摘要:主要介紹了濟鋼第三煉鋼廠連鑄機過程監控自動化控制系統的構成特點及應用,實現了生產過程的控制實時數據采集和處理等。
關鍵詞:連鑄機 監控 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配置，采用德國SIEMENS 公司的S7系列產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由澳鋼聯設計，軟硬件均采用德國SIEMENS產品，自動化程度處世界領先水平。該系統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網絡,采用PROFIBUS現場總線控制構成PLC網絡,可以實現在線監控和在線編程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、各單體設備之間數據的傳輸，一級系統的通訊網絡采用Siemens工業以太網，TCP/IP開放協議，光纜介質，通信速率 10Mb/s,采用環形拓撲結構，進行信息的交換。
2 系統組成
2.1 硬件配置
濟鋼三煉鋼連鑄機的電氣設備采用德國SIEMENS公司產品，包括PLC、數字傳動裝置等。該連鑄機控制系統由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。整個過程監控系統底層為遠程I/O，負責對分布的設備進行數據采集及監控；通過以太網可實現各PLC系統間的可靠通訊，通過服務器與管理網絡連接以實現管控一體化，可實現與轉爐、精煉、外圍、質檢分析等系統的數據交換。其中，1臺PLC用于公用系統的檢測和控制，1臺PLC用于鑄流系統的檢測和控制，1臺PLC用于拉矯系統的檢測和控制， 1臺PLC用于儀表系統的檢測和控制, 1臺PLC用于輥道系統的檢測和控制, 1臺PLC用于結晶器調寬系統的檢測和控制, 1臺PLC用于結晶器振動系統的檢測和控制, 2臺用于結晶器液位系統的檢測和控制3臺用于液壓系統的檢測和控制，2臺用于潤滑系統的檢測和控制，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，對連鑄機進行動態監視和操作，并打印報警事件。配有一臺1.5級計算機，用于生產管理、質量管理、歷史數據存放、趨勢顯示、報表及打印等。其配置與HMI基本相同。
2.2 系統功能
連鑄機自動化系統采取“三電一體化”的設計思想，采用德國Siemens公司現在的最新高性能的PLC產品S7-400系列，該模塊上有以太網接口、MPI接口、遠程I/O接口、串行口等，可根據不同的需要，串入不同的通信網絡。S7-400內存大，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、現場限位等采集工藝生產過程和設備運行狀態的各種數據，實現過程回路和電氣設備的順序控制。計算機過程監控系統主要完成對澆鑄平臺、拉矯、ASTC、結晶器調寬與振動、二冷配水、后部輥道自動監控。
電氣設備的檢測與控制主要由PLC系統完成，電氣開關量及模擬量全部進PLC,包括拉矯機、引錠系統、結晶器調寬與振動、結晶器液位、輥道系統、液壓潤滑系統等。監控系統根據從現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據，對系統進行連鎖控制。
計算機操作站通過以太網和遠程I/O網絡將PLC系統采集的信息集中處理，產生實時數據文件、趨勢文件、報警記錄文件。主要完成的功能有：（1）操作監控：通過監控生產工藝過程和設備運行狀態給操作人員提供必要的操作指導，并可對現場設備進行精確控制。（2）報警與事件記錄：自動記錄故障發生、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。（3）二次冷卻水動態控制：根據鋼水過熱度、鋼水成分、等生產過程參數，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的壓力、流量、溫度進行測量、調節和開斷；實時檢測結晶器鋼水液位，根據液位高低調節拉速。
服務器主要用于數據庫管理，包括冶金數據庫、生產數據庫、設備運行數據庫。服務器采集各操作站數據，對數據按要求進行處理后，提供給下一步的過程控制。
2.3 系統和應用軟件
系統軟件采用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數據庫軟件；通信采用工業以太網，通信協議遵從IEEE800.2和動態數據交換DDE。
2.3.1 PLC應用程序
包括大包回轉臺旋轉及升降，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，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、結晶器調寬和振動、大包/中包稱重、液壓系統、驅動裝置運行狀態，PLC狀態、事故停車狀態等近40幅畫面。操作人員通過對HMI的監控，可以實時觀察到設備的運行狀況。及時發現處理設備出現的各種事故和隱患。
3 控制系統的特點
連鑄機計算機控制系統不僅技術先進、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字矢量變頻調速，控制精度高，運行可靠，與PLC通過現場總線PROFIBUS通訊，操作簡單、靈活。根據現場控制劃分,本系統為分散控制系統，但作為遠程站I/O又是緊湊型的控制系統，這樣就大量減少了電纜，增強了信號的穩定性和可靠性，因此這套用PLC、微機等組成的計算機控制系統為集中操作、分散控制的系統。
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展趨勢，計算機過程監控系統對于提高連鑄機生產的自動化程度，保證產品質量，節約能量，降低勞動強度，改善操作條件，提高勞動效率，增加生產效益以及維護安全生產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
