冗余技术 冗余技术在H型钢TCS系统中的应用
[摘 要]冗余,指重复配置系统的一些部件,当系统发生故障时,冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作,由此减少系统的故障时间。结合莱钢的实际情况,不断探索,将冗余技术结合在实际轧钢生产过程中,在全国尚属首例。
[关键词]冗余 控制 PLC TCS
[中图分类号]U262.73[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)02-0114-02
1 TCS系统概述
TCS系统,一个高级的工艺技术控制系统,主要通过辊缝自动测量和液压辊缝控制,来配合一级PLC完成对TM精轧机的控制,完成对H型钢的轧制。下面就结合图1,就TCS系统和精轧机做个介绍。
如图1所示即为现场轧辊的简略图:1调整液压缸;2 上部水平轧辊;3操作侧立轧辊;4传动侧立轧辊;5下部水平轧辊。在1调整液压缸内安装有MTS线性位置编码器和压力传感器,TCS通过编码器进行同步数据采集,获得调整缸的行程,经过数据计算,以确定平辊的实际辊缝;压力传感器采集数据后,进行数据计算得到水平轧辊的实际轧制力,同理得到水平下轧辊和两侧立辊的辊缝和轧制力。TCS系统再根据现场采集的压力和辊缝数据,经过PID调节控制,完成轧制表尺寸的调整轧制。在实际生产过程中,由于粉尘、水汽以及检测元件自身的寿命等条件的限制,导致检测元件故障的发生,影响轧钢节奏,针对以上情况,经过不断探索,决定将检测元件实行软件硬件冗余。
2 TCS系统的冗余改造
2.1 冗余技术
冗余技术概要:冗余技术就是增加多余的设备,以保证系统更加可靠、安全地工作。冗余的分类方法多种多样,按照在系统中所处的位置,冗余可分为元件级、部件级和系统级;按照冗余的程度可分为1:1冗余、1:2冗余、1:n冗余等多种。在当前元器件可靠性不断提高的情况下,和其它形式的冗余方式相比,1:1的部件级热冗余是一种有效而又相对简单、配置灵活的冗余技术实现方式。
2.2 硬件的冗余
针对生产现场检测元器件的事故多发性,在现场液压缸水平轧辊、立辊液压缸内,安装冗余的MTS编码器以及压力传感器,在轧机上安装相应的PLC接线柜,通过电缆进行硬线到主控制PLC内 ,在PLC控制柜内增加控制元器件和相应的模板,搭建TCS工作平台。
2.3 软件LogiCAD程序的编译
TCS控制程序由LogiCAD软件的控制程序产生,这是一个基于IEC1131标准用于控制操作的图解用户界面程序工具。LogiCAD在Windows下运行。在LogiCAD下产生的控制程序被转化成一个“C”代码并上传到计算机。基于生产现场的需求,在硬件组态完成后,对压力传感器和位置传感器进行数据采集程序的编写,利用SioSigId块和AiRd完成对压力传感器的数据采集和转换,根据实际生产过程中压力传感器的工作状况,随时进行冗余切换。在SEL功能块的G输入中,如果输入数字量1,便可以从程序中选择冗余压力传感器,反之如果输入数字量0,便可以切回原液压缸压力传感器,这样便完成了对检测元件压力传感器数据采集的冗余工作,以上操作,可以在WHMI操作画面中实现。根据实际现场的确认,还可以在程序中加入压力传感器数值矫正工作,以达到更精确测量的目的。
2.4 WHMI软件的冗余
WHMI软件被提供用于控制系统参数站,修订设备常数,修正控制参数和显示过程数据,可在Alarm和Trace界面中清晰的发现在实际生产控制中出现的故障。如图3所示是在WHMI操作画面服务模式中,增加了现场液压缸行程和压力传感器的数据采集的冗余选择,当现场检测元件出现故障时,需要停机更换备件,少则半小时左右,比如位置传感器需要拆卸液压缸,动则往往几个小时,延误生产,此时,我们可以从WHMI软件画面中选择Service,在服务模式水平轧辊辊缝控制栏目的En-Sim中选择相应的冗余,只需要将0设置为1,便可以实现硬件的切换工作,再通过轧机标定、校准即可,如果冗余的备件和原液压缸采集量及现场实际状况存在差异,亦可在offset栏目中对数值进行矫正。
在从WHMI选择冗余系统检测元件后,我们需要对压力传感器或者位置传感器进行标定工作,之后进行轧机校准,经过PDA记录的数据进行分析,做出适当调整,在模拟轧钢正常后,方可投入实际生产使用。其中Edas软件被提供用来快速获得和记录过程数据。该软件允许最大到128条相似的过程数据获取和储存大约5ms周期。记录的过程数据能够手动或通过触发来启动和停止。过程数据可在线上或线外评价。
3 冗余系统的利弊
冗余系统的改造,给生产带来的极大的方便,在实际生产中如果设备损害了,只需要在程序中进行数字量0、1切换即可,节约了轧钢过程中故障处理的时间,保障生产的顺利进行,由于现场工作环境恶劣,水汽、粉尘的侵蚀也给冗余硬件带来了严峻的考验,检测元器件长时间置于现场,容易造成设备的腐蚀和老化,因此需要定期的对检测元件进行测试,个别情况下,需要更换元器件,增加了维护的成本。
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