摘 要: 介紹了板坯連鑄機的自動化控制系統(tǒng), 并對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通訊、畫面監(jiān)控、中間罐水平、二冷水流量的控制及系統(tǒng)的監(jiān)控等進行了說明。 關鍵詞: Profibus DP; 網(wǎng)絡控制; PID 調節(jié)
1 前言
板坯連鑄機自動化控制系統(tǒng)包括公共部分、鑄流部分、儀表部分、切割機、去毛刺機及結晶器液面（ 有些高端的包含結晶器自動調寬、液壓振動、下渣檢測、漏鋼預報、輕壓下等控制系統(tǒng)） 控制共六個子系統(tǒng)。前3 個子系統(tǒng)用一個西門子SIMATIC400 站進行控制, 切割機用 SIMATIC300 站進行控制, 去毛刺機用SIMATIC200 站進行控制; 結晶器液面采用工控機控制（ 配網(wǎng)卡） 。這六個站通過西門子通訊模塊CP443 和CP343 掛在一個工業(yè)以太網(wǎng)- SIMATICH1 網(wǎng)上。同時還有五套工業(yè)微機通過西門子網(wǎng)卡CP1613 也掛在同一個 SIMATIC H1 網(wǎng)上, 作為人機界面完成板坯連鑄自動化控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。二級管理系統(tǒng)包括一套服務器和一套工業(yè)微機, 主要完成對板坯連鑄系統(tǒng)的管理任務, 及時下達連鑄工作的計劃和命令。
2 硬軟件組成及特點
2.1 硬軟件組成
板坯連鑄機自動化控制系統(tǒng)硬件包括: 3 個西門子SIMATIC400 站（ 每個站包括1 個電源模塊、1 個CPU、1 個 CP443 通訊接口模塊和數(shù)量不等的模擬量輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出模塊） 、一套SIMATIC300 站、一套 SIMATIC200 站, 6 套研華工控機及6 個西門子CP1613 網(wǎng)卡。
系統(tǒng)軟件包括:Windows NT 4.0 中文版操作系統(tǒng)、Wincc6.0 監(jiān)控軟件和STEP7 西門子編程軟件。
2.2 硬軟件特點
（ 1） 硬件
SIMATIC H1 網(wǎng)是德國西門子公司開發(fā)的一種基于TCP/IP 協(xié)議的標準以太網(wǎng), 它具有連接簡單、便于擴展、速度快及兼容性好等優(yōu)點。板坯連鑄機自動化控制系統(tǒng)采用屏蔽雙絞線通訊電纜或光纜作為SIMATIC H1 網(wǎng)的連接介質, 有效地實現(xiàn)了工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸過程中的抗干擾功能, 保證了系統(tǒng)運行的可靠性; SIMATIC Profibus DP 網(wǎng)是西門子公司開發(fā)的一種基于現(xiàn)場總線技術的設備網(wǎng), 它的特點是可以在PLC, 即可編程序控制器與現(xiàn)場設備之間交換數(shù)據(jù)。該控制系統(tǒng)采用屏蔽雙絞線作為ProfibusDP 網(wǎng)的連接介質。SIMATIC 400 站是西門子公司的拳頭產品, 無論在控制速度、精度還是抗干擾性、靈活性等方面都處于PLC 產品的領先地位。
（ 2） 軟件
此系統(tǒng)是微軟公司最出色的產品之一, 也是世界上應用最廣泛的軟件平臺。該板坯連鑄機自動化控制系統(tǒng)選用Windows NT 4.0 中文版操作系統(tǒng)。Wincc6.0 工控軟件是西門子公司近期推出的可靠性較高的工控產品, 不但可以畫出逼真的圖形, 而且還能將現(xiàn)場數(shù)據(jù)快速地顯示在屏幕上, 使用屏幕上制造出的按鈕取代真正的按鈕, 完成對現(xiàn)場設備的軟操作; 它可以將數(shù)據(jù)按時間存放在數(shù)據(jù)文件里, 供歷史趨勢文件調用顯示, 以便分析事故和改進工藝。它可以利用Windows DDE（ 動態(tài)數(shù)據(jù)交換） 功能把SQL 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳送到 Office Excel 文件和OfficeAccess 文件, 從而實現(xiàn)報表打印和數(shù)據(jù)查詢功能。STEP7 是西門子公司為S7- 400 和 S7- 300 系列PLC設計的編程軟件, 它能完成龐大的邏輯控制和復雜的調節(jié)控制。它的組織塊、功能塊及數(shù)據(jù)塊相結合的編程理念能夠滿足各種控制要求。因此,WindowsNT 4.0、Wincc6.0 和STEP7 可以說是板坯連鑄機自動化控制系統(tǒng)中的“ 三劍客”, 能共同完成對連鑄系統(tǒng)的監(jiān)視控制任務。
3 系統(tǒng)配置
板坯連鑄機自動化控制系統(tǒng)中3 個SIMATIC400 站、1 套SIMATIC 300 站、一套SIMATIC 200 站通過西門子 CP443 和CP343 接口模塊掛在一個SIMATIC H1 工業(yè)以太網(wǎng)上完成控制功能（ 見圖1） ,同時6 套研華工業(yè)微機也通過西門子 CP1613 網(wǎng)卡掛在同一個SIMATIC H1 工業(yè)以太網(wǎng)上完成監(jiān)視和操作功能。SIMATIC 400 各站通過以太網(wǎng)互相交換數(shù)據(jù), 公共和鑄流部分SIMATIC 400 站通過現(xiàn)場總線Profibus DP 網(wǎng)與各個遠程I/O 進行數(shù)據(jù)通訊。鑄流控制系統(tǒng)的SIMATIC 300 站作為一個遠程I/O 分站與主站進行數(shù)據(jù)交換。公共部分控制系統(tǒng)的SIMATIC400 站通過現(xiàn)場總線Profibus DP 總線與大包回轉臺和中間罐車等配備了CBP 2 通訊板的變頻器進行通訊和控制。鑄流SIMATIC 400 站通過現(xiàn)場總線Profibus DP 總線與 SIMATIC 6SE70 交換數(shù)據(jù), 并且在同一個Profibus DP 網(wǎng)上掛了一個工業(yè)觸摸屏MP270 對結晶器調寬或液壓振動進行控制和監(jiān)視。
4 難點分析及解決措施
（ 1） 數(shù)據(jù)通訊
板坯連鑄機自動化控制系統(tǒng)中各站之間的數(shù)據(jù)通訊方式各異, 其中∶SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC400 PLC 之間是通過SIMATIC H1 工業(yè)以太網(wǎng)通訊,編程使用FC5（ 發(fā)送數(shù)據(jù)功能塊） 和FC6（ 接收數(shù)據(jù)功能塊） ; SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 300 PLC 之間是通過現(xiàn)場總線Profibus DP 網(wǎng)通訊, 編程使用 SFB15（ 存放數(shù)據(jù)功能塊） 和SFB14（ 得到數(shù)據(jù)功能塊） ; SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 6SE70 之間是通過現(xiàn)場總線Profibus DP 網(wǎng)通訊, 編程使用SFC14（ DP讀功能塊） 和SFC15 （ DP 寫功能塊） ; SIMATIC 400PLC 與Wincc 之間的數(shù)據(jù)通訊通過SIMATIC H1 工業(yè)以太網(wǎng)通訊, 使用SIMATIC NET 軟件完成CP1613網(wǎng)卡的設置。特別是FC5、FC6、SFB15、SFB14、SFC14及SFC15 功能塊必須在OB32 （ 1s 時間中斷組織塊）中調用。
（ 2） 裝送引錠桿控制
裝送引錠桿是連鑄機控制系統(tǒng)的一個關鍵環(huán)節(jié), 一旦控制失敗將導致煉鋼失敗, 甚至引發(fā)安全事故。該系統(tǒng)引進了“ 激光對射裝置”, 為系統(tǒng)提供初始信號, 并采用增量編碼器（ 每圈20 個脈沖） 對引錠桿的位置進行跟蹤控制。實踐證明, 這種方法可靠, 其精度可達10mm 左右。為接收計數(shù)脈沖, 特選用西門子高速計數(shù)模塊, 軟件使用FC0（ 高速計數(shù)功能塊） 。鑒于以往的使用經(jīng)驗, 為防止丟失脈沖而發(fā)生不穩(wěn)定情況, 建議采用軸套型增量編碼器, 直接將編碼器裝到電機的輸出軸上, 這樣定位會更加準確。
（ 3） PID 調節(jié)
板坯連鑄機煉鋼過程中對于水流量、水壓力、氬氣流量、液面控制及鋼包溫度等方面控制要求很高,均需要有穩(wěn)定的值。該系統(tǒng)采用西門子 SIMATIC400 PLC 取代智能儀表, PID 調節(jié)在STEP7 中使用FB41（ 連續(xù)PID 調節(jié)控制） , 在Wincc6.0 中使用畫圖功能模擬一個PID 調節(jié)器的操作面板, 能夠很好地完成PID 調節(jié)控制中的手/自動切換、給定值輸入、手動輸出值輸入及PID 參數(shù)（ 比例系數(shù)、積分時間）輸入等功能。
（ 4） 中間包的水平調節(jié)
中間包車采用液壓升降式高低腿的樣式, 在液壓缸內裝設位置傳感器以保證中間包水平。若中間包有足夠的水平面, 就能保證鋼水中的夾雜物在中間包內得到充分地上浮, 同時還能減少鋼水旋流的形成。中間包的水平調節(jié)方法是先對單個液壓缸位置的變化進行PID 調節(jié)運算, 然后根據(jù)各個液壓缸的位置進行平均計算, 最后把這個平均數(shù)值傳送給執(zhí)行閥組, 以求出最佳水平效果。
（ 5） 標準化編程
標準化編程主要體現(xiàn)在以下幾個方面;
●根據(jù)設計圖紙編制各系統(tǒng)的地址表（ 包括圖紙設計和硬件配置的對應關系） ;
●根據(jù)地址表填寫Wincc6.0 SQL 數(shù)據(jù)庫;
●根據(jù)地址表編制STEP7 符號表;
●根據(jù)地址表找出各控制設備的輸入/輸出點號, 據(jù)此定義下列STEP7 使用的中間線圈點號: 模擬手/自動轉換選擇開關; 啟動按鈕、停止按鈕（ 對單線圈的泵或電磁閥） ; 開啟按鈕、關閉按鈕、停止按鈕（ 對雙線圈的電動閥） ; 手動輸出值、給定值、比例系數(shù)、積分時間（ 對 PID 調節(jié)閥） ; 再根據(jù)各控制設備的輸入/輸出點號和中間線圈點號編制各控制設備的手動程序;
●最后根據(jù)設計說明書編制各控制設備之間的邏輯連鎖程序, 即自動程序。
（ 6） 畫面強制
由于大型鋼廠自動化控制系統(tǒng)涉及的控制設備很多且工藝復雜, 致使主要設備動作的諸多條件很難同時滿足控制要求。為了調試程序的需要, 在畫面上增設許多選擇開關, 當某開關置為“ 1”時, 就假設此條件滿足。當所有條件滿足時, 程序就可以對設備上增設許多選擇開關, 當某開關置為 “ 1”時, 就假設此條件滿足。當所有條件滿足時, 程序就可以對設備進行操作, 而不必再等待實際條件滿足。在生產中有時某設備出現(xiàn)臨時故障, 為不影響正常生產, 也可以在畫面上強制, 直到設備修好, 再把強制解除即可。
5 結論
實踐證明, 西門子S7- 400 系列PLC 的硬、軟件是完全適用于大中型成套系統(tǒng)控制的可編程序控制器。該系統(tǒng)綜合集成了西門子公司PLC網(wǎng)絡結構實現(xiàn)了板坯連鑄機基礎自動化與過程自動化控制, 能共同完成對連鑄系統(tǒng)的監(jiān)視控制任務。實踐證明: 該系統(tǒng)安全穩(wěn)定, 既可提高生產效率, 又可改善工作環(huán)境, 完全能滿足生產要求, 為用戶取得了較好的經(jīng)濟效益。
參考文獻
1.連鑄論文集.奧鋼聯(lián)連鑄熱軋會議刊物
2.S7- 400 可編程序控制器硬件手冊
