1450mm可逆冷轧机通讯系统的研究和应用

河北工业大学
硕士学位论文
1450mm可逆冷轧机通讯系统的研究和应用
姓名：谢涛娟
申请学位级别：硕士
专业：控制理论与控制工程
指导教师：安连祥
20061201
河北工业大学硕士学位论文OPC interface technology
河北工业大学硕士学位论文
第一章 绪论
§1-1 冷轧工业控制系统发展状况
20 世纪最后的十年，世界轧钢技术发展迅速，轧钢生产实现了高度的自动化、连续化和高精度化。
由于对冷轧薄板质量的要求越来越严，计算机控制系统已经是冷轧不可缺少的组成部分。随着液压控制
系统的广泛应用加上全部控制都将作用于轧辊-轧件形成的变形区，因此冷轧自动控制系统需满足以下
两个要求：
一、高速控制
液压系统要求控制周期为10ms，机电系统要求控制周期为20ms。因此一般采用多控制器且控制器
内采用多CPU 的结构。对于连轧机组而言，除了一些顺序逻辑控制可以采用通用的可编程控制器PLC
外，大部分功能要求实现高速控制，控制周期一般为1~10ms，为此需要大量采用HPC（高性能控制器），
HPC 为多CPU 控制器。
二、要求高速通讯
由于轧机的多个控制功能（轧制力、轧制速度、厚度控制、张力控制、板形控制……）最终都是作
用在变形区，因此存在较强的功能耦合，需要相互传递补偿信息，数据更新往往要求1~2ms，故而CPU
与本控制器内其它CPU的通讯和CPU与本区内的另一控制器的CPU的通讯，都要求控制周期为1~2ms。
两个区控制器(CPU)间的通讯和基础自动化级与过程控制级的通讯，它们要求的控制周期为10 。因
此采用多层次网络结构，快慢数据分层，其关键是基础自动化控制器间采用高速数据网通讯。
ms
“二高”的特点决定了控制系统应是“快速”分布式计算机控制系统。目前能为冷连轧机提供计算
机控制系统的仅有6~7 家大电气公司（美国GE、德国西门子、法国ALSTOM、日本日立和三菱以及瑞
典的ABB 公司）。各钢铁企业都加快了薄板生产线改造和建设的步伐。
1-1-1 现代轧钢领域的计算机控制系统的发展过程
1．六十年代的单机控制系统
典型的连接方式为计算机直接连接一个过程输入柜，主要负责控制精轧机组，进行辊缝计算、速度
设定等工作。
2．七十年代的多级分级分区控制系统
在二十世纪七十年代轧钢计算机控制系统逐渐发展为采用多台计算机的分级分区控制，但就其基本
结构而言，仍然属于集中式控制系统。
3．八十年代以微处理器为基础的分布式计算机控制系统
二十世纪八十年代由于微处理器的迅速发展，分布式计算机控制系统也得到迅速的发展。分布式计
算机控制系统是以控制分散、管理集中为设计思想，采用分散阶梯的模块化、分布式体系结构，具有极
强的信息处理能力和灵活方便、易于扩展变更的过程控制方式。
4．具有高速通信网络的新一代计算机控制系统
二十世纪九十年代，由于轧机设备的变化（液压压下、液压活套）、板型控制、宽度控制等新功能
的采用、以及通信网络技术和个人计算机的发展，在轧钢领域，又出现了新一代的具有更高控制能力和
更高通信速度的分布式计算机控制系统。目前用于轧钢的新一代分布式计算机控制系统主要有以下两种
结构：
（1）区域控制群结构
1
1450mm 可逆冷轧机通讯系统的研究和应用
它是将用于一个控制区的控制器用高速网络连接成一个控制群，每一个控制群由两层组成，第一层
为区域主管控制器和人机界面站，第二层为机架控制器数字传动。多个控制器群构成的基础自动化部分
和过程自动化部分通过以太网相连，每一个控制群仅有一个区域主管控制器挂在以太网上。这种多层通
信网络结构是快慢数据分流，提高了系统的通信效率。
（2）超高速网络结构
超高速网络结构是以一条通信速度高达 100Mb/s 的光纤环形网作为通信主网，过程自动化级的小
型机、基础自动化级的控制器（PLC、VME 总线控制器）、人机界面站都挂在主网上。由于主网的通
信速度较高，可以在网上采取数据分流的方法，以满足现代轧钢控制系统对于高速通信的要求。
1-1-2 当前国外冷连轧计算机控制系统概况
为了对国外冷轧计算机控制系统有一个比较全面的认识，下面分别对目前国外的几个典型的冷轧计
算机控制系统分别进行分析和比较
[1]
。
1．日立公司冷轧计算机控制系统
日立公司在冷轧控制方面有较强的实力，图1.1 是其最新提出的一个冷轧控制系统的系统配置图：
图1.1 日立冷轧计算机控制系统
Fig1.1 Computer Control System of Cold Rolling Mill of Hitachi
从图1.1 中可以看出，日立公司的这个冷轧计算机控制系统的拓扑结构与东芝、三菱类似，采用的
是“超高速网”结构，整个系统用100Mb/s 光纤（
∑
?100 net N ）网连接起来。在 网
上直接挂有PIO站为过程机获取I/O信息一级控制器由PLC 及控制主速度的控制器和质量控制器组成，
挂在网上，其中，PLC 为日立可编程控制器，用于逻辑控制及酸洗线控制，主速度控制用于速度控制
而质量控制其用于质量控制（厚度、板型）二级过程机采用日立自己的专用小型机与网络相连。系统中
的人机界面采用客户机-服务器结构，在网上挂有Simulatio n 站和供开发、维护及分析用的人机界面。
∑
?100 net N
2．西门子为冷轧推出的SIROLL 系统
西门子为冷轧推出的SIROLL 系统的网络结构及系统配置如图1.2 所示：
从图1.2 可以看出，西门子SIROLL 系统的拓扑结构采用的是区域控制器群结构。其中，二级与一
级之间以及HMI 服务器与客户机间全部采用100Mb/s TCP/IP 以太网相连，区域控制群（冷轧仅有一个
群）内各控制器间采用高达200-400Mb/s 的高速网相连，二级与一级采用统一的人机界面，过程机采用