摘  要: 介紹了板坯連鑄機的自動(dòng)化控制系統, 并對系統中的數據通訊、畫(huà)面監控、中間罐水平、二冷水流量的控制及系統的監控等進(jìn)行了說(shuō)明。

　　關(guān)鍵詞: Profibus DP; 網(wǎng)絡(luò )控制; PID 調節

　　1 前言

　　板坯連鑄機自動(dòng)化控制系統包括公共部分、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(dòng)調寬、液壓振動(dòng)、下渣檢測、漏鋼預報、輕壓下等控制系統） 控制共六個(gè)子系統。前3 個(gè)子系統用一個(gè)西門(mén)子SIMATIC400 站進(jìn)行控制, 切割機用SIMATIC300 站進(jìn)行控制, 去毛刺機用SIMATIC200 站進(jìn)行控制; 結晶器液面采用工控機控制（ 配網(wǎng)卡） 。這六個(gè)站通過(guò)西門(mén)子通訊模塊CP443 和CP343 掛在一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)- SIMATICH1 網(wǎng)上。同時(shí)還有五套工業(yè)微機通過(guò)西門(mén)子網(wǎng)卡CP1613 也掛在同一個(gè)SIMATIC H1 網(wǎng)上, 作為人機界面完成板坯連鑄自動(dòng)化控制系統的監視和控制。二級管理系統包括一套服務(wù)器和一套工業(yè)微機, 主要完成對板坯連鑄系統的管理任務(wù), 及時(shí)下達連鑄工作的計劃和命令。

　　2 硬軟件組成及特點(diǎn)

　　2.1 硬軟件組成

　　板坯連鑄機自動(dòng)化控制系統硬件包括: 3 個(gè)西門(mén)子SIMATIC400 站（ 每個(gè)站包括1 個(gè)電源模塊、1 個(gè)CPU、1 個(gè)CP443 通訊接口模塊和數量不等的模擬量輸入、模擬量輸出、開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出模塊） 、一套SIMATIC300 站、一套SIMATIC200 站, 6 套研華工控機及6 個(gè)西門(mén)子CP1613 網(wǎng)卡。

　　系統軟件包括:Windows NT 4.0 中文版操作系統、Wincc6.0 監控軟件和STEP7 西門(mén)子編程軟件。

　　2.2 硬軟件特點(diǎn)

　?。?1） 硬件

　　SIMATIC H1 網(wǎng)是德國西門(mén)子公司開(kāi)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(jiǎn)單、便于擴展、速度快及兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。板坯連鑄機自動(dòng)化控制系統采用屏蔽雙絞線(xiàn)通訊電纜或光纜作為SIMATIC H1 網(wǎng)的連接介質(zhì), 有效地實(shí)現了工業(yè)以太網(wǎng)數據傳輸過(guò)程中的抗干擾功能, 保證了系統運行的可靠性; SIMATIC Profibus DP 網(wǎng)是西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的一種基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的設備網(wǎng), 它的特點(diǎn)是可以在PLC, 即可編程序控制器與現場(chǎng)設備之間交換數據。該控制系統采用屏蔽雙絞線(xiàn)作為ProfibusDP 網(wǎng)的連接介質(zhì)。SIMATIC 400 站是西門(mén)子公司的拳頭產(chǎn)品, 無(wú)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(chǎn)品的領(lǐng)先地位。

　?。?2） 軟件

　　此系統是微軟公司最出色的產(chǎn)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(dòng)化控制系統選用Windows NT 4.0 中文版操作系統。Wincc6.0 工控軟件是西門(mén)子公司近期推出的可靠性較高的工控產(chǎn)品, 不但可以畫(huà)出逼真的圖形, 而且還能將現場(chǎng)數據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, 完成對現場(chǎng)設備的軟操作; 它可以將數據按時(shí)間存放在數據文件里, 供歷史趨勢文件調用顯示, 以便分析事故和改進(jìn)工藝。它可以利用Windows DDE（ 動(dòng)態(tài)數據交換） 功能把SQL 數據庫的數據傳送到Office Excel 文件和OfficeAccess 文件, 從而實(shí)現報表打印和數據查詢(xún)功能。STEP7 是西門(mén)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控制。它的組織塊、功能塊及數據塊相結合的編程理念能夠滿(mǎn)足各種控制要求。因此,WindowsNT 4.0、Wincc6.0 和STEP7 可以說(shuō)是板坯連鑄機自動(dòng)化控制系統中的“ 三劍客”, 能共同完成對連鑄系統的監視控制任務(wù)。

　　3 系統配置

　　板坯連鑄機自動(dòng)化控制系統中3 個(gè)SIMATIC400 站、1 套SIMATIC 300 站、一套SIMATIC 200 站通過(guò)西門(mén)子CP443 和CP343 接口模塊掛在一個(gè)SIMATIC H1 工業(yè)以太網(wǎng)上完成控制功能（ 見(jiàn)圖1） ,同時(shí)6 套研華工業(yè)微機也通過(guò)西門(mén)子CP1613 網(wǎng)卡掛在同一個(gè)SIMATIC H1 工業(yè)以太網(wǎng)上完成監視和操作功能。SIMATIC 400 各站通過(guò)以太網(wǎng)互相交換數據, 公共和鑄流部分SIMATIC 400 站通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus DP 網(wǎng)與各個(gè)遠程I/O 進(jìn)行數據通訊。鑄流控制系統的SIMATIC 300 站作為一個(gè)遠程I/O 分站與主站進(jìn)行數據交換。公共部分控制系統的SIMATIC400 站通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus DP 總線(xiàn)與大包回轉臺和中間罐車(chē)等配備了CBP 2 通訊板的變頻器進(jìn)行通訊和控制。鑄流SIMATIC 400 站通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus DP 總線(xiàn)與SIMATIC 6SE70 交換數據, 并且在同一個(gè)Profibus DP 網(wǎng)上掛了一個(gè)工業(yè)觸摸屏MP270 對結晶器調寬或液壓振動(dòng)進(jìn)行控制和監視。

　　4 難點(diǎn)分析及解決措施

　?。?1） 數據通訊

　　板坯連鑄機自動(dòng)化控制系統中各站之間的數據通訊方式各異, 其中∶SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC400 PLC 之間是通過(guò)SIMATIC H1 工業(yè)以太網(wǎng)通訊,編程使用FC5（ 發(fā)送數據功能塊） 和FC6（ 接收數據功能塊） ; SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 300 PLC 之間是通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus DP 網(wǎng)通訊, 編程使用SFB15（ 存放數據功能塊） 和SFB14（ 得到數據功能塊） ; SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 6SE70 之間是通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus DP 網(wǎng)通訊, 編程使用SFC14（ DP讀功能塊） 和SFC15 （ DP 寫(xiě)功能塊） ; SIMATIC 400PLC 與Wincc 之間的數據通訊通過(guò)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(shí)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的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節, 一旦控制失敗將導致煉鋼失敗, 甚至引發(fā)安全事故。該系統引進(jìn)了“ 激光對射裝置”, 為系統提供初始信號, 并采用增量編碼器（ 每圈20 個(gè)脈沖） 對引錠桿的位置進(jìn)行跟蹤控制。實(shí)踐證明, 這種方法可靠, 其精度可達10mm 左右。為接收計數脈沖, 特選用西門(mén)子高速計數模塊, 軟件使用FC0（ 高速計數功能塊） 。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(huì )更加準確。

　?。?3） PID 調節

　　板坯連鑄機煉鋼過(guò)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,均需要有穩定的值。該系統采用西門(mén)子SIMATIC400 PLC 取代智能儀表, PID 調節在STEP7 中使用FB41（ 連續PID 調節控制） , 在Wincc6.0 中使用畫(huà)圖功能模擬一個(gè)PID 調節器的操作面板, 能夠很好地完成PID 調節控制中的手/自動(dòng)切換、給定值輸入、手動(dòng)輸出值輸入及PID 參數（ 比例系數、積分時(shí)間）輸入等功能。

　?。?4） 中間包的水平調節

　　中間包車(chē)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(shí)還能減少鋼水旋流的形成。中間包的水平調節方法是先對單個(gè)液壓缸位置的變化進(jìn)行PID 調節運算, 然后根據各個(gè)液壓缸的位置進(jìn)行平均計算, 最后把這個(gè)平均數值傳送給執行閥組, 以求出最佳水平效果。

　?。?5） 標準化編程

　　標準化編程主要體現在以下幾個(gè)方面;

　　●根據設計圖紙編制各系統的地址表（ 包括圖紙設計和硬件配置的對應關(guān)系） ;

　　●根據地址表填寫(xiě)Wincc6.0 SQL 數據庫;

　　●根據地址表編制STEP7 符號表;

　　●根據地址表找出各控制設備的輸入/輸出點(diǎn)號, 據此定義下列STEP7 使用的中間線(xiàn)圈點(diǎn)號: 模擬手/自動(dòng)轉換選擇開(kāi)關(guān); 啟動(dòng)按鈕、停止按鈕（ 對單線(xiàn)圈的泵或電磁閥） ; 開(kāi)啟按鈕、關(guān)閉按鈕、停止按鈕（ 對雙線(xiàn)圈的電動(dòng)閥） ; 手動(dòng)輸出值、給定值、比例系數、積分時(shí)間（ 對PID 調節閥） ; 再根據各控制設備的輸入/輸出點(diǎn)號和中間線(xiàn)圈點(diǎn)號編制各控制設備的手動(dòng)程序;

　　●最后根據設計說(shuō)明書(shū)編制各控制設備之間的邏輯連鎖程序, 即自動(dòng)程序。

　?。?6） 畫(huà)面強制

　　由于大型鋼廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統涉及的控制設備很多且工藝復雜, 致使主要設備動(dòng)作的諸多條件很難同時(shí)滿(mǎn)足控制要求。為了調試程序的需要, 在畫(huà)面上增設許多選擇開(kāi)關(guān), 當某開(kāi)關(guān)置為“ 1”時(shí), 就假設此條件滿(mǎn)足。當所有條件滿(mǎn)足時(shí), 程序就可以對設備上增設許多選擇開(kāi)關(guān), 當某開(kāi)關(guān)置為“ 1”時(shí), 就假設此條件滿(mǎn)足。當所有條件滿(mǎn)足時(shí), 程序就可以對設備進(jìn)行操作, 而不必再等待實(shí)際條件滿(mǎn)足。在生產(chǎn)中有時(shí)某設備出現臨時(shí)故障, 為不影響正常生產(chǎn), 也可以在畫(huà)面上強制, 直到設備修好, 再把強制解除即可。

　　5 結論

　　實(shí)踐證明, 西門(mén)子S7- 400 系列PLC 的硬、軟件是完全適用于大中型成套系統控制的可編程序控制器。該系統綜合集成了西門(mén)子公司PLC網(wǎng)絡(luò )結構實(shí)現了板坯連鑄機基礎自動(dòng)化與過(guò)程自動(dòng)化控制, 能共同完成對連鑄系統的監視控制任務(wù)。實(shí)踐證明: 該系統安全穩定, 既可提高生產(chǎn)效率, 又可改善工作環(huán)境, 完全能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求, 為用戶(hù)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(huì )議刊物

　　2.S7- 400 可編程序控制器硬件手冊