法完成熱連 軋的動態過程計算，這也是仿真結果與實際情況有很大區別的原因之一。(2)現有仿真 系統缺少外部接口，不能與傳感器等現場設備直接連接，無法進行離線實時調試，不能 減輕實際系統調試的負擔。(3)控制模型仿真效果與實際情況差距大，無法得到實證。 發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種熱連軋仿真系統，解決現有仿真系 統的實時性差，缺少外部接口，不能與傳感器等現場設備直接連接，無法進行離線實時 調試；仿真效果與實際情況差距大，無法得到實證的缺點。為解決上述技術問題，本實用新型提供一種熱連軋仿真系統，包括TDC控制系 統、MNG 二級機、仿真控制終端，所述TDC控制系統、MNG 二級機、仿真控制終端通 過乙太網組網連接；TDC控制系統的DP通訊模板通過遠程I/O模塊連接現場設備的部分傳感器， TDC控制系統的IO擴展接口模塊連接現場設備的速度編碼信號、位置傳感信號，並且根 據採集的現場數據發出相應的仿真控制指令；MNG二級機用於管理和設定模擬熱連軋的 參數；仿真控制終端與TDC控制系統實施通訊連接，用於接收TDC控制系統採集的現場 信號以及相應的仿真控制指令，並且提供人機互動的操作控制界面，供操作員進行操作 控制。作為改進，本實用新型還包括GDM全局數據存儲，所述GDM全局數據存儲與 TDC控制系統通過光纖連接，GDM用於仿真過程中的數據通訊緩存和數據交換，實現高 速通訊。進一步的，所述TDC控制系統包括2臺TDC控制器，兩臺TDC控制器均通過
光纖連接所述GDM全局數據存儲。更加優化的，所述TDC控制控制器通過OLM光電轉換器連接所述遠程I/O模塊，所述OLM光電轉換器與遠程I/O模塊之間用光纖連接。針對常規仿真存在的缺點，本仿真系統能夠隨意按照實際情況，組合出可能的不同熱連軋軋制控制系統，結合生產現場的實際數據進行實時仿真，完成對連軋過程的 控制優化。(1)本系統採用西門子最先進的TDC工藝控制器建立了熱連軋仿真系統， 具有極強的實時性、採樣時間可達100 μ s,速度與實際軋鋼完全一致，能實時響應複雜的 動態過程計算。(2)本系統提供外部接口，能與傳感器等現場設備以實時速度運行，將 設備作為真實系統的一部分運行於系統中。這對現場設備離線實時調試帶來方便，節約 實際系統調試時間。(3)本系統能使控制模型及過程計算通過外部接口得到實證，便於 改進模型。本仿真系統是全國首次使用TDC控制系統模擬熱軋的現場軋鋼過程，具有很強 的實時性，不僅對設計熱連軋控制系統、消化吸收軋鋼過程控制技術有很大幫助，而且 還可以用離線模擬結果與生產實際情況做比較，調整模型參數，降低在線編程、調試和 上機運行的風險、降低了生產成本，具有很高的實用價值。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型的技術方案作進一步具體說明。

圖1為是熱連軋仿真系統結構原理圖。圖2為是熱連軋仿真系統運行原理圖。圖3為熱連仿真系統的具體操作控制流程圖。
具體實施方式
如圖1所示的熱連軋仿真系統結構原理圖，包括一、TDC控制系統。主要包括2套TDC控制器TDC-I、TDC-2，TDC控制器 均採用UR5213通用機架，UR5213支持硬體擴展，具有較高的性能裕量，配裝有一個具 有冷卻和內部監控功能的集成電源，共有21個槽位用於模板擴展。模板通過64位VME 背板總線進行通訊。對於較高的性能要求，在一個機架內可以支持20個CPU處理器同 步運行，允許44個機架互相連接。TDC-I的UR5213通用機架內安裝以下模板一個CPU551模板可實現高性能的開環及閉環控制功能。採用64位RISC處 理器，時鐘頻率266MHz，同步高速緩存512KB，SDRAM達到32MB。同時配備一塊 4MB的程序存儲卡MC500。一個SM500專用IO通訊模板提供了模擬量、數字量I/O及增量型和絕對值編 碼器的輸入接口，共60個I/O通道。一個CP50M1遠程站DP通訊模板集成了兩個PROFIBUS DP/MPI接口，併集
成了 8MB通訊緩存。一個CP52A0專用GDM網絡通訊模板與GDM主機架的CP51配合使用，構 成GDM網絡的通訊。一個CP51M1乙太網通訊模板工業乙太網模板，集成了 8MB通訊緩存。TDC-2的UR5213通用機架內安裝以下模板一個CPU551模板、一個CP50M1遠程站DP通訊模板和一個CP51M1乙太網通訊模板。二、GDM全局數據存儲，它是TDC控制系統中獨有的一種通訊系統，通訊周期小於lms，實現高速通訊。系統採用的GDM網絡系統機架主要使用了以下通訊模板一個CP52M0緩存模板提供了 GDM網絡的通訊緩存，緩存容量為2MB，所 有在GDM網絡中的CPU模板可以通過此通訊緩存進行數據交換。一個CP52IO接口模板接口模板與CP52M0存儲器模板共同使用組成GDM網 絡主機架，每個GDM從機架通過CP52A0接入模板與CP52IO接口模板連接，通訊介質 為光纖。三、I0擴展接口模塊。本實施例中使用了四塊IO擴展接口模塊，每塊IO擴展 接口模塊採用專用電纜與SM500連接，分別為(1) SU13 與SM500的Xl埠連接，提供模擬量輸出8路、模擬量輸入8 路、積分模擬量輸入4路。(2) SB70 與SM500的X3埠連接，提供8點繼電器輸出。(3) SB70 與SM500的X3埠連接，提供8點數字量輸入。(4) SU12 與SM500的X3埠連接，提供絕對值編碼器輸入2路。四、ET200M遠程站包括以下模塊提供DC24V、5A電源的PC307電源模板； DP通訊模板IM153-1 ； 16位DI、DO模塊；8位AO、AI模塊；SSI模塊；FM350-2計 數器模塊。五、供電系統。硬體環境接入220V交流電源，通過空氣開關分別提供給TDC、 GDM機架和ET200站，220V電源通過TDC機架和ET200站自帶的電源系統轉換為 24VDC電源供給各個模塊使用。SITOP電源將220V交流電源轉換為24V直流電源供應
給OLM使用。六、網絡配置，包括(1)乙太網兩套TDC控制器通過CP51M1模板接入乙太網網絡，通過以太 網網絡與二級機MNG、人機互動式管理PC電腦連接，實現在線編程和數據通訊。(2) GDM網兩套TDC控制器機架通過光纖和GDM網絡機架連接，構成基 本簡單的全局數據存儲器GDM網絡，實現不同的TDC機架間的數據高速傳輸。(3) DP網遠程站和TDC之間通過DP網絡連接，實現IO的擴展。由於設 計了 OLM，所以可以通過DP網絡轉光纖增加DP遠程站的數量，實驗光纖的遠程通訊能 力。七、熱連軋仿真系統運用了 STEP7編程環境，採用CFC程式語言編制應用軟體 進行過程。S7-CFC (Continuous Function Chart連續功能圖表)不同於以往的S7300、 S7400的編程，而是根據強大的預製程序庫通過繪製功能圖表，用簡單的連線自動生成程 序，可以降低成本，減少以往編程會出現的錯誤。S7-CFC編程界面為圖形界面，包括 若干個Chart。仿真系統在Chart中以圖形的方式插入已經編制好的塊，指定這些塊之間 的連接關係，也可以為這些塊分配輸入輸出地址，其生成的塊可以以SCL代碼的形式出 現，最終將生成STL代碼。系統將代碼下載到TDC中即可執行。八、二級機MNG用於進行模擬軋鋼的各種數據設定，包括粗軋軋機模型設定 值、立輥模型設定值、精軋模型設定值、卷取設定值。[0041]九、人機互動式仿真控制終端上設置了熱連軋仿真控制操作界面，仿真控制界面包括兩大部分熱連軋二級設定，熱連軋全線仿真。如附圖2所示，使用TDC控制系統模擬熱連軋由粗軋區到精軋區，最後至卷取 區的軋制過程，成功實現了具有高效實時性的熱連軋仿真系統。本系統操作過程可分為 以下6個步驟。①啟動TDC控制系統和畫面系統；②在畫面中選擇鋼種；③在仿真系統二級設定畫面對粗軋、精軋、卷取的重要參數設定，下發給 TDC ；④點擊畫面中「模軋控制」，顯示模軋控制畫面；⑤在模軋控制畫面中選擇進剛模式，可以選擇「進剛」或「連續進剛」；⑥點擊模軋控制畫面中「模軋啟動」，全線仿真畫面開始模軋。圖3為仿真系統的具體操作控制流程圖，本系統的TDC程序分三大模塊粗軋 模塊，精軋模塊，卷取模塊。每個模塊模擬控制相應區域的設備，並如實反映在WINCC 畫面中。首先TDC程序由粗軋模塊讀取軋制數據進行粗軋模擬軋制，粗軋模擬完畢將 模擬的帶鋼數據傳給精軋；然後精軋模塊讀取數據模擬精軋軋鋼，再將精軋數據傳給卷 取區；最後卷取模塊根據帶鋼數據做卷徑等計算，模擬帶鋼卷取過程，完成本次模擬軋 制。如果軋鋼模式選擇連續進鋼，程序將循環進行。TDC程序接收的軋機軋制數據如粗 軋道次等都由二級設定，TDC程序計算的軋機輥縫等重要軋制參數的實際值會顯示在軋 鋼全線仿真畫面中。最後所應說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本實用新型的技術方案而非 限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當 理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術 方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
權利要求1.一種熱連軋仿真系統，其特徵在於，包括TDC控制系統、MNG 二級機、仿真控制 終端，所述TDC控制系統、MNG 二級機、仿真控制終端通過乙太網組網連接；TDC控制系統的DP通訊模板通過遠程I/O模塊連接現場設備的部分傳感器，TDC控 制系統的10擴展接口模塊連接現場設備的速度編碼信號、位置傳感信號，並且根據採集 的現場數據發出相應的仿真控制指令；MNG 二級機用於管理和設定模擬熱連軋的參數； 仿真控制終端與TDC控制系統實施通訊連接，用於接收TDC控制系統採集的現場信號以 及相應的仿真控制指令，並且提供人機互動的操作控制界面，供操作員進行操作控制。
2.根據權利要求1所述的熱連軋仿真系統，其特徵在於，還包括GDM全局數據存 儲，所述GDM全局數據存儲與TDC控制系統通過光纖連接，GDM用於仿真過程中的數 據通訊緩存和數據交換，實現高速通訊。
3.根據權利要求2所述的熱連軋仿真系統，其特徵在於，所述TDC控制系統包括兩 臺TDC控制器，兩臺TDC控制器均通過光纖連接所述GDM全局數據存儲。
4.根據權利要求1或2或3所述的熱連軋仿真系統，其特徵在於，所述TDC控制控 制器通過OLM光電轉換器連接所述遠程I/O模塊，所述OLM光電轉換器與遠程I/O模 塊之間用光纖連接。
專利摘要本實用新型涉及熱連軋的仿真軋鋼系統，它包括TDC控制系統、GDM全局數據存儲、MNG二級機、仿真控制終端，所述TDC控制系統、MNG二級機、仿真控制終端通過乙太網組網連接；TDC控制系統的DP通訊模板通過遠程I/O模塊連接現場設備的部分傳感器，TDC控制系統的IO擴展接口模塊連接現場設備的速度編碼信號、位置傳感信號；MNG二級機用於管理和設定模擬熱連軋的參數；仿真控制終端與TDC控制系統實施通訊連接，接收TDC控制系統採集的現場信號以及相應的仿真控制指令，並且提供人機互動的操作控制界面，供操作員進行操作控制。本系統採用西門子TDC控制器建立了熱連軋仿真系統，具有極強的實時性，本系統能使控制模型及過程計算通過外部接口得到實證，便於改進模型。
文檔編號G05B17/02GK201804225SQ201020258669
公開日2011年4月20日 申請日期2010年7月15日 優先權日2010年7月15日
發明者尹堯, 張春草, 李凱, 雷銳光 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司