连铸TCS系统

【摘 要】安钢第二炼轧厂1×1流宽板坯连铸机是从德国西马克德马格公司引进的属于世界一流水平的连铸机.设计年产优质铸坯110万吨,从2005年8月底投产使用以来一方面为公司创造了可观的经济效益,另一方面该连铸机直接影响着全公司的生产组织.连铸机整个电气系统包括：工艺过程模型,配电,传动,现场设备,HMI和基础自动化,工艺控制系统,特殊设备和功能.工艺控制系统（TCS）术语本身就说明这个系统将对产品质量和生产工艺具有直接影响.

【关 键 词】工艺控制系统（TCS）；漏钢预报（BPS）；TMC（工艺主机控制）；SEQCTRL（顺序控制）

一、TCS系统硬件组成

连铸TCS系统按硬件主要分为两个部分：（1）一个上位机工程师站,主要负责编程与人机界面的控制.（2）五个工业PC,基于VXWORKS操作系统,内部安装有各种模拟量输入输出模板,和各种通讯模板.TCS1负责HTL,MLC,HMO的控制.TCS2负责HAS的2到4段的控制.TCS3负责HAS的5到8段的控制.BPS负责结晶器的漏钢预报.HASTEST负责扇形段辊缝离线标定.上位机和工业PC之间遵循IPC通讯协议.

二、软件介绍

S公司的TCS系统的软件系统统称做X-PACTPROBAS,其中包括LOGICAD系统编程软件,SCT-ED状态机编辑器,XPRO数据库编辑器,XMARKS人机界面编辑器.

（1）LOGICAD是整个控制系统的枢纽,其中针对每一个子系统都建立一个独立的资源项目,其中LOGIC负责对各条件的逻辑判断和运算,LOOP负责执行各项指令.每个资源都可以被分配到一个TASK（任务）中,TASK类似于STEP7程序中的组织块,所不同的是PLC中每个组织块都有自己固定循环时间,根据循环时间来决定哪个优先级高,而LOGICAD里的TASK可以自己定义循环时间,如LOOP循环时间为1MS（优先级最高）LOGIC循环时间为50MS.每一个资源都可以在X-PRO数据库内建立自己的内部变量,也可以调用公用的全局变量.在LOGICAD的RT侧,是用做系统的硬件组态,在里面可以添加各种远程站,计数模板和模拟量输入输出模板.并且可以在线监控和修改这些模板的参数值以适应紧急情况下的设备的运行.RT侧的作用与PLC的硬件组态方法类似,必须与实际硬件完全相同,但它的优点在于可以直接在RT侧强制所有的I/O变量（包括模拟量）这相对PLC来说节省了很多现找变量的麻烦.LOGICAD的PROJ侧负责生成资源,定义TASK以及编写程序,是LOGICAD软件的核心.程序的编写界面与CFC类似,同样是从已定义好的数据库中调用变量,每一种类型的变量的颜色也不同,数字量信号导通与关闭时的颜色也不同便于区分,并且程序运行时可以随时拖出模拟量变量的实际值.也可以自己定义一个特定的功能块,然后在程序中调用.但每次编译程序下装时都要重新启动机器,如果在生产工程中无法修改.

（2）SCT-ED状态机编辑器,状态机的主要作用是根据不同的指令生成相应的状态号,在程序中根据状态号来执行响应的动作,如扇型段在谢压状态下状态号是6,按冲洗按钮后,状态号变为9打开位置传感器电源,然后状态号变为8检查电气条件,当以上条件都满足后进行冲洗,状态号变为7,冲洗完成后状态号变为37,是等待释放状态,按释放按钮后系统恢复正常,状态号也变为正常状态下的202.

状态机编辑器的主要作用就是,自己定义状态号与状态号名称,并且可以生成EXCL表格,方便用户读取.

（3）X-PRO数据库编辑器,主要作用就是定义变量类型,变量名.与STEP7中符号表很相象,所不同的是在X-PRO里定义的变量以及变量组必须在LOGICAD的PROJ侧引入才可以使用.并且X-PRO内的变量组也可以直接由WINCC和WINHMI这两个人机界面直接调用或修改.

（4）X-MARK是用于编辑WINHMI界面的软件,从X-PRO内调出变量,新建一个要监控的界面,然后添加变量并加注释,然后生成界面.X-MARK与WINCC同样是系统人机借口,但只支持文字注释,不支持动态图形.

三、TCS的通讯

在所有资源项中有两个特殊的项目TMC（工艺主机控制）和SEQCTRL（顺序控制）,TMC负责HTL,MLC,HMO,BPS,HMI和二级控制系统的通讯和HAS系统之间数据交换.SEQCTRL负责HSA2-5和HSA6-8以及HAS测试台之间的数据交换和主要参数设定,并可与TMC之间通讯.

BPS（漏钢预报）程序属于TCS系统程序的一部分,其数据采集由TCS系统来完成.由按三排（宽面固定侧和活动侧）和3排（窄面）排列的95个（96号）热电偶测出一个完整的结晶器温度分布模型.每个热电偶都有两个不同的合金组成,温度上升使两个合金接触面积改变,此时电压也随之成比例变化.以K型热电偶为例,电压与温度的关系是50μV/C..电压信号由sigma-delta转换器转换成数字信号,数字信号通过总线连接器转换并传送到TCS的工控机内,工控机根据接收信号来判断热电偶的状态和温度,并将温度和状态传送到2级MMS计算机,MMS系统根据温度和梯度的变化来判断是否有漏钢发生.TCS系统的数据采集通过现场总线（分为2路分别对应于结晶器的活动侧/固定侧,每路带有2个总线连接器）完成..BPS通过TMC与其它项目通讯,在BPS的项目下共建立两个任务项及AppLogic和AppLoop.AppLogic接收外部I/O信号并对其进行逻辑判断.AppLoop则执行对各种现场原器件的指令.AppLogic从WINHMI中读取各种参数,如TRACELEVEL将其传送到TRACE设定系统里,系统根据传送的数值来现实当前所要求显示的各种信息,并传送到WINHMI上,WINHM还可根据传送的信息现实不同的颜色.Logic还可以判断出Profibus通讯是否中断和24VDC电源是否打开的信息.在AppLoop中根据设定的热电偶温度的梯度计算出在一个循环周期内允许最大变化温度.计算公式：

最大变化温度等于热电偶温度的梯度÷（循环时间×1000）

在AppLoop中将所有热电偶根据总线连接器的个数分为4组,每组又分4个模块,每个模块8个通道,每个通道可连接一个热电偶.FM3332型总线连接器共有64个针,每两个针对应一个热电偶,热电偶的温度被转换成16进制的字传送到模块中.总线连接器的偶数针接受的电压对应16进制字的高8位,奇数针接受的电压对应16进制字的低8位.模块根据传送的字转换成实数在乘上温度转换因数就得出实际的温度值.每个模块还可以根据各种信息判断出热电偶的状态.热电偶的状态有3种：0等于没有故障,64等于一般故障,65等于开路.通常状态为64时可以在模块中改变参数,使其变为0.