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)站通過西門子通訊模塊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)通過西門子網(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、開關(guān)量輸入、開關(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(diǎn)

（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(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)， 它具有連接簡單、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)是西門子公司開發(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 站是西門子公司的拳頭產(chǎn)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(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 工控軟件是西門子公司近期推出的可靠性較高的工控產(chǎn)品， 不但可以畫出逼真的圖形， 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)查詢功能。STEP7 是西門子公司為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(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 站通過西門子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（ 見圖1） ，同時(shí)6 套研華工業(yè)微機(jī)也通過西門子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(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 站通過現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus DP 總線與大包回轉(zhuǎn)臺(tái)和中間罐車等配備了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。

圖1 板坯連鑄機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)配置

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(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(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Wincc6.0 SQL 數(shù)據(jù)庫; ·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)換選擇開關(guān)；啟動(dòng)按鈕、停止按鈕（ 對(duì)單線圈的泵或電磁閥） ；開啟按鈕、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)說明書編制各控制設(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)滿足控制要求。為了調(diào)試程序的需要， 在畫面上增設(shè)許多選擇開關(guān)， 當(dāng)某開關(guān)置為“ 1”時(shí)， 就假設(shè)此條件滿足。當(dāng)所有條件滿足時(shí)， 程序就可以對(duì)設(shè)備上增設(shè)許多選擇開關(guān)， 當(dāng)某開關(guān)置為“ 1”時(shí)， 就假設(shè)此條件滿足。當(dāng)所有條件滿足時(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(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， 完全能滿足生產(chǎn)要求， 為用戶取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。