摘要：近年来，随着国民经济的飞速发展，带动了相关产业如汽车工业、建筑行业、交通运输业等的发展随之上了一个新的台阶，这些产业的快速发展使得市场对热轧带钢的需求量在不断的增加。本文结合实际，主要对热轧带钢生产线电气自动化控制技术进行介绍和探讨。
关键词：钢铁企业；热轧带钢；电气自动化
中图分类号： F416.31 文献标识码：A
1概述
自1960年冶金工业的第一台控制用计算机应用于带钢热连轧辊缝和速度设定以及70年代带钢轧制实现计算机控制以来，30年中计算机控制已经经历了四、五代的变迁，控制系统的硬件和软件更新速度越来越快。轧制生产过程控制功能亦由于对带钢质量要求的不断提高而日新月异，从电气传动系统、基础自动化级（一级）、过程控制级（二级）以及生产控制级（三级），形成了完整的多级冶金自动化控制系统。
进入2l世纪以来，由于计算机硬件技术以及计算机网络技术的高速发展，冶金工业的多级自动化控制系统开始呈现出新的特点。以某企业2250热轧带钢生产线为例：电气传动系统更加稳定、大型化；基础自动化系统接近分布式系统，功能更加标准化；过程控制级网络通讯高速化，使得许多传统热连轧自动化控制系统中基础自动化系统的功能已经成功移植到过程控制系统，过程控制系统的高速数据采集以及高速在线控制功能使得轧制模型计算精度已经达到了前所未有的高度；基础自动化与过程控制系统结合更加紧密，基础自动化系统与过程控制系统之间的界限逐渐模糊。
2自动化控制系统
2.1系统组成
热轧带钢生产线的主要特点是连续、高速、实时、高精度，钢铁企业热连轧生产线控制系统完全体现了这样的特点。
如图（1）所示，通过EGD网络，二级服务器直接与基础自动化（PLC）以及特殊仪表通讯；通过TOSLINE网络，基础自动化（PLC）与电气传动和执行机构进行通讯；网络拓扑结构简单，系统集成方便，最为重要的是，全部网络设备选用标准化商业产品。
图1 热连轧生产线控制系统拓扑图
2.2 高速、稳定的通讯技术
通常，常规热连轧生产线各级自动化控制系统拥有种类众多的控制器，如服务器，PLC控制器，单片机等等；操作系统也五花八门，如WINDOWS，UNIX，LINUX，VMS或者嵌入式操作系统。为了实现简单网络拓扑上的高速稳定的通讯，某钢铁企业热连轧生产线采用了EGD技术和TCNET技术。
2.2.1 EGD技术
EGD是英文"Ethernet Global Data"的缩写，是美国GE公司首倡的一种TCP/IP通讯协议，通过EGD通讯技术，可以实现计算机之间高速的数据交换。可以实现各种操作系统下的TCP/IP通讯是其最大优点之一。
热轧带钢生产线实现了过程控制服务器、基础自动化PLC控制器、特殊仪表之间高速的EGD通讯，部分数据交换速度已达20ms。
2.2.2 TCNET技术
TCNET技术是日本TOSHIBA公司研制的一种以太令牌光纤环网（根据控制要求，也可以设置成以太光纤双环网或者单环网），通过TCNET技术，可以实现PLC控制器及计算机之间高速的数据交换。
通过TCNET技术，某钢铁企业热轧生产线PLC控制器之间的部分数据流交换速度已达1ms，这极大地满足了高速控制器特别是HGC控制器之间的通讯要求。
2.3 传动系统趋于更加稳定、过载能力更强
某钢铁企业热轧带钢生产线，其主传动变频器选用TMEIC公司生产的大功率IEGT变频器，IEGT是英文“Injection Enhanced Gate Transistor”的缩写，IEGT变频器为三电平交一直一交变频器。
TMEIC公司生产的IEGT变频器的控制特点：系统保持高稳定性，速度调节器拟合了反超调控制技术，系统输出没有超调；采用模拟跟随控制技术，降低了冲击速降，避免了扭振与机电共振；功率因数控制技术，系统功率因数为1，电网不须要安装高次谐波滤波器与静态无功补偿装置；使用高性能测速元件（Resolver），系统静态精度达0.01%，同时IEGT元件能忍受很高的di/dt与dv/dt。这些特点决定了热轧带钢生产线的主传动系统更加稳定、过载能力更强。热轧带钢生产线主传动系统部分参数见表1。
表1 热轧带钢生产线主传动系统部分参数表
在钢铁企业热轧带钢生产线X80钢种的开发过程中，由于X80的特点决定需要低温轧制，超低的出炉温度，超低的精轧开轧温度，超低的精轧出口温度，超低的卷取温度，这是对主传动系统的严重考验：
（1）由于材质太硬，粗轧区域上下辊的负荷分配严重不平衡，导致了上辊负荷有时可达190%；
（2）精轧F6甚至工作在170%的过载状态
（3）当目标厚度为20mm时，卷取机的卷取负荷处于过载状态
即使是工作在这样苛刻的环境下，主传动系统没有因此而跳闸堆钢，这是以前的主传动系统所无法比拟的。
2.4 基础自动化系统
目前，一般热连轧生产线选择的基础自动化控制系统都是使用PLC作为主要的控制器。某钢铁企业热轧带钢生产线选用TMEIC生产的V系列控制器，其特点为：微型化、网络化、PC化、高速化、分布式。
2.4.1 热轧带钢生产线基础自动化系统的主要应用功能有：
（1）全生产线物料的实时位置跟踪及数据跟踪（微跟踪）；
（2）全生产线所有设备的逻辑、顺序控制；
（3）全生产线的各种自动位置控制（APC）；
（4）粗轧、精轧、卷取主令控制及其他设备的速度控制；
（5）全生产线的各种辊道控制；
（6）粗轧机负荷平衡控制；
（7）飞剪控制；
（8）精轧机活套控制；
（9）板坯宽度控制；
（10）带钢厚度自动控制（AGC）；
（11）全生产线的模拟轧钢。 2.4.2 V系列控制器
V系列控制器属于PLC范围，在实际的应用中，使用方法与工业控制PC计算机非常相似。其主要特点是：
PC化：V系列控制器的C3CPU模块就完全可以说是一台计算机，C3CPU模块拥有工业PC机的全部硬件设备，兼容WINDOWS 2000或者其它操作系统，有各种外设接口（如显示设备、键盘、鼠标接口、串并口、USB口）；同时C3CPU模块因为是PLC控制器，还具有PLC控制器特有的高速I/O访问能力。
高速化：V系列控制器的STC控制器拥有超高速的扫描能力，扫描速率最快可达2ms。
网络化：V系列控制器配有普通以太网模块TN721，通过TN721模块，可以对V系列控制器进行网络配置，配置跟普通PC计算机网卡原理一致；完成网络配置后，工程师可以在同一网络上的任何计算机访问任意一台V系列控制器，这极大的简化了工程师的工作量，同时也为V系列控制器的分布式特性打下了基础。
2.4.3 V系列控制器的分布式监控、维护工具Vtool
Vtool是V系列控制器的监控、维护工具，其特点除了简单方便外，其最大特点是分布式访问。Vtool与V系列控制器之间采用分布式连接技术中最为复杂的"众播通知式联接"，因此网络中任何有效安装了Vtool工具包的节点都可以独立自由的访同同一网络中的V系列控制器节点，Vtool工具与V系列控制器的任何节点出了问题不会影响其他节点。
2.4.4 高速在线数据采集系统ODG
TMEIC提供的基础自动化系统的在线数据采集ODG可以提供非常高速的数据采集，最高速率可达5ms每次。
2.5 过程控制系统
热轧带钢生产线不仅仅只有基础自动化系统，其过程自动系统（L2）同样具有高速控制、高速通讯能力，许多以往只能在基础自动系统实现的功能在某企业2250热连轧线由过程自动系统来实现。
2.5.1 过程控制系统主要功能有：
（1）生产和控制数据的输入及管理；
（2）工艺和控制数据的在线采集和处理；
（3）全生产线物料的实时位置跟踪及数据跟踪（宏跟踪）；
（4）过程自动化各项设定值的计算；
（5）模型参数自学习以实现优化控制；
（6）轧制节奏控制；
（7）终轧温度控制（FTC）；
（8）卷取温度控制（CTC）；
（9）过程自动化级人机对话以实现全生产线的数据监控和数据处理；
（10）全生产线的模拟轧钢。
2.5.2 软硬件产品标准化
某企业2250热轧带钢生产线的过程控制系统的硬件系统全部选用标准化商业计算产品，软件系统选用TMEIC的PASolution系统平台。
2.5.3 过程控制系统实现高速数据采集
由于热轧带钢生产线具有高度通讯功能，过程控制系统直接采集工艺和控制参数，并且在线向模型计算和自学习进行反馈，大大提高了模型计算预设定精度。
2.5.4 传统基础自动化功能向过程控制系统移植
热轧带钢生产线的过程系统中具有许多在线控制功能，如终轧温度控制（FTC）、卷取温度控制（CTC）、全生产线物料的实时位置跟踪及数据跟踪（宏跟踪），这是很多传统的过程控制系统无法实现的。
由于模型计算和在线控制集于一体，大大提高了模型设定和控制功能。
2.5.5 工艺分析和优化更加简便
热轧带钢生产线提供了简单易用、但功能强大的模型分析工具M-TOOL，通过这个工具，工艺工程师可以采集各种工艺和控制参数。
热轧带钢生产线提供了友好的工艺维护和优化工具C-TOOL。C-TOOL提供了热轧带钢生产线上全部工艺参数和控制参数的人机接口，工艺工程师可以方便的进行工艺维护和工艺优化，如调整道次规程，冷却计划等等。
结语
本文从基本结构入手，浅析了热轧带钢生产线控制系统的特点和功能，对于更深入的知识和技术有待深入探讨。
参考文献
[1]仇晓筠. ERP主生产计划在钢铁热轧生产的应用研究[J]. 上海交通大学，2011.
[2]陆荣，金石.津西钢铁热轧H型钢竞争力分析[J].钢结构，2006.
