摘   要：SIMADYN D控制系統(tǒng)作為一種新型全數(shù)字控制系統(tǒng)，具有控制精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、通訊功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活等技術(shù)特點(diǎn)。本文主要介紹了SIMADYN D控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，以及其在邯鋼熱連軋廠自動(dòng)換輥控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
關(guān) 鍵 詞： ET200站    人機(jī)界面(HMI)   功能塊(FB)   全數(shù)字控制系統(tǒng)

Abstact: As a new type of full digital control system,SIMADYN D is characterized by high control accuracy,rapid dynamic response,strong communication function,and flexible application.this paper mainly introduce the  system architecture of SIMADYN D,as well the application of SIMADYN D in auto-rolling change system of HanDan iron and steel group Hot Continuous Rolling Mill. 
Key words:     Distributed I/O System      Human Machine Interface(HMI)
Function Block（FB）     fully digital control system

1 SIMADYN D控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1.1 運(yùn)算速度快
       SIMADYN D控制系統(tǒng)的主流CPU是PM5和PM6(PM4目前已經(jīng)很少使用)。其中PM5是32位的CPU，其主頻為32MHz,有4Mbytes DRAM， 64Kbytes SRAM，最小運(yùn)行周期可達(dá)0.lms，應(yīng)用程序控制回路的運(yùn)行周期可到0.6ms左右；PM6是64位的CPU，其主頻為128MHz，有8Mbytes DRAM，256Kbytes SRAM，最小運(yùn)行周期可達(dá)0.1ms,應(yīng)用程序控制回路的運(yùn)行周期可到0.5ms左右。這樣高的運(yùn)算速度完全可以滿足各種工業(yè)自動(dòng)化的控制要求。
1.2 功能強(qiáng)
       SIMADYN D控制系統(tǒng)是一種多任務(wù)、多處理器、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。SIMADYN D有6槽、12槽、24槽3種機(jī)架可供選擇，一個(gè)機(jī)架中最多可以配置8塊CPU模板，每塊CPU可以并行處理67個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)中最多可以包含1O000個(gè)功能模塊，而且可以根據(jù)需要對(duì)每個(gè)功能模塊配置時(shí)鐘周期，時(shí)鐘周期有五種選擇方式（T1-T5）[1]。
1.3 編程靈活
       SIMADYN D的開(kāi)發(fā)環(huán)境使用的是基于UNIX操作系統(tǒng)下面向圖形的配置語(yǔ)言STRUC G或STRUC L。SIMADYN D同時(shí)也支持基于Windows操作系統(tǒng)下面向圖形的配置語(yǔ)言CFC。用戶可以根據(jù)自己的需要靈活選用不同的編程語(yǔ)言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。
1.4 產(chǎn)品種類(lèi)齊全、可擴(kuò)展性強(qiáng)
       SIMADYN D控制系統(tǒng)擁有豐富的硬件模塊。機(jī)架有6槽、12槽、24槽3種，同時(shí)還有各種各樣的I/O模塊和接口模塊，用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際情況任意選用不同的機(jī)架、電源、處理器、I/O模塊和接口模塊，從而構(gòu)成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。同時(shí)該系統(tǒng)還可以通過(guò)DP網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)與SIEMENS的PLC 或者其它自動(dòng)化公司的產(chǎn)品進(jìn)行通訊[2]。

2 邯鋼CSP廠換輥控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
邯鋼CSP廠換輥系統(tǒng)分為兩級(jí)：二級(jí)過(guò)程控制和一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化。
2.1 二級(jí)過(guò)程控制
       二級(jí)過(guò)程控制包括1臺(tái)ALPHA機(jī)和1臺(tái)過(guò)程服務(wù)器。其中ALPHA機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)接收一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)送來(lái)的物料信息、鋼種、來(lái)料厚度、目標(biāo)厚度、來(lái)料溫度等。并將基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)實(shí)時(shí)傳送過(guò)來(lái)的各種過(guò)程參數(shù)(輥縫、壓力、溫度、電壓、電流、轉(zhuǎn)速、力矩等)，在線計(jì)算出一個(gè)實(shí)用的軋制規(guī)程，并實(shí)時(shí)傳送到基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)，控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。在換輥時(shí)二級(jí)過(guò)程控制負(fù)責(zé)接收一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化傳送來(lái)的軋輥數(shù)據(jù)(由操作工在COROS監(jiān)控站上輸人)，如輥徑、凸度、墊板厚度以及輥的ID號(hào)。并實(shí)時(shí)計(jì)算出換輥后階梯板所需要選擇的位置，將其反饋給基礎(chǔ)自動(dòng)化以便進(jìn)行對(duì)輥縫的設(shè)置和軋機(jī)的標(biāo)定[3]。
2.2 一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)
     邯鋼CSP廠共有6架精軋機(jī)組，每一架軋機(jī)有一個(gè)換輥OP操作面板和3個(gè)本地?fù)Q輥ET200站，整個(gè)換輥控制系統(tǒng)由一套SIMADYN D來(lái)負(fù)責(zé)。我廠換輥PLC的整個(gè)硬件配置如下圖1所示，包括1個(gè)SIMADYN D機(jī)架，6個(gè)換輥操作OP面板，18個(gè)ET200控制站。

 
圖1 換輥SIMADYN D系統(tǒng)的硬件配置圖
       SIMADYN D機(jī)架是整個(gè)換輥控制系統(tǒng)的核心，它選用一個(gè)24槽機(jī)架作為框架，其中配置以下一些模板，SIMADYND 控制系統(tǒng)基本組成；
2.2.1  6塊CPU模板
       我們的CPU模板使用的是PM5系列處理器。其中每一塊CPU模板負(fù)責(zé)一架軋機(jī)的換輥功能，每塊CPU模板都配有一個(gè)MS52存儲(chǔ)卡，存儲(chǔ)相應(yīng)軋機(jī)換輥功能的用戶程序。PM5板上帶有RS-485串行接口；還有與外圍連接的I/O接口，可以連接數(shù)字量輸入/輸出；CPU模板上的七段數(shù)碼可以顯示故障和錯(cuò)誤的代碼，正常運(yùn)行時(shí)顯示的是CPU的順序數(shù)；板上帶有復(fù)位按鈕;它也不需要單獨(dú)的風(fēng)扇冷卻。
2.2.2  6塊IT41模板
       每一塊IT41模板與一塊PM5配合使用，用于過(guò)程信號(hào)及監(jiān)測(cè)信號(hào)的輸入或輸出，與外部的繼電器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等連接。IT41是一款數(shù)字量/模擬量輸入/ 輸出模板，可以連接4路模擬量輸入、4路模擬量輸出、20個(gè)數(shù)字量輸入、16個(gè)數(shù)字量輸出。完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備連接。
2.2.3  1塊MM4模板
      在該機(jī)架的第三槽使用了一塊MM4通訊緩沖模板，配合6塊PM5處理器工作，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和多任務(wù)處理能力，MM4模板內(nèi)置2MB RAM.
2.2.4  1塊EA12模塊
在機(jī)架的第十六槽內(nèi)使用了一塊EA12模塊，EA12模板作為接口模塊可以實(shí)現(xiàn)8個(gè)模擬量的輸出。
2.2.5  1塊CS7模塊
      其中二十二和二十三槽使用了CS7通訊板，用于SIMADYN D系統(tǒng)與其他設(shè)備之間的通訊，以及多個(gè)SIMADYN D系統(tǒng)之間的通訊。CS7通訊板可以配置附加通訊子板完成不同的通訊功能，本系統(tǒng)中通訊子板有3塊：一塊SS4采用DUST協(xié)議，實(shí)現(xiàn)SIMADYND與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊，主要任務(wù)是支持CFC在線監(jiān)控和調(diào)試；兩塊SS52子模板，第一塊SS52采用PROFIBUS DP/MPI協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)SIMADYN D與OP47換輥操作畫(huà)面之間的通訊，第二塊SS52用來(lái)實(shí)現(xiàn)SIMADYN D和現(xiàn)場(chǎng)控制ET200站的通訊[3]。
2.2.6 1塊CS22模板
      第二十四槽配置一塊CS22模板，CS22模板作為太網(wǎng)通訊的接受模塊，用來(lái)實(shí)現(xiàn)主SIMADYN D系統(tǒng)與從SIMADYN D系統(tǒng)之間的通訊。

 
圖2 換輥操作界面圖
2.2.7 6個(gè)換輥OP操作畫(huà)面
      OP操作畫(huà)面是用來(lái)完成相應(yīng)軋機(jī)換輥?zhàn)鳂I(yè)的人機(jī)界面，它既可以進(jìn)行工作輥更換，又可以進(jìn)行支承輥更換，操作人員只需按照畫(huà)面程序步驟，進(jìn)行相應(yīng)的操作即可完成換輥?zhàn)鳂I(yè)。在工作輥更換時(shí)完全是程序自動(dòng)控制，操作人員只需確認(rèn)設(shè)備的位置和換輥條件是否具備，執(zhí)行相應(yīng)的功能鍵即可。換輥?zhàn)鳂I(yè)的人機(jī)界面如上圖2所示，各種操作非常方便，設(shè)備的動(dòng)作既可以自動(dòng)進(jìn)行，也可以選擇維修模式手動(dòng)進(jìn)行。
2.2.8 18個(gè)ET200站
      每架軋機(jī)有3個(gè)ET200站，這三個(gè)ET200站的主要功能是控制相應(yīng)軋機(jī)的檢測(cè)設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備，它們通過(guò)PROFIBUS總線實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與SIMADYN D控制系統(tǒng)的通訊。

3  邯鋼CSP廠換輥控制系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)
       在軟件方面我廠SIMADYN D系統(tǒng)采用的是西門(mén)子STRUC G圖形化編程軟件，SIEMENS公司提供的功能塊（FB）也非常豐富，可以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算、邏輯、轉(zhuǎn)換、和通訊等功能，用戶也可以自己設(shè)計(jì)和定義一些特殊的功能塊，完全可以滿足各種控制系統(tǒng)的要求。STRUC G編程軟件運(yùn)行在UNIX操作系統(tǒng)下，其穩(wěn)定性和安全性特別高[4]。如下圖3所示是STRUC G軟件中主程序的運(yùn)行界面。
 

圖3 SIMADYN D系統(tǒng)的軟件運(yùn)行環(huán)境
      如圖3在主程序的窗口下面有兩個(gè)信息窗口，這兩個(gè)信息窗口可以記錄對(duì)主程序所做過(guò)的各種操作，如程序的編譯、參數(shù)的修改、功能塊的連接等。此外SIMADYN D有一種在線調(diào)試軟件IBS，利用IBS可以在線修改參數(shù)值、功能塊間的連接或功能塊的添加和刪除，以及遠(yuǎn)程調(diào)試（需要利用附加的TELEMASTER軟件共同完成），同時(shí)也可以進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷[4]。
      由于在連鑄連軋生產(chǎn)線上，生產(chǎn)節(jié)奏非常快，如果在換輥中設(shè)備遇到問(wèn)題，通?？梢栽诔绦蛑信R時(shí)封點(diǎn)強(qiáng)制滿足換輥條件，快速完成換輥?zhàn)鳂I(yè)。在STRUC G環(huán)境下程序的封點(diǎn)特別方便，我們可以利用SIMADYN D機(jī)架上CS7通訊板的子板SS4實(shí)現(xiàn)SIMADYN D系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的通訊，只要將計(jì)算機(jī)內(nèi)程序在線即可進(jìn)行信號(hào)的強(qiáng)制，使換輥?zhàn)鳂I(yè)自動(dòng)完成。
       本系統(tǒng)從1999年投人運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行效果較好，在長(zhǎng)期的應(yīng)用中，證明了此系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制精度高、響應(yīng)速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。不但為我廠的順利生產(chǎn)創(chuàng)造了良好條件，同時(shí)也為其他冶金