摘 要: 介紹了板坯連鑄機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng), 并對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通訊、畫(huà)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(jìn)行了說(shuō)明。 關(guān)鍵詞: Profibus DP; 網(wǎng)絡(luò)控制; PID 調(diào)節(jié)
1 前言
板坯連鑄機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括公共部分、鑄流部分、儀表部分、切割機(jī)、去毛刺機(jī)及結(jié)晶器液面（ 有些高端的包含結(jié)晶器自動(dòng)調(diào)寬、液壓振動(dòng)、下渣檢測(cè)、漏鋼預(yù)報(bào)、輕壓下等控制系統(tǒng)） 控制共六個(gè)子系統(tǒng)。前3 個(gè)子系統(tǒng)用一個(gè)西門(mén)子SIMATIC400 站進(jìn)行控制, 切割機(jī)用 SIMATIC300 站進(jìn)行控制, 去毛刺機(jī)用SIMATIC200 站進(jìn)行控制; 結(jié)晶器液面采用工控機(jī)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(jī)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(jī)界面完成板坯連鑄自動(dòng)化控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。二級(jí)管理系統(tǒng)包括一套服務(wù)器和一套工業(yè)微機(jī), 主要完成對(duì)板坯連鑄系統(tǒng)的管理任務(wù), 及時(shí)下達(dá)連鑄工作的計(jì)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(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)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(shù)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(jī)及6 個(gè)西門(mén)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(mén)子編程軟件。
2.2 硬軟件特點(diǎn)
（ 1） 硬件
SIMATIC H1 網(wǎng)是德國(guó)西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的一種基于TCP/IP 協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng), 它具有連接簡(jiǎn)單、便于擴(kuò)展、速度快及兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。板坯連鑄機(jī)自動(dòng)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(zhì), 有效地實(shí)現(xiàn)了工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的抗干擾功能, 保證了系統(tǒng)運(yùn)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(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的設(shè)備網(wǎng), 它的特點(diǎn)是可以在PLC, 即可編程序控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(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(tǒng)是微軟公司最出色的產(chǎn)品之一, 也是世界上應(yīng)用最廣泛的軟件平臺(tái)。該板坯連鑄機(jī)自動(dòng)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(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(xiàn)場(chǎng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的軟操作; 它可以將數(shù)據(jù)按時(shí)間存放在數(shù)據(jù)文件里, 供歷史趨勢(shì)文件調(diào)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(shù)據(jù)交換） 功能把SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)傳送到 Office Excel 文件和OfficeAccess 文件, 從而實(shí)現(xiàn)報(bào)表打印和數(shù)據(jù)查詢(xún)功能。STEP7 是西門(mén)子公司為S7- 400 和 S7- 300 系列PLC設(shè)計(jì)的編程軟件, 它能完成龐大的邏輯控制和復(fù)雜的調(diào)節(jié)控制。它的組織塊、功能塊及數(shù)據(jù)塊相結(jié)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(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的“ 三劍客”, 能共同完成對(duì)連鑄系統(tǒng)的監(jiān)視控制任務(wù)。
3 系統(tǒng)配置
板坯連鑄機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)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(jī)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(jiān)視和操作功能。SIMATIC 400 各站通過(guò)以太網(wǎng)互相交換數(shù)據(jù), 公共和鑄流部分SIMATIC 400 站通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus DP 網(wǎng)與各個(gè)遠(yuǎn)程I/O 進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。鑄流控制系統(tǒng)的SIMATIC 300 站作為一個(gè)遠(yuǎn)程I/O 分站與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。公共部分控制系統(tǒng)的SIMATIC400 站通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus DP 總線與大包回轉(zhuǎn)臺(tái)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(xiàn)場(chǎng)總線Profibus DP 總線與 SIMATIC 6SE70 交換數(shù)據(jù), 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(duì)結(jié)晶器調(diào)寬或液壓振動(dòng)進(jìn)行控制和監(jiān)視。
4 難點(diǎn)分析及解決措施
（ 1） 數(shù)據(jù)通訊
板坯連鑄機(jī)自動(dòng)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(guò)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線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(shù)據(jù)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(shè)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(diào)用。
（ 2） 裝送引錠桿控制
裝送引錠桿是連鑄機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié), 一旦控制失敗將導(dǎo)致煉鋼失敗, 甚至引發(fā)安全事故。該系統(tǒng)引進(jìn)了“ 激光對(duì)射裝置”, 為系統(tǒng)提供初始信號(hào), 并采用增量編碼器（ 每圈20 個(gè)脈沖） 對(duì)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(dá)10mm 左右。為接收計(jì)數(shù)脈沖, 特選用西門(mén)子高速計(jì)數(shù)模塊, 軟件使用FC0（ 高速計(jì)數(shù)功能塊） 。鑒于以往的使用經(jīng)驗(yàn), 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(jī)的輸出軸上, 這樣定位會(huì)更加準(zhǔn)確。
（ 3） PID 調(diào)節(jié)
板坯連鑄機(jī)煉鋼過(guò)程中對(duì)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(mén)子 SIMATIC400 PLC 取代智能儀表, PID 調(diào)節(jié)在STEP7 中使用FB41（ 連續(xù)PID 調(diào)節(jié)控制） , 在Wincc6.0 中使用畫(huà)圖功能模擬一個(gè)PID 調(diào)節(jié)器的操作面板, 能夠很好地完成PID 調(diào)節(jié)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(shù)（ 比例系數(shù)、積分時(shí)間）輸入等功能。
（ 4） 中間包的水平調(diào)節(jié)
中間包車(chē)采用液壓升降式高低腿的樣式, 在液壓缸內(nèi)裝設(shè)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(nèi)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(diào)節(jié)方法是先對(duì)單個(gè)液壓缸位置的變化進(jìn)行PID 調(diào)節(jié)運(yùn)算, 然后根據(jù)各個(gè)液壓缸的位置進(jìn)行平均計(jì)算, 最后把這個(gè)平均數(shù)值傳送給執(zhí)行閥組, 以求出最佳水平效果。
（ 5） 標(biāo)準(zhǔn)化編程
標(biāo)準(zhǔn)化編程主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面;
●根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙編制各系統(tǒng)的地址表（ 包括圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和硬件配置的對(duì)應(yīng)關(guān)系） ;
●根據(jù)地址表填寫(xiě)Wincc6.0 SQL 數(shù)據(jù)庫(kù);
●根據(jù)地址表編制STEP7 符號(hào)表;
●根據(jù)地址表找出各控制設(shè)備的輸入/輸出點(diǎn)號(hào), 據(jù)此定義下列STEP7 使用的中間線圈點(diǎn)號(hào): 模擬手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換選擇開(kāi)關(guān); 啟動(dòng)按鈕、停止按鈕（ 對(duì)單線圈的泵或電磁閥） ; 開(kāi)啟按鈕、關(guān)閉按鈕、停止按鈕（ 對(duì)雙線圈的電動(dòng)閥） ; 手動(dòng)輸出值、給定值、比例系數(shù)、積分時(shí)間（ 對(duì) PID 調(diào)節(jié)閥） ; 再根據(jù)各控制設(shè)備的輸入/輸出點(diǎn)號(hào)和中間線圈點(diǎn)號(hào)編制各控制設(shè)備的手動(dòng)程序;
●最后根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)編制各控制設(shè)備之間的邏輯連鎖程序, 即自動(dòng)程序。
（ 6） 畫(huà)面強(qiáng)制
由于大型鋼廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)涉及的控制設(shè)備很多且工藝復(fù)雜, 致使主要設(shè)備動(dòng)作的諸多條件很難同時(shí)滿(mǎn)足控制要求。為了調(diào)試程序的需要, 在畫(huà)面上增設(shè)許多選擇開(kāi)關(guān), 當(dāng)某開(kāi)關(guān)置為“ 1”時(shí), 就假設(shè)此條件滿(mǎn)足。當(dāng)所有條件滿(mǎn)足時(shí), 程序就可以對(duì)設(shè)備上增設(shè)許多選擇開(kāi)關(guān), 當(dāng)某開(kāi)關(guān)置為 “ 1”時(shí), 就假設(shè)此條件滿(mǎn)足。當(dāng)所有條件滿(mǎn)足時(shí), 程序就可以對(duì)設(shè)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(shè)備出現(xiàn)臨時(shí)故障, 為不影響正常生產(chǎn), 也可以在畫(huà)面上強(qiáng)制, 直到設(shè)備修好, 再把強(qiáng)制解除即可。
5 結(jié)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(tǒng)控制的可編程序控制器。該系統(tǒng)綜合集成了西門(mén)子公司PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了板坯連鑄機(jī)基礎(chǔ)自動(dòng)化與過(guò)程自動(dòng)化控制, 能共同完成對(duì)連鑄系統(tǒng)的監(jiān)視控制任務(wù)。實(shí)踐證明: 該系統(tǒng)安全穩(wěn)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(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
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(cè)
