D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.06.039 第29卷第6期 北京科技大学学报 Vol.29 No.6 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2007 基于TDC的1500热连轧卷取机助卷辊 自动踏步控制系统 张大志)周芳)申屠南凯)李海滨) 弥春霞)时元海 1)北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京1000832)莱芜钢铁（集团）公司，莱芜271100 摘要莱钢1500mm热连轧是一套国内自主设计生产的全自动化热连轧机组，卷取机助卷辊自动踏步控制(automatic jump control,AJC)功能对于产品的最终质量及相关设备具有重要影响.该套AJC系统是国内自主开发的基于SIEMENS TDC系统 的宽带钢热连轧机AJC系统.在西门子STEP开发平台完成所有的软件编程，并利用西门子WCC设计了界面友好的人机 接口系统，实现了系统的全自动控制.系统功能完善，控制精度高，在莱钢1500mm热连轧卷取机上得到了应用，并取得了良 好的效果。 关键词热连轧机：卷取机：助卷辊：控制系统：自动踏步控制 分类号TG333.2+4:TP278 随着市场对热轧带钢需求量越来越大，对其质 特别适用于像钢铁厂这样的大型工业系统的应用 量的要求也越来越高，卷取区是热连轧带钢的成品 TDC具有模块化的系统结构、可升级的高性能硬件 区，对带钢的最终质量具有重要意义，在整条生产线 系统，使用具有64位背板总线的64位RISC CPU 中处于十分重要的位置.自动踏步控制(automatic 模块使得系统具有优异的性能，利用SIMATIC工 jump control,.AJC)是现代带钢热连轧机的一个新 具STEP7、CFC和SFC进行图形化的配置，具有 的控制功能，对带钢在刚刚开始进入卷筒时前几圈 D7SYS功能块库，同时可以利用C语言编制自己 的质量及卷形具有很大影响，现代化的热连轧机组 的功能块，对于动态闭环控制任务采样时间最小可 卷取控制系统中均采用了助卷辊自动踏步控制功 以达到100~·TDC信号模板SM500具有很高的 能，其目的是尽可能减小在卷取时由于带头和助卷 集成度，包含8AI、8A0、4AI、16D1、16D0、4SSI、 辊相撞而在带钢内表面上产生的压痕，对带钢表面 4PI和6个LED显示灯，另外，TDC系统之间可以 质量的这种损伤在带钢较厚时更为明显，自动踏步 通过GDM(global data memory)进行高速通信和数 控制功能的实现，有赖于助卷辊的径向运动控制采 据共享，数据刷新速率小于1ms(630 Mbaud, 用具有高响应性的液压伺服控制系统、精密的带头 300m) 检测装置、准确的数学模型，以及快速可靠的自动控 1.2系统结构 制系统] AJC系统是整个卷取机控制系统中的一个子系 自动踏步控制系统控制精度要求高、控制功能 统，其系统结构与整个大系统是一致的，也可分为三 切换频繁、控制周期短、控制系统设计复杂，该套 级，即过程控制级、基础自动化级和现场设备 AJC系统是国内自主开发的基于SIEMENS TDC 级[，系统总体结构如图1所示· 系统的宽带钢热连轧机AJC系统，系统从2005年 (1)过程控制级，过程控制计算机系统(L2)主 7月在莱钢1500mm热连轧卷取机上开始应用至 要任务是对卷取过程进行跟踪和控制，进行卷取控 今，取得了良好的效果 制数学模型及参数的计算与设定，主要包括助卷辊 1自动控制系统 辊缝值、助卷辊的超前率等，在设定计算完成后，设 定值被立即传递给L1,传递下去的设定数据由L1 1.1 SIEMENS TDC简介 管理，具体执行控制的时序由L1控制.该级通过光 TDC(technology and drive control)系统是 纤以太网进行互联，并与基础自动化级PLC以及现 Siemens公司最新开发的高端多处理器控制系统， 场生产控制计算机系统进行通讯， 收稿日期：2006-03-01修回日期：2006-07-08 (2)基础自动化级.基础自动化级(L1)包括 作者简介：张大志(1971一)男，副研究员，博士 TDC、操作台及相应的应用程序，负责在卷取过程中
基于 TDC 的1500热连轧卷取机助卷辊 自动踏步控制系统 张大志1） 周 芳1） 申屠南凯1） 李海滨2） 弥春霞2） 时元海2） 1） 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心北京100083 2） 莱芜钢铁（集团）公司莱芜271100 摘 要 莱钢1500mm 热连轧是一套国内自主设计生产的全自动化热连轧机组卷取机助卷辊自动踏步控制（automatic jump controlAJC）功能对于产品的最终质量及相关设备具有重要影响．该套 AJC 系统是国内自主开发的基于 SIEMENS TDC 系统 的宽带钢热连轧机 AJC 系统．在西门子 ST EP 开发平台完成所有的软件编程并利用西门子 WinCC 设计了界面友好的人机 接口系统实现了系统的全自动控制．系统功能完善控制精度高在莱钢1500mm 热连轧卷取机上得到了应用并取得了良 好的效果． 关键词 热连轧机；卷取机；助卷辊；控制系统；自动踏步控制 分类号 TG333∙2＋4；TP278 收稿日期：2006－03－01 修回日期：2006－07－08 作者简介：张大志（1971－）男副研究员博士 随着市场对热轧带钢需求量越来越大对其质 量的要求也越来越高．卷取区是热连轧带钢的成品 区对带钢的最终质量具有重要意义在整条生产线 中处于十分重要的位置．自动踏步控制（automatic jump controlAJC）是现代带钢热连轧机的一个新 的控制功能对带钢在刚刚开始进入卷筒时前几圈 的质量及卷形具有很大影响．现代化的热连轧机组 卷取控制系统中均采用了助卷辊自动踏步控制功 能其目的是尽可能减小在卷取时由于带头和助卷 辊相撞而在带钢内表面上产生的压痕对带钢表面 质量的这种损伤在带钢较厚时更为明显．自动踏步 控制功能的实现有赖于助卷辊的径向运动控制采 用具有高响应性的液压伺服控制系统、精密的带头 检测装置、准确的数学模型以及快速可靠的自动控 制系统［1－3］． 自动踏步控制系统控制精度要求高、控制功能 切换频繁、控制周期短、控制系统设计复杂该套 AJC 系统是国内自主开发的基于 SIEMENS TDC 系统的宽带钢热连轧机 AJC 系统．系统从2005年 7月在莱钢1500mm 热连轧卷取机上开始应用至 今取得了良好的效果． 1 自动控制系统 1∙1 SIEMENS TDC 简介 TDC （ technology and drive control ） 系 统 是 Siemens 公司最新开发的高端多处理器控制系统 特别适用于像钢铁厂这样的大型工业系统的应用． TDC 具有模块化的系统结构、可升级的高性能硬件 系统使用具有64位背板总线的64位 RISC CPU 模块使得系统具有优异的性能利用 SIMATIC 工 具 STEP7、CFC 和 SFC 进行图形化的配置具有 D7－SYS功能块库同时可以利用 C 语言编制自己 的功能块对于动态闭环控制任务采样时间最小可 以达到100μs．TDC 信号模板 SM500具有很高的 集成度包含8AI、8AO、4IAI、16DI、16DO、4SSI、 4PI 和6个 LED 显示灯．另外TDC 系统之间可以 通过 GDM（global data memory）进行高速通信和数 据共 享数 据 刷 新 速 率 小 于 1ms （630 Mbaud 300m）． 1∙2 系统结构 AJC 系统是整个卷取机控制系统中的一个子系 统其系统结构与整个大系统是一致的也可分为三 级即 过 程 控 制 级、基 础 自 动 化 级 和 现 场 设 备 级［4－5］系统总体结构如图1所示． （1） 过程控制级．过程控制计算机系统（L2）主 要任务是对卷取过程进行跟踪和控制进行卷取控 制数学模型及参数的计算与设定主要包括助卷辊 辊缝值、助卷辊的超前率等．在设定计算完成后设 定值被立即传递给 L1传递下去的设定数据由 L1 管理具体执行控制的时序由 L1控制．该级通过光 纤以太网进行互联并与基础自动化级 PLC 以及现 场生产控制计算机系统进行通讯． （2） 基础自动化级．基础自动化级（L1）包括 TDC、操作台及相应的应用程序负责在卷取过程中 第29卷 第6期 2007年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．6 Jun．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．06．039
第6期 张大志等：基于TDC的1500热连轧卷取机助卷辊自动踏步控制系统 .623. 软件开发终端 打印机 服务器（在线） 服务器（备用） 人机界面 人机界面 交换机 (计算机室 交换机一 2级 (卷取操作室) Switch 】 西门子 远程1/OET200M TDC系统 1级 0级 跟踪用 高温检测器 位置控制用 压力控制用 控制系统 激光检测器 位移传感器 油压传感器 执行器 图1自动控制系统结构 Fig.I Structure of the automatic control system 根据L2设定值和带钢位置对相关设备的动作时序 与自动踏步控制系统相关的助卷辊、开关板、斜溜槽 进行控制，并为L2提供各测量值和检测信号.基础 板、升降导板、卷筒等机械设备，压力和位置控制所 自动化级系统之间通过ProfiBus--DP(分散的外围 对应的液压系统及执行机构，以及热金属检测器、激 设备)网进行通讯.ProfiBus是一种用于具有有限数 光检测器、位移传感器、压力检测器等检测仪表， 量站点的单元级和现场级子网，它是与制造商无关 1.3系统主要控制功能 的开放式通讯系统，ProfiBus-DP协议适用于分散 AJC控制系统如图2所示，其控制功能主要包 的外围设备（如ET200M)的连接，具有快速的响应 括带钢头尾跟踪、助卷辊位置控制、助卷辊压力控 时间 制、带钢尾部控制、自动校准、卷筒涨缩控制等]， (③)现场设备级，现场设备级主要包括卷取区 自动踏步控制的基本原理是：自动跟踪模块计 压力传感器 带钢 位移传感器 压力 位置 带钢头/ 反馈 蹄步压下 反馈 尾跟踪 涨径 控制 膝步拍起 辊缝调整 搂触 带钢 带钢末端 压力业 章数据 抬起控制 功能选择 实际 助卷棍压力 甩尾 油压反馈油压反馈 设定 计算模型 压下控制 实际压力 辊缝文 手动操作 斜坡信号 位置控制器压力设定 斜坡信号设定压力压力 自动校准 发生器 值限制 发生器 控制器 图2AJC自动控制系统功能 Fig.2 Functions of the automatic jump control system 算带钢头部位置并给电气控制发送信号，每个助卷 方式运行，该过程将持续到卷取若干圈后全部助卷 辊都具有位置和压力控制器，在带钢卷取过程第二 辊打开为止，良好的踏步控制系统能保证带钢头部 圈开始后，每当带钢头部转到距离任一助卷辊之前 不与助卷辊相撞的前提下，尽可能缩小助卷辊和带 一定的位置时，该助卷辊都迅速抬起，和带钢脱离接 钢脱离的时间，使卷形不受影响0]. 触；而当带钢头部通过助卷辊一定的位置后，该助卷 1.3.1带钢跟踪 辊则迅速回靠以压紧卷筒上的带钢，并按压力控制 利用激光检测器检测到的带钢头部和尾部信
图1 自动控制系统结构 Fig．1 Structure of the automatic control system 根据 L2设定值和带钢位置对相关设备的动作时序 进行控制并为 L2提供各测量值和检测信号．基础 自动化级系统之间通过 ProfiBus－DP（分散的外围 设备）网进行通讯．ProfiBus 是一种用于具有有限数 量站点的单元级和现场级子网它是与制造商无关 的开放式通讯系统ProfiBus－DP 协议适用于分散 的外围设备（如 ET200M）的连接具有快速的响应 时间． （3） 现场设备级．现场设备级主要包括卷取区 与自动踏步控制系统相关的助卷辊、开关板、斜溜槽 板、升降导板、卷筒等机械设备压力和位置控制所 对应的液压系统及执行机构以及热金属检测器、激 光检测器、位移传感器、压力检测器等检测仪表． 1∙3 系统主要控制功能 AJC 控制系统如图2所示其控制功能主要包 括带钢头尾跟踪、助卷辊位置控制、助卷辊压力控 制、带钢尾部控制、自动校准、卷筒涨缩控制等［6－8］． 自动踏步控制的基本原理是：自动跟踪模块计 图2 AJC 自动控制系统功能 Fig．2 Functions of the automatic jump control system 算带钢头部位置并给电气控制发送信号．每个助卷 辊都具有位置和压力控制器在带钢卷取过程第二 圈开始后每当带钢头部转到距离任一助卷辊之前 一定的位置时该助卷辊都迅速抬起和带钢脱离接 触；而当带钢头部通过助卷辊一定的位置后该助卷 辊则迅速回靠以压紧卷筒上的带钢并按压力控制 方式运行．该过程将持续到卷取若干圈后全部助卷 辊打开为止．良好的踏步控制系统能保证带钢头部 不与助卷辊相撞的前提下尽可能缩小助卷辊和带 钢脱离的时间使卷形不受影响［9－10］． 1∙3∙1 带钢跟踪 利用激光检测器检测到的带钢头部和尾部信 第6期 张大志等： 基于 TDC 的1500热连轧卷取机助卷辊自动踏步控制系统 ·623·
.624 北京科技大学学报 第29卷 号，进行带钢的头部和尾部位置的准确跟踪，以启动 要依据钢种、轧制工艺确定，由于卷筒在卷绕几圈 卷筒的速度控制以及助卷辊的速度控制、助卷辊位 后进行终涨，此后几圈的跟踪距离计算模型中的卷 置控制、助卷辊压力控制，以及自动踏步控制的踏步 筒直径要修改为相应的卷筒终涨直径 定时和压力控制定时，在跟踪过程中，当计算机跟 1.3.2辊缝和跳跃量设定 踪的轧件位置与实际轧件的位置产生偏差时，操作 每个助卷辊在等待带钢咬入时的初始辊缝设定 人员可以通过HMI终端进行跟踪修正 并不相同，一般原则是使辊缝设定依次减小，从而有 对于踏步控制来说，控制的成功与否，很大程度 利于带钢的咬入和卷取，助卷辊初始辊缝S,可表 上取决于带钢头部跟踪的准确性，如果在跟踪不准 示为： 确的情况下使用此功能，不仅起不到应有的效果，而 So=ah (4) 且会适得其反，甚至造成堆钢，在现场检测仪表的 式中，α为助卷辊初始辊缝设定系数，一般情况下 配置上，在夹送辊与卷筒连线的垂直方向上安装了 1助卷辊a=1.5,2和3助卷辊a=1.0. 一个高精度的激光检测器，再根据下夹送辊测速编 为了避让带钢头部对助卷辊产生冲击从而使带 码器反馈脉冲计算所得的实际线速度，则可以准确 钢内表面形成压痕，在助卷辊跳跃时位置给定须附 跟踪带钢头尾部的实时位置，带钢跟踪简图如图3 加弹跳量入，一般根据带钢的厚度情况取3~5mm, 所示 在开始卷绕第二圈投入踏步控制后，由于三个 助卷辊与卷筒之间的初始辊缝不同，为使各个助卷 辊同一次跳跃后与卷筒的最大辊缝保持一致，须在 跳跃补偿量δ的给定计算中消除初始辊缝设定系 数带来的差别.第n圈的跳跃补偿量为： d=(n-a)h(n≥1) (5) 带钢卷上几圈后，为使带钢能够更加紧密的缠 绕在卷筒上，形成张力，卷筒将作二次涨开.而助卷 辊与卷筒的辊缝标定是在卷筒预涨时进行的，所以 1一检测器；2一助卷辊：3一助卷辊：4一助卷辊；L一检测器与1# 要在辊缝设定中增加终涨导致的辊缝补偿量σ， 助卷辊间的距离 图3跟踪简图 综上所述，助卷辊每次跳跃时的位置给定S Fig.3 Strip track chart 由初始位置给定值S0、跳跃补偿量δ、弹跳安全量 入、终涨导致的辊缝补偿量。四部分组成，可用公式 设L为第i个助卷辊第j次跳跃时带钢头部距 表示为： 离激光检测器的跟踪长度，称为每个助卷辊跳跃时 Smf=So+λ十6+o (6) 的基准跟踪距离，第一圈各助卷辊摆好初始辊缝， 1.3.3控制方式及控制切换 不作跳跃动作，从带头第二次通过该助卷辊时开始 当助卷辊压紧带钢进行卷取时，助卷辊液压伺 投入踏步控制功能.1、2产、3#助卷辊第j次跳跃 服系统处于自动压力控制模式，助卷辊对带钢的压 (≥1)时带头距激光检测器的跟踪距离为： 紧力是按照工艺要求由过程计算机或人工进行设 L1=L十x[Do+2(G-1)h] (1) 定，由于没有相应的直接测量压紧力的传感元件，因 L2=L1y十[D0+2jh]B (2) 此压紧力是利用液压油的油压间接测量得到的，恒 压力控制系统根据给定的压力参考值和根据油压计 L3=L1十π[D0十2jh]Y (3) 算的压力测量反馈值，通过压力调节器将压力差转 式中，Do为卷筒预涨直径，mm;L为激光检测器与 换为伺服阀控制信号驱动液压缸运动，以实现恒压 1#助卷辊间的距离，mm;P为2*助卷辊与1*助卷 力控制 辊之间弧长所占整个周长的百分比；Y为3助卷辊 位置自动控制是助卷辊径向运动的基本控制功 与1#助卷辊之间弧长所占整个周长的百分比；h为 能，在开始踏步时，液压伺服系统从压力控制方式 带钢厚度，mm, 转换为位置控制方式，而当带头通过助卷辊后，再从 实际应用中，由于设备的响应、执行时间、跟踪 位置控制方式切换回压力控制方式，液压压下位置 误差等影响，需提前发出跳跃指令，并且在带头顺利 控制系统根据给定的液压缸位置参考值和来自直线 通过后再使助卷辊重新压靠。提前和滞后的距离需 位移传感器的液压缸位置实时测量信号的差值，采
号进行带钢的头部和尾部位置的准确跟踪以启动 卷筒的速度控制以及助卷辊的速度控制、助卷辊位 置控制、助卷辊压力控制以及自动踏步控制的踏步 定时和压力控制定时．在跟踪过程中当计算机跟 踪的轧件位置与实际轧件的位置产生偏差时操作 人员可以通过 HMI 终端进行跟踪修正． 对于踏步控制来说控制的成功与否很大程度 上取决于带钢头部跟踪的准确性．如果在跟踪不准 确的情况下使用此功能不仅起不到应有的效果而 且会适得其反甚至造成堆钢．在现场检测仪表的 配置上在夹送辊与卷筒连线的垂直方向上安装了 一个高精度的激光检测器再根据下夹送辊测速编 码器反馈脉冲计算所得的实际线速度则可以准确 跟踪带钢头尾部的实时位置．带钢跟踪简图如图3 所示． 1－检测器；2－助卷辊；3－助卷辊；4－助卷辊；L－检测器与1＃ 助卷辊间的距离 图3 跟踪简图 Fig．3 Strip track chart 设 L ij为第 i 个助卷辊第 j 次跳跃时带钢头部距 离激光检测器的跟踪长度称为每个助卷辊跳跃时 的基准跟踪距离．第一圈各助卷辊摆好初始辊缝 不作跳跃动作从带头第二次通过该助卷辊时开始 投入踏步控制功能．1＃、2＃、3＃助卷辊第 j 次跳跃 （ j≥1）时带头距激光检测器的跟踪距离为： L1j＝ L＋π［ D0＋2（ j－1） h］ （1） L2j＝ L1j＋π［ D0＋2jh］β （2） L3j＝ L1j＋π［ D0＋2jh］γ （3） 式中D0 为卷筒预涨直径mm；L 为激光检测器与 1＃助卷辊间的距离mm；β为2＃助卷辊与1＃助卷 辊之间弧长所占整个周长的百分比；γ为3＃助卷辊 与1＃助卷辊之间弧长所占整个周长的百分比；h 为 带钢厚度mm． 实际应用中由于设备的响应、执行时间、跟踪 误差等影响需提前发出跳跃指令并且在带头顺利 通过后再使助卷辊重新压靠．提前和滞后的距离需 要依据钢种、轧制工艺确定．由于卷筒在卷绕几圈 后进行终涨此后几圈的跟踪距离计算模型中的卷 筒直径要修改为相应的卷筒终涨直径． 1∙3∙2 辊缝和跳跃量设定 每个助卷辊在等待带钢咬入时的初始辊缝设定 并不相同一般原则是使辊缝设定依次减小从而有 利于带钢的咬入和卷取．助卷辊初始辊缝 S0 可表 示为： S0＝αh （4） 式中α为助卷辊初始辊缝设定系数一般情况下 1＃助卷辊 α＝1∙52＃和3＃助卷辊 α＝1∙0． 为了避让带钢头部对助卷辊产生冲击从而使带 钢内表面形成压痕在助卷辊跳跃时位置给定须附 加弹跳量 λ一般根据带钢的厚度情况取3～5mm． 在开始卷绕第二圈投入踏步控制后由于三个 助卷辊与卷筒之间的初始辊缝不同为使各个助卷 辊同一次跳跃后与卷筒的最大辊缝保持一致须在 跳跃补偿量 δ的给定计算中消除初始辊缝设定系 数带来的差别．第 n 圈的跳跃补偿量为： δ＝（ n－α） h （ n≥1） （5） 带钢卷上几圈后为使带钢能够更加紧密的缠 绕在卷筒上形成张力卷筒将作二次涨开．而助卷 辊与卷筒的辊缝标定是在卷筒预涨时进行的所以 要在辊缝设定中增加终涨导致的辊缝补偿量 σ． 综上所述助卷辊每次跳跃时的位置给定 Sref 由初始位置给定值 S0、跳跃补偿量 δ、弹跳安全量 λ、终涨导致的辊缝补偿量 σ四部分组成可用公式 表示为： Sref＝S0＋λ＋δ＋σ （6） 1∙3∙3 控制方式及控制切换 当助卷辊压紧带钢进行卷取时助卷辊液压伺 服系统处于自动压力控制模式．助卷辊对带钢的压 紧力是按照工艺要求由过程计算机或人工进行设 定由于没有相应的直接测量压紧力的传感元件因 此压紧力是利用液压油的油压间接测量得到的．恒 压力控制系统根据给定的压力参考值和根据油压计 算的压力测量反馈值通过压力调节器将压力差转 换为伺服阀控制信号驱动液压缸运动以实现恒压 力控制． 位置自动控制是助卷辊径向运动的基本控制功 能．在开始踏步时液压伺服系统从压力控制方式 转换为位置控制方式而当带头通过助卷辊后再从 位置控制方式切换回压力控制方式．液压压下位置 控制系统根据给定的液压缸位置参考值和来自直线 位移传感器的液压缸位置实时测量信号的差值采 ·624· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第6期 张大志等：基于TDC的1500热连轧卷取机助卷辊自动踏步控制系统 .625 用反馈控制(PID)和前馈控制相结合的控制算法， 产生驱动伺服阀的控制信号，使液压压下油缸快速、 准确动作，实现压下油缸位置的闭环调节，液压压 下压力控制和位置控制是以液压缸作为执行机构， 在基于液压控制器的控制下实现的，位置和压力控 制方式的切换如图4所示 第二次跳跃 辊缝曲线 第一次跳跃 3h 2h 图6AJC功能在CC编程环境下的实现 时间ms 待卷 跳跃结束 Fig.6 AJC programmed in CFC system 压力控制 位置控制 跳跃开始 3系统应用 图4位置和压力控制切换简图 系统于2005年6月开始进行应用调试，6月29 Fig.4 Switch chart of position control and press control 日全线系统一次性过钢成功，AC系统于7月份逐 步对不同规格的钢种进行调试，经过一个多月的努 2软件设计与实现 力，系统的手动、半自动和自动功能全部调试完成并 2.1HM人机界面系统 投入使用，该系统的控制能力基本上覆盖了所有的 友好的人机界面系统是一套工业应用的自动化 产品规格，保证了带钢头部和尾部质量，同时为顺利 系统的重要组成部分，对于操作工的现场操作和系 卷取和保证良好的钢卷卷形打下良好的基础.该功 统维护都有重要作用，利用西门子WinCC系统设 能已通过现场的各项工程指标验收，均达到优良， 计并实现了功能完善、界面友好的HMI系统，包括 4结论 助卷辊校准、参数设定、AJC功能选择等功能.助卷 辊HMI如图5所示 为莱钢设计的1500mm热连轧卷取机助卷辊 自动踏步控制系统是国内第一套自主开发的基于 SIEMENS TDC系统的宽带钢热连轧机AJC系统， 系统设计合理，便于现场安装、使用和维护.系统硬 件配置先进，软件控制功能完善，控制精度高，系统 己经在实际生产中发挥了重要作用 参考文献 [1]王崇湘，陶俊伟，沈培康.先进实用的自动化控制系统在全液 压卷取机上的应用.宝钢技术，2004(Sppl):20 [2]孙敏.梅钢热轧卷取机控制系统的设计思想.制造业自动化， 2002(10):57 和mC四可 [3]蔡少华。攀钢热轧板厂全液压卷取机自动控制系统，冶金自 图5助卷辊HMⅡ人机界面 动化，2005(3)：60 Fig-5 HMII interface of wrapping roll [4]赵宝车·配有液压助卷辊的热带钢卷取机的研究。本溪冶金 高等专科学校学报，2002(4)：8 2.2AJC功能软件实现 [5]吴晓明，栾海英，张强，等。热轧带钢地下卷取机踏步系统的 STEP7是西门子公司开发的工业自动化系统 应用研究.液压与气动，2003(10)：46 集成开发平台，AC功能的实现是在西门子STEP7 [6]宋耕田，周宁生，周汉武，热轧地下卷取机助卷辊控制系统改 造.冶金设备，2001(4)：27 环境下完成的，使用了CFC(连续功能块图)·图6 [7]吕晓云，卷取机助卷辊AC踏步时间计算及控制分析.山西 为AJC在CFC编程环境下的软件实现 冶金，2005(1)：50
用反馈控制（PID）和前馈控制相结合的控制算法 产生驱动伺服阀的控制信号使液压压下油缸快速、 准确动作实现压下油缸位置的闭环调节．液压压 下压力控制和位置控制是以液压缸作为执行机构 在基于液压控制器的控制下实现的．位置和压力控 制方式的切换如图4所示． 图4 位置和压力控制切换简图 Fig．4 Switch chart of position control and press control 2 软件设计与实现 2∙1 HMI 人机界面系统 友好的人机界面系统是一套工业应用的自动化 系统的重要组成部分对于操作工的现场操作和系 统维护都有重要作用．利用西门子 WinCC 系统设 计并实现了功能完善、界面友好的 HMI 系统包括 助卷辊校准、参数设定、AJC 功能选择等功能．助卷 辊 HMI 如图5所示． 图5 助卷辊 HMI 人机界面 Fig．5 HMI interface of wrapping roll 2∙2 AJC 功能软件实现 STEP7是西门子公司开发的工业自动化系统 集成开发平台AJC 功能的实现是在西门子 STEP7 环境下完成的使用了 CFC（连续功能块图）．图6 为 AJC 在 CFC 编程环境下的软件实现． 图6 AJC 功能在 CFC 编程环境下的实现 Fig．6 AJC programmed in CFC system 3 系统应用 系统于2005年6月开始进行应用调试6月29 日全线系统一次性过钢成功．AJC 系统于7月份逐 步对不同规格的钢种进行调试经过一个多月的努 力系统的手动、半自动和自动功能全部调试完成并 投入使用．该系统的控制能力基本上覆盖了所有的 产品规格保证了带钢头部和尾部质量同时为顺利 卷取和保证良好的钢卷卷形打下良好的基础．该功 能已通过现场的各项工程指标验收均达到优良． 4 结论 为莱钢设计的1500mm 热连轧卷取机助卷辊 自动踏步控制系统是国内第一套自主开发的基于 SIEMENS TDC 系统的宽带钢热连轧机 AJC 系统． 系统设计合理便于现场安装、使用和维护．系统硬 件配置先进软件控制功能完善控制精度高．系统 已经在实际生产中发挥了重要作用． 参 考 文 献 ［1］ 王崇湘陶俊伟沈培康．先进实用的自动化控制系统在全液 压卷取机上的应用．宝钢技术2004（Suppl）：20 ［2］ 孙敏．梅钢热轧卷取机控制系统的设计思想．制造业自动化 2002（10）：57 ［3］ 蔡少华．攀钢热轧板厂全液压卷取机自动控制系统．冶金自 动化2005（3）：60 ［4］ 赵宝军．配有液压助卷辊的热带钢卷取机的研究．本溪冶金 高等专科学校学报2002（4）：8 ［5］ 吴晓明栾海英张强等．热轧带钢地下卷取机踏步系统的 应用研究．液压与气动2003（10）：46 ［6］ 宋耕田周宁生周汉武．热轧地下卷取机助卷辊控制系统改 造．冶金设备2001（4）：27 ［7］ 吕晓云．卷取机助卷辊 AJC 踏步时间计算及控制分析．山西 冶金2005（1）：50 第6期 张大志等： 基于 TDC 的1500热连轧卷取机助卷辊自动踏步控制系统 ·625·
.626. 北京科技大学学报 第29卷 [8]王益群，吴晓明，曹栋璞，等.热连轧卷取机电液伺服控制系 重技术，2005(4)：20 统的设计.液压气动与密封，2002(5)：1 [10]赵丙龙，王宏兵，马忠.卷取机电液伺服踏步控制系统仿真 [9]唐超.菜钢1500mm热连轧机AC液压系统设计.重工与起 及试验研究.机械工程与自动化，2005(6)：60 TDCbased wrapping roll automatic jump control system for a 1500mm hot strip mill coiler ZHANG Dazhi,ZHOU Fang,SHENTU Nankai,LI Haibin2),MI Chunxia2),SHI Y uanhai2) 1)National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Laiwu Iron and Steel (Group)Corporation,Laiwu 271100.China ABSTRACT The Laigang 1500mm hot strip mill is a set of fully automatic hot strip mill designed and manu- factured by us.The automatic jump control (AJC)of wrapping rolls is very important for the final quality of products.The system is the first set of AJC system based on Siemens TDC and designed by us.The system functions were programmed in Siemens STEP7 and friendly HMI was designed with Siemens WinCC.The sys- tem,with comprehensive functions and high precision,was applied on the Laigang 1500mm hot strip mill and satisfactory results were obtained. KEY WORDS hot strip mill;coiler;wrapping roll;control system;automatic jump control (上接第606页) Layer-by-layer self-assembled bio mineralized material made by polyelectrolyte SUN Chunbao,XING Y,DUAN Xuqin),HAO Juanling2) 1)Civil and Environmental Engineering School.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Semiconductor Manufacture International Corporation (Beijing).Beijing 100067.China ABSTRACI Utilizing the manual simulation method in laboratory a self-assemble multilayer was made through anion-cation polyelectrolyte weak solution.The glass substrate equipped with the self-assemble film was put into the simulated body fluid SBF,and under proper conditions the aggradation of hydroxyl apatite was induced on the film.It is shown that the pH value of the SBF solution has much influence on crystallization of hydroxyl ap- atite.The most compact crystal was observed at pH 7.40 with the self-assembled film and simulated body fluid. The inducing experiments of bio mineralization indicate that the self-assemble film made from the polyelectrolyte weak solution can be successfully used in the study of bio mineralization materials. KEY WORDS bio-mineralization;self-assemble film;simulated body fluid:organic matrix
［8］ 王益群吴晓明曹栋璞等．热连轧卷取机电液伺服控制系 统的设计．液压气动与密封2002（5）：1 ［9］ 唐超．莱钢1500mm 热连轧机 AJC 液压系统设计．重工与起 重技术2005（4）：20 ［10］ 赵丙龙王宏兵马忠．卷取机电液伺服踏步控制系统仿真 及试验研究．机械工程与自动化2005（6）：60 TDC-based wrapping roll automatic jump control system for a 1500mm hot strip mill coiler ZHA NG Daz hi 1）ZHOU Fang 1）SHENTU Nankai 1）LI Haibin 2）MI Chunxia 2）SHI Y uanhai 2） 1） National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnologyUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Laiwu Iron and Steel （Group） CorporationLaiwu271100China ABSTRACT The Laigang1500mm hot strip mill is a set of fully automatic hot strip mill designed and manufactured by us．The automatic jump control （AJC） of wrapping rolls is very important for the final quality of products．The system is the first set of AJC system based on Siemens TDC and designed by us．The system functions were programmed in Siemens STEP7and friendly HMI was designed with Siemens WinCC．The systemwith comprehensive functions and high precisionwas applied on the Laigang1500mm hot strip mill and satisfactory results were obtained． KEY WORDS hot strip mill；coiler；wrapping roll；control system；automatic jump control （上接第606页） Layer-by-layer self-assembled bio-mineralized material made by polyelectrolyte SUN Chunbao 1）XING Y i 1）DUA N Xuqin 1）HAO Juanling 2） 1） Civil and Environmental Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Semiconductor Manufacture International Corporation （Beijing）Beijing100067China ABSTRACT Utilizing the manual simulation method in laboratory a self-assemble multilayer was made through anion-cation polyelectrolyte weak solution．The glass substrate equipped with the self-assemble film was put into the simulated body fluid SBFand under proper conditions the aggradation of hydroxyl apatite was induced on the film．It is shown that the pH value of the SBF solution has much influence on crystallization of hydroxyl apatite．The most compact crystal was observed at pH7∙40with the self-assembled film and simulated body fluid． The inducing experiments of bio-mineralization indicate that the self-assemble film made from the polyelectrolyte weak solution can be successfully used in the study of bio-mineralization materials． KEY WORDS bio-mineralization；self-assemble film；simulated body fluid；organic matrix ·626· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷