轧钢自动化征途追忆系列4-自主改造篇:轧制压下系统的计算机应用历程

  上世纪80年代末至90年代初,计算机控制技术开始在国内大型工矿企业中崭露头角。但实际上,能做到成熟应用的企业案例屈指可数。为了学习计算机技术,我购置了一台中华学习机,花了1250元。可惜没用多久,觉着实用性不大,就转赠他人。随后,我又购入一台价值1250元的8031单片机装置。这台装置没有配套编程器,我只能先用汇编语言编写代码,再手动将汇编语言及其对应的机器码,即01代码书写出来,逐位敲入单片机,程序才能顺利运行。这台单片机主机频率2MHz,配备8位模拟量输入输出端口,以及16位数字量输入输出端口。但模拟量精度欠佳,虽能勉强控制温度,对于工厂实际生产而言,难以满足需求。

  基于此,我编写了轧制压力保护控制程序。当轧制压力超出预设阈值,单片机就会触发动作,发出开关信号,控制继电器启动快卸阀,使压下装置迅速抬起,有效避免轧辊断裂。

  当时,我设计的轧制压下控制系统基于模拟量架构,由电子放大器、继电器、晶体管,以及电阻电容等电子器件构成。我一直在思考,能否采用工控机进行控制。有了想法后,我立即付诸实践。选用研华工控机、中泰12位模拟输入和输出模板,自行研发液压伺服功率放大板,完成硬件搭建。软件层面,采用C语言编程,这是我首次将计算机技术应用于实时控制领域。闭环实时控制编程难度尚可,模拟量输入输出驱动以及通信编程等工作较为繁琐。经过约一个月的编程与调试,系统顺利投入使用,效果良好。但随着运行时间增长,计算机死机问题逐渐暴露。为解决这一问题,我增设一套一样的工控机控制系统,两台机器同时运行,一台负责工作,另一台热备用,互为冗余。一旦工作机死机,系统便能立即切换到备用机。

  用C语言编写大型闭环控制系统程序,维护难度较大,对计算机技术不熟悉的人员而言更是如此。早在20世纪80年代,西门子就推出SIMADYN D控制装置,用于传动控制,效果显著。后来,西门子又推出TDC控制系统硬件及软件CFC,响应时间极短,每个控制语句仅需零点微秒级。得知西门子推出S7 – 400系列类似产品FM458系列后,我开始在西门子S7 – 400系列机基架板上搭建液压压下计算机控制系统。上位机采用西门子WinCC,以C语言进行界面编程;下位机采用双CPU控制,分别是FM458和CPU416,并搭建各自相应硬件,模拟输入输出提升至16位。完成硬件安装后,下载硬件驱动和软件。CPU416采用语句表编程,负责控制油库压力、高压油泵启停、油温油位、流量,以及显示轧钢温度、轧辊速度、快卸阀状态等参数。FM458采用CFC编程,专门负责轧制压下控制。这一设计确保高压油库系统和压下控制系统各自的控制精度与速度,二者协同工作,相比TDC系统,大幅降低了成本。

  由于首次接触CFC编程,心里没底,我前往新华书店,购买了一本介绍TDC控制系统的书籍,学习CFC编程知识。研读之后,着手实践。遇到难题,就向西门子公司致电咨询。不到半个月,便掌握了相关技术。很快,基于西门子控制系统的液压压下系统投入运行,运行状态稳定。这套西门子控制系统运行了二十多年,故障率极低,仅一块AI卡出现过故障,其余部分始终正常运转。

  退休前几年,为进一步保障压下控制系统稳定运行,我新增一套西门子轧制压下控制系统,重新编程并优化程序,与原系统互为冗余,可随时切换,切实保障生产过程的稳定性与安全性 。

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