摘要:主要介紹了濟鋼第三煉鋼廠連鑄機過程監(jiān)控自動化控制系統(tǒng)的構成特點及應用,實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的控制實時數(shù)據(jù)采集和處理等。
關鍵詞:連鑄機 監(jiān)控 總線
The Application of The process monitor and control system in the CCM
Kong Decai Yin Haifeng
Abstract : The article mainly introduce the characteristic and application about The process monitor and control system of The No.3 Steelmaking Plant of Jinan Iron & Steel Co.,The CCM attains real time data collection and analysis in the work peocess.
Key word: CCM Monitor bus
0 前言
濟鋼三煉鋼板坯連鑄機工程是濟鋼“十五”發(fā)展的重點工程項目，其自動化控制技術已達世界先引水平。濟鋼三煉鋼板坯連鑄機工程基礎自動化控制系統(tǒng)配置，采用德國SIEMENS 公司的S7系列產(chǎn)品組成儀控合一的基礎自動化控制級，用于主PLC與從PLC之間相互通訊使之現(xiàn)場設備正常運行的媒介——PROFIBUS總線。
1 概述
第三煉鋼廠鑄機系統(tǒng)由澳鋼聯(lián)設計，軟硬件均采用德國SIEMENS產(chǎn)品，自動化程度處世界領先水平。該系統(tǒng)在自動化控制方面分為L1（基礎控制），L2（過程控制）兩級控制，在網(wǎng)絡結構上利用各種專用PLC通信處理器構成不同應用不同層次PLC網(wǎng)絡,采用PROFIBUS現(xiàn)場總線控制構成PLC網(wǎng)絡,可以實現(xiàn)在線監(jiān)控和在線編程PLC主要采用S7-300、 S7-400及C7系列作為主站，遠程I/O、變頻器等智能單元作為從站，主站與從站采用現(xiàn)場總線PROFIBUS_DP與從站進行通訊。同時，為了滿足各主PLC、各單體設備之間數(shù)據(jù)的傳輸，一級系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡采用Siemens工業(yè)以太網(wǎng)，TCP/IP開放協(xié)議，光纜介質(zhì)，通信速率 10Mb/s,采用環(huán)形拓撲結構，進行信息的交換。
2 系統(tǒng)組成
2.1 硬件配置
濟鋼三煉鋼連鑄機的電氣設備采用德國SIEMENS公司產(chǎn)品，包括PLC、數(shù)字傳動裝置等。該連鑄機控制系統(tǒng)由18套PLC、4臺計算機操作站、2臺計算機服務器以及遠程I/O組成。整個過程監(jiān)控系統(tǒng)底層為遠程I/O，負責對分布的設備進行數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控；通過以太網(wǎng)可實現(xiàn)各PLC系統(tǒng)間的可靠通訊，通過服務器與管理網(wǎng)絡連接以實現(xiàn)管控一體化，可實現(xiàn)與轉(zhuǎn)爐、精煉、外圍、質(zhì)檢分析等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。其中，1臺PLC用于公用系統(tǒng)的檢測和控制，1臺PLC用于鑄流系統(tǒng)的檢測和控制，1臺PLC用于拉矯系統(tǒng)的檢測和控制， 1臺PLC用于儀表系統(tǒng)的檢測和控制, 1臺PLC用于輥道系統(tǒng)的檢測和控制, 1臺PLC用于結晶器調(diào)寬系統(tǒng)的檢測和控制, 1臺PLC用于結晶器振動系統(tǒng)的檢測和控制, 2臺用于結晶器液位系統(tǒng)的檢測和控制3臺用于液壓系統(tǒng)的檢測和控制，2臺用于潤滑系統(tǒng)的檢測和控制，2臺用于一次、二次火焰切割機的檢測和控制， 1臺用于鑄坯打號機的檢測和控制、1臺用于去毛刺的機檢測和控制。設置了4臺彩色智能人機接口，分別放在主操作室和出坯操作室，對連鑄機進行動態(tài)監(jiān)視和操作，并打印報警事件。配有一臺1.5級計算機，用于生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、歷史數(shù)據(jù)存放、趨勢顯示、報表及打印等。其配置與HMI基本相同。
2.2 系統(tǒng)功能
連鑄機自動化系統(tǒng)采取“三電一體化”的設計思想，采用德國Siemens公司現(xiàn)在的最新高性能的PLC產(chǎn)品S7-400系列，該模塊上有以太網(wǎng)接口、MPI接口、遠程I/O接口、串行口等，可根據(jù)不同的需要，串入不同的通信網(wǎng)絡。S7-400內(nèi)存大，運算速度快，
處理大量開關量信號外，還可以快速處理模擬信號。因此在設計本控制系統(tǒng)時，將電控和儀控信號均納入PLC，充分、合理地共享硬件和軟件資源。通過檢測儀表、現(xiàn)場限位等采集工藝生產(chǎn)過程和設備運行狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)，實現(xiàn)過程回路和電氣設備的順序控制。計算機過程監(jiān)控系統(tǒng)主要完成對澆鑄平臺、拉矯、ASTC、結晶器調(diào)寬與振動、二冷配水、后部輥道自動監(jiān)控。
電氣設備的檢測與控制主要由PLC系統(tǒng)完成，電氣開關量及模擬量全部進PLC,包括拉矯機、引錠系統(tǒng)、結晶器調(diào)寬與振動、結晶器液位、輥道系統(tǒng)、液壓潤滑系統(tǒng)等。監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)從現(xiàn)場檢測到的限位開關、接觸器、光電開關的信號和儀表的檢測數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)進行連鎖控制。
計算機操作站通過以太網(wǎng)和遠程I/O網(wǎng)絡將PLC系統(tǒng)采集的信息集中處理，產(chǎn)生實時數(shù)據(jù)文件、趨勢文件、報警記錄文件。主要完成的功能有：（1）操作監(jiān)控：通過監(jiān)控生產(chǎn)工藝過程和設備運行狀態(tài)給操作人員提供必要的操作指導，并可對現(xiàn)場設備進行精確控制。（2）報警與事件記錄：自動記錄故障發(fā)生、恢復的時間及關鍵設備的操作情況，為故障或事故分析提供可靠依據(jù)。（3）二次冷卻水動態(tài)控制：根據(jù)鋼水過熱度、鋼水成分、等生產(chǎn)過程參數(shù)，在線修正二冷水配水模型。（4）曲線回放：實時顯示設備運行曲線并自動記錄。
儀表檢測與控制主要對冷卻水系統(tǒng)的壓力、流量、溫度進行測量、調(diào)節(jié)和開斷；實時檢測結晶器鋼水液位，根據(jù)液位高低調(diào)節(jié)拉速。
服務器主要用于數(shù)據(jù)庫管理，包括冶金數(shù)據(jù)庫、生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫、設備運行數(shù)據(jù)庫。服務器采集各操作站數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)按要求進行處理后，提供給下一步的過程控制。
2.3 系統(tǒng)和應用軟件
系統(tǒng)軟件采用Microsoft公司的Windows，PLC采用Siemens公司的Step7.0編程軟件；人機接口采用Siemens公司的Factorylink；1.5級計算機采用Siemens公司的Factorylink和Microsoft公司的Access數(shù)據(jù)庫軟件；通信采用工業(yè)以太網(wǎng)，通信協(xié)議遵從IEEE800.2和動態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE。
2.3.1 PLC應用程序
包括大包回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)及升降，大包稱重、測溫，中間罐車行走和升降，中包稱重和中包液位控制，結晶器液面控制及振動，二冷段汽霧冷卻，拉矯機及壓下控制，輥道控制，鑄坯跟蹤、液壓潤滑系統(tǒng)，定尺切割及鑄坯打印等程序。其自動化控制程度高,安全措施連鎖多。
2.3.2 HMI畫面軟件
根據(jù)工藝要求，設有主菜單、鑄流概貌、出坯概貌、拉矯機、結晶器液面、結晶器調(diào)寬和振動、大包/中包稱重、液壓系統(tǒng)、驅(qū)動裝置運行狀態(tài)，PLC狀態(tài)、事故停車狀態(tài)等近40幅畫面。操作人員通過對HMI的監(jiān)控，可以實時觀察到設備的運行狀況。及時發(fā)現(xiàn)處理設備出現(xiàn)的各種事故和隱患。
3 控制系統(tǒng)的特點
連鑄機計算機控制系統(tǒng)不僅技術先進、實用可靠、資源共享、易于維護和維修，而且投資少。在傳動裝置方面采用了全數(shù)字矢量變頻調(diào)速，控制精度高，運行可靠，與PLC通過現(xiàn)場總線PROFIBUS通訊，操作簡單、靈活。根據(jù)現(xiàn)場控制劃分,本系統(tǒng)為分散控制系統(tǒng)，但作為遠程站I/O又是緊湊型的控制系統(tǒng)，這樣就大量減少了電纜，增強了信號的穩(wěn)定性和可靠性，因此這套用PLC、微機等組成的計算機控制系統(tǒng)為集中操作、分散控制的系統(tǒng)。
4 應用效果
濟鋼第三煉鋼廠連鑄機三電一體化的設計適應了自動化的發(fā)展趨勢，計算機過程監(jiān)控系統(tǒng)對于提高連鑄機生產(chǎn)的自動化程度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能量，降低勞動強度，改善操作條件，提高勞動效率，增加生產(chǎn)效益以及維護安全生產(chǎn)都起到了積極的作用。
作者簡介: 孔德才（1976－），男，山東濟南人 工程師 主要從事PLC及計算機控制方面的研究與應用工作
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