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【摘 要】近年来，随着轧钢技术的迅速发展，工艺设备的装备水平出现了新的变化和特点，相应的对基础自动化系统的配置和功能提出了更高的要求。如何规划基础自动化系统，使其在建成之后，不但能够满足工艺生产要求，而且具有完整性、可靠性、实用性和先进性。本文就将热轧带钢厂的基础自动化控制系统的总体设计展开了探析。
【关键词】热轧带钢；基础自动化；系统控制
0.引言
基础自动化系统作为现代化热轧厂三级自动化控制系统重要的一级，对过程自动化系统功能的执行和产品的质量的控制起着关键作用。因此，如何完整合理规划基础自动化系统及其功能，对整个自动化系统至关重要，直接决定了工程成功与否。本文通过对热轧带钢厂基础自动化系统总体设计分析，为基础自动化系统设计提供参考。
1.系统在总体设计上的基点
在热轧钢带厂基础自动化系统设计中，应考虑到以下几点：
1）工艺的设备配置和要求
生产线的基础自动化控制水平应与机械设备的装备水平相适应，也就是说基础自动化的水平是以机械设备的水平作为基础的。目前，在国内外的热轧带钢生产线，基本都是按照板坯库、加热炉、粗轧机、精轧机、卷取机来进行配置的，除此之外还有相应液压润滑系统、水处理系统等辅助系统。一个完整的基础自动化系统不仅要包含上述的各区域内的所有工艺设备，还必须满足工艺设备的具体要求。近年来，随作轧制技术的发展，更多新的工艺被采用，对控制技术提出更高要求。新的工艺装备及其控制要求有以下几方面：
（1）立辊轧机具有全液压AWC和SSC功能，四辊粗轧机设有电动+液压，具有AGC功能。
（2）热卷箱采用先进的钢卷无芯移送式技术，将中间带坯进行无芯卷取和无芯移送，热卷箱对中间坯起到均温和保温作用，减少带钢头尾温度差。
（3）采用全液压式精轧机，设置液压AGC，带工作辊正弯辊系统和工作辊串辊系统，保证带钢厚度和板型质量。
（4）精轧机之间使用液压活套，使带钢在微张力、恒张力状态下进行轧制，保证带钢厚度和宽度精度。
（5）卷取机前面设有短行程控制的液压式侧导板，保证严格对中带钢，改善卷形。
（6）全液压三助卷辊地下卷取机，助卷辊具有自动踏步控制（AJC）功能，保证内层钢卷在较大的压力下不被带钢头部挤压造成压痕，保证卷取质量。
2）系统功能的需求及分析
基础自动化系统功能的需求必须在分析控制范围、了解工艺装备水平和产品市场定位之后进行。就控制功能而言，经过多年来的应用和发展，基础自动化控制技术有了突破性的发展并日臻完善，基础自动化主要功能包括以下几个方面：
（1）轧件的跟踪和协调控制
（2）轧件主令速度控制
（3）短行程的控制（SSC）；
（4）自动宽度控制（AWC）；
（5）自动厚度控制（AGC）；
（6）液压辊缝控制（HGC）；
（7）优化剪切控制；
（8）液压活套控制；
（9）弯辊控制（WRB）；
（10）窜辊控制（WRS）；
（11）层流冷却控制（CTC）；
（12）卷取张力控制；
（13）自动跳步控制（AJC）；
（14）模拟轧制等。
3）系统的合理性
在总体设计时，需采用统一规划、分步实施的原则。可采用以下方法保证系统的完整性、可靠性、实用性和先进性：
（1）完整性：热轧厂是由多机组、连续工序组成，其自動化系统必须从总体目标、设备配置、功能设置等方面进行统一规划，把生产自动化与管理现代化有机结合起来，避免在实施过程中出现不协调的情况。
（2）开放性：自动化硬件设备选型和软件平台的选择、网络的配置遵循通用性强、开放性好的原则，便于今后软件的开发、移植、系统升级、硬件扩展。
（3）可靠性：硬件设备及系统结构的确定要符合当今技术发展的潮流，要体现先进性、可靠性和可维护性。
（4）先进性：基础自动化控制系统（L1）要与过程自动化系统（L2）和生产制造执行系统（L3）紧密结合。采用先进的物流控制、轧制计划编制、质量控制等技术，以及成熟、先进的工艺控制模型，使产品质量、能源消耗、金属收得率等指标达到先进水平。
2.系统结构的设计
1）系统结构的分析
就传统的自动控制系统来看，大部分采用的是集中控制系统来设计的，也有一些采用分散型的控制系统来减少局部的故障对整体系统结构的影响。热轧带钢厂属于一种比较特殊的控制对象，有着以下几个比较突出的特点：上下工序之间配合紧密、响应的速度快、时序严格，同时若其中一个环节出现了错误，就会全线停车。基于这样的特点，使得集中型的控制系统所具有的优势无法发挥出来，而且也会严重导致CPU负荷率的升高，以及出现系统错误率的可能性增加。为此，通过不断对热轧基础自动化控制系统的研究与尝试，当前成熟的设计方案是将其设计成为一种区域性的控制系统，整个控制系统分为板加区、粗轧区、精轧区及卷取区，每个区域对应一个仪电一体化的基础自动化控制子系统，主要由操作站、HMI服务器、工程师站、通讯总线、控制器、I/O模件以及远程I/O等组成。各区域间通过以太网进行连接通讯。
对于操作终端，使用HMI服务器组成客户机/服务器结构与PLC进行通讯，减少PLC总线上的数据通讯量。
2）操作控制模式的设置
传统的设计方式主要为半自动式，也就是自动运行方式需要人工加以设定才能运行，该操作模式已经无法满足当前全自动控制生产的要求。当前操作控制模式操作模式有两种：手动模式“O”和自动模式“C”。 手动操作模式用于维护、检修、换辊和校准。控制设备只能在按钮和开关的辅助下手动运行。
自动模式下过程计算机将过程设定数据传送到基础自动化系统，基础自动化系统根据当前有效的设定数据对执行机构（传动装置、伺服系统等）进行自动控制。
在自动操作模式“C”下，可随时进行手动干预。手动输入的设定值将取代自动设定值。基础自动化系统将向过程计算机报告每次手动干预情况。操作模式不受手动干预影响。
3）基础自动化设备的选型
基础自动化系统为了节省电缆，减少工程投资，通常设置大量的远程I/O站，这些安装在生产现场的控制设备在日常工作中，常常容易受到水汽、电磁、振动、高温、粉尘的干扰，因此需要控制系统设备具有高度的电磁兼容能力和防护能力；同时热连轧生产工艺要求基础自动化系统具有复杂运算、闭环控制及高响应控制能力。目前国内热轧带钢厂通常采用Siemens TDC和S7-400系列、ABB ACS800系列、TMEIC V3000系列 或GE PACSystem RX系列PLC作为基础自动化的控制设备。上述硬件设备均有大量的工程应用实例，都能满足热轧带钢的生产需要，具体选择需要结合用户自身的需求确定。
3.较典型的自动化系统结构
下图为某热轧带钢厂自动化系统结构图。
系统采用Siemens TDC作为基础自动化系统的硬件设备，全线共分板加区、粗轧区、精轧区及卷取区4个控制子系统，区域间通过以太网进行连接，进行通讯。
4.结束语
配置热轧带鋼厂基础自动化系统，除满足工艺轧制要求外，还必须考虑系统自身的特点以及用户对系统硬件的熟悉程、生产产品市场的定位、工程总体投资等多种因素，综合考虑各方面的需求后，系统的配置才能更完整、更合理，从而满足轧钢生产的要求。
板加区-粗轧区域
精轧-卷取区域
参考文献：
[1]曹燕 周成 宁宇.热轧带钢厂SP定宽机模块运动测量系统[J].计量技术，2008（6）：40-42.
[2]孙维銮.在攀钢1450mm热轧带钢厂改造设计中对精轧机组增设AGC系统的研究[J].钢铁技术，1993（2）：18-23.
[3]过志伟 梁亚伟.太钢热轧带钢厂加热炉区电控系统[J].冶金自动化，1996，20（2）：15-18.
[4]刘玠 杨卫东 刘文仲.热轧生产自动化技术.北京 冶金工业出版社 2006
【关键词】热轧带钢；基础自动化；系统控制
0.引言
基础自动化系统作为现代化热轧厂三级自动化控制系统重要的一级，对过程自动化系统功能的执行和产品的质量的控制起着关键作用。因此，如何完整合理规划基础自动化系统及其功能，对整个自动化系统至关重要，直接决定了工程成功与否。本文通过对热轧带钢厂基础自动化系统总体设计分析，为基础自动化系统设计提供参考。
1.系统在总体设计上的基点
在热轧钢带厂基础自动化系统设计中，应考虑到以下几点：
1）工艺的设备配置和要求
生产线的基础自动化控制水平应与机械设备的装备水平相适应，也就是说基础自动化的水平是以机械设备的水平作为基础的。目前，在国内外的热轧带钢生产线，基本都是按照板坯库、加热炉、粗轧机、精轧机、卷取机来进行配置的，除此之外还有相应液压润滑系统、水处理系统等辅助系统。一个完整的基础自动化系统不仅要包含上述的各区域内的所有工艺设备，还必须满足工艺设备的具体要求。近年来，随作轧制技术的发展，更多新的工艺被采用，对控制技术提出更高要求。新的工艺装备及其控制要求有以下几方面：
（1）立辊轧机具有全液压AWC和SSC功能，四辊粗轧机设有电动+液压，具有AGC功能。
（2）热卷箱采用先进的钢卷无芯移送式技术，将中间带坯进行无芯卷取和无芯移送，热卷箱对中间坯起到均温和保温作用，减少带钢头尾温度差。
（3）采用全液压式精轧机，设置液压AGC，带工作辊正弯辊系统和工作辊串辊系统，保证带钢厚度和板型质量。
（4）精轧机之间使用液压活套，使带钢在微张力、恒张力状态下进行轧制，保证带钢厚度和宽度精度。
（5）卷取机前面设有短行程控制的液压式侧导板，保证严格对中带钢，改善卷形。
（6）全液压三助卷辊地下卷取机，助卷辊具有自动踏步控制（AJC）功能，保证内层钢卷在较大的压力下不被带钢头部挤压造成压痕，保证卷取质量。
2）系统功能的需求及分析
基础自动化系统功能的需求必须在分析控制范围、了解工艺装备水平和产品市场定位之后进行。就控制功能而言，经过多年来的应用和发展，基础自动化控制技术有了突破性的发展并日臻完善，基础自动化主要功能包括以下几个方面：
（1）轧件的跟踪和协调控制
（2）轧件主令速度控制
（3）短行程的控制（SSC）；
（4）自动宽度控制（AWC）；
（5）自动厚度控制（AGC）；
（6）液压辊缝控制（HGC）；
（7）优化剪切控制；
（8）液压活套控制；
（9）弯辊控制（WRB）；
（10）窜辊控制（WRS）；
（11）层流冷却控制（CTC）；
（12）卷取张力控制；
（13）自动跳步控制（AJC）；
（14）模拟轧制等。
3）系统的合理性
在总体设计时，需采用统一规划、分步实施的原则。可采用以下方法保证系统的完整性、可靠性、实用性和先进性：
（1）完整性：热轧厂是由多机组、连续工序组成，其自動化系统必须从总体目标、设备配置、功能设置等方面进行统一规划，把生产自动化与管理现代化有机结合起来，避免在实施过程中出现不协调的情况。
（2）开放性：自动化硬件设备选型和软件平台的选择、网络的配置遵循通用性强、开放性好的原则，便于今后软件的开发、移植、系统升级、硬件扩展。
（3）可靠性：硬件设备及系统结构的确定要符合当今技术发展的潮流，要体现先进性、可靠性和可维护性。
（4）先进性：基础自动化控制系统（L1）要与过程自动化系统（L2）和生产制造执行系统（L3）紧密结合。采用先进的物流控制、轧制计划编制、质量控制等技术，以及成熟、先进的工艺控制模型，使产品质量、能源消耗、金属收得率等指标达到先进水平。
2.系统结构的设计
1）系统结构的分析
就传统的自动控制系统来看，大部分采用的是集中控制系统来设计的，也有一些采用分散型的控制系统来减少局部的故障对整体系统结构的影响。热轧带钢厂属于一种比较特殊的控制对象，有着以下几个比较突出的特点：上下工序之间配合紧密、响应的速度快、时序严格，同时若其中一个环节出现了错误，就会全线停车。基于这样的特点，使得集中型的控制系统所具有的优势无法发挥出来，而且也会严重导致CPU负荷率的升高，以及出现系统错误率的可能性增加。为此，通过不断对热轧基础自动化控制系统的研究与尝试，当前成熟的设计方案是将其设计成为一种区域性的控制系统，整个控制系统分为板加区、粗轧区、精轧区及卷取区，每个区域对应一个仪电一体化的基础自动化控制子系统，主要由操作站、HMI服务器、工程师站、通讯总线、控制器、I/O模件以及远程I/O等组成。各区域间通过以太网进行连接通讯。
对于操作终端，使用HMI服务器组成客户机/服务器结构与PLC进行通讯，减少PLC总线上的数据通讯量。
2）操作控制模式的设置
传统的设计方式主要为半自动式，也就是自动运行方式需要人工加以设定才能运行，该操作模式已经无法满足当前全自动控制生产的要求。当前操作控制模式操作模式有两种：手动模式“O”和自动模式“C”。 手动操作模式用于维护、检修、换辊和校准。控制设备只能在按钮和开关的辅助下手动运行。
自动模式下过程计算机将过程设定数据传送到基础自动化系统，基础自动化系统根据当前有效的设定数据对执行机构（传动装置、伺服系统等）进行自动控制。
在自动操作模式“C”下，可随时进行手动干预。手动输入的设定值将取代自动设定值。基础自动化系统将向过程计算机报告每次手动干预情况。操作模式不受手动干预影响。
3）基础自动化设备的选型
基础自动化系统为了节省电缆，减少工程投资，通常设置大量的远程I/O站，这些安装在生产现场的控制设备在日常工作中，常常容易受到水汽、电磁、振动、高温、粉尘的干扰，因此需要控制系统设备具有高度的电磁兼容能力和防护能力；同时热连轧生产工艺要求基础自动化系统具有复杂运算、闭环控制及高响应控制能力。目前国内热轧带钢厂通常采用Siemens TDC和S7-400系列、ABB ACS800系列、TMEIC V3000系列 或GE PACSystem RX系列PLC作为基础自动化的控制设备。上述硬件设备均有大量的工程应用实例，都能满足热轧带钢的生产需要，具体选择需要结合用户自身的需求确定。
3.较典型的自动化系统结构
下图为某热轧带钢厂自动化系统结构图。
系统采用Siemens TDC作为基础自动化系统的硬件设备，全线共分板加区、粗轧区、精轧区及卷取区4个控制子系统，区域间通过以太网进行连接，进行通讯。
4.结束语
配置热轧带鋼厂基础自动化系统，除满足工艺轧制要求外，还必须考虑系统自身的特点以及用户对系统硬件的熟悉程、生产产品市场的定位、工程总体投资等多种因素，综合考虑各方面的需求后，系统的配置才能更完整、更合理，从而满足轧钢生产的要求。
板加区-粗轧区域
精轧-卷取区域
参考文献：
[1]曹燕 周成 宁宇.热轧带钢厂SP定宽机模块运动测量系统[J].计量技术，2008（6）：40-42.
[2]孙维銮.在攀钢1450mm热轧带钢厂改造设计中对精轧机组增设AGC系统的研究[J].钢铁技术，1993（2）：18-23.
[3]过志伟 梁亚伟.太钢热轧带钢厂加热炉区电控系统[J].冶金自动化，1996，20（2）：15-18.
[4]刘玠 杨卫东 刘文仲.热轧生产自动化技术.北京 冶金工业出版社 2006