过程监控自动化控制系统在连铸机的应用

摘要:主要介绍了济钢第三炼钢厂连铸机过程监控自动化控制系统的构成特点及应用,实现了生产过程的控制实时数据采集和处理等。
关键词:连铸机  监控  总线
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

济钢三炼钢板坯连铸机工程是济钢“十五”发展的重点工程项目，其自动化控制技术已达世界先引水平。济钢三炼钢板坯连铸机工程基础自动化控制系统配置，采用德国SIEMENS 公司的S7系列产品组成仪控合一的基础自动化控制级，用于主PLC与从PLC之间相互通讯使之现场设备正常运行的媒介——PROFIBUS总线。

1 概述

第三炼钢厂铸机系统由澳钢联设计，软硬件均采用德国SIEMENS产品，自动化程度处世界领先水平。该系统在自动化控制方面分为L1（基础控制），L2（过程控制）两级控制，在网络结构上利用各种专用PLC通信处理器构成不同应用不同层次PLC网络,采用PROFIBUS现场总线控制构成PLC网络,可以实现在线监控和在线编程PLC主要采用S7-300、 S7-400及C7系列作为主站，远程I/O、变频器等智能单元作为从站，主站与从站采用现场总线PROFIBUS_DP与从站进行通讯。同时，为了满足各主PLC、各单体设备之间数据的传输，一级系统的通讯网络采用Siemens工业以太网，TCP/IP开放协议，光缆介质，通信速率 10Mb/s,采用环形拓扑结构，进行信息的交换。

2 系统组成

2.1 硬件配置

济钢三炼钢连铸机的电气设备采用德国SIEMENS公司产品，包括PLC、数字传动装置等。该连铸机控制系统由18套PLC、4台计算机操作站、2台计算机服务器以及远程I/O组成。整个过程监控系统底层为远程I/O，负责对分布的设备进行数据采集及监控；通过以太网可实现各PLC系统间的可靠通讯，通过服务器与管理网络连接以实现管控一体化，可实现与转炉、精炼、外围、质检分析等系统的数据交换。其中，1台PLC用于公用系统的检测和控制，1台PLC用于铸流系统的检测和控制，1台PLC用于拉矫系统的检测和控制， 1台PLC用于仪表系统的检测和控制, 1台PLC用于辊道系统的检测和控制, 1台PLC用于结晶器调宽系统的检测和控制, 1台PLC用于结晶器振动系统的检测和控制, 2台用于结晶器液位系统的检测和控制3台用于液压系统的检测和控制，2台用于润滑系统的检测和控制，2台用于一次、二次火焰切割机的检测和控制， 1台用于铸坯打号机的检测和控制、1台用于去毛刺的机检测和控制。设置了4台彩色智能人机接口，分别放在主操作室和出坯操作室，对连铸机进行动态监视和操作，并打印报警事件。配有一台1.5级计算机，用于生产管理、质量管理、历史数据存放、趋势显示、报表及打印等。其配置与HMI基本相同。

2.2 系统功能

连铸机自动化系统采取“三电一体化”的设计思想，采用德国Siemens公司现在的最新高性能的PLC产品S7-400系列，该模块上有以太网接口、MPI接口、远程I/O接口、串行口等，可根据不同的需要，串入不同的通信网络。S7-400内存大，运算速度快，

处理大量开关量信号外，还可以快速处理模拟信号。因此在设计本控制系统时，将电控和仪控信号均纳入PLC，充分、合理地共享硬件和软件资源。通过检测仪表、现场限位等采集工艺生产过程和设备运行状态的各种数据，实现过程回路和电气设备的顺序控制。计算机过程监控系统主要完成对浇铸平台、拉矫、ASTC、结晶器调宽与振动、二冷配水、后部辊道自动监控。

电气设备的检测与控制主要由PLC系统完成，电气开关量及模拟量全部进PLC,包括拉矫机、引锭系统、结晶器调宽与振动、结晶器液位、辊道系统、液压润滑系统等。监控系统根据从现场检测到的限位开关、接触器、光电开关的信号和仪表的检测数据，对系统进行连锁控制。

计算机操作站通过以太网和远程I/O网络将PLC系统采集的信息集中处理，产生实时数据文件、趋势文件、报警记录文件。主要完成的功能有：（1）操作监控：通过监控生产工艺过程和设备运行状态给操作人员提供必要的操作指导，并可对现场设备进行精确控制。（2）报警与事件记录：自动记录故障发生、恢复的时间及关键设备的操作情况，为故障或事故分析提供可靠依据。（3）二次冷却水动态控制：根据钢水过热度、钢水成分、等生产过程参数，在线修正二冷水配水模型。（4）曲线回放：实时显示设备运行曲线并自动记录。

仪表检测与控制主要对冷却水系统的压力、流量、温度进行测量、调节和开断；实时检测结晶器钢水液位，根据液位高低调节拉速。

服务器主要用于数据库管理，包括冶金数据库、生产数据库、设备运行数据库。服务器采集各操作站数据，对数据按要求进行处理后，提供给下一步的过程控制。

2.3 系统和应用软件

系统软件采用Microsoft公司的Windows，PLC采用Siemens公司的Step7.0编程软件；人机接口采用Siemens公司的Factorylink；1.5级计算机采用Siemens公司的Factorylink和Microsoft公司的Access数据库软件；通信采用工业以太网，通信协议遵从IEEE800.2和动态数据交换DDE。

2.3.1 PLC应用程序

包括大包回转台旋转及升降，大包称重、测温，中间罐车行走和升降，中包称重和中包液位控制，结晶器液面控制及振动，二冷段汽雾冷却，拉矫机及压下控制，辊道控制，铸坯跟踪、液压润滑系统，定尺切割及铸坯打印等程序。其自动化控制程度高,安全措施连锁多。

2.3.2 HMI画面软件

根据工艺要求，设有主菜单、铸流概貌、出坯概貌、拉矫机、结晶器液面、结晶器调宽和振动、大包/中包称重、液压系统、驱动装置运行状态，PLC状态、事故停车状态等近40幅画面。操作人员通过对HMI的监控，可以实时观察到设备的运行状况。及时发现处理设备出现的各种事故和隐患。

3 控制系统的特点

连铸机计算机控制系统不仅技术先进、实用可靠、资源共享、易于维护和维修，而且投资少。在传动装置方面采用了全数字矢量变频调速，控制精度高，运行可靠，与PLC通过现场总线PROFIBUS通讯，操作简单、灵活。根据现场控制划分,本系统为分散控制系统，但作为远程站I/O又是紧凑型的控制系统，这样就大量减少了电缆，增强了信号的稳定性和可靠性，因此这套用PLC、微机等组成的计算机控制系统为集中操作、分散控制的系统。

4 应用效果

济钢第三炼钢厂连铸机三电一体化的设计适应了自动化的发展趋势，计算机过程监控系统对于提高连铸机生产的自动化程度，保证产品质量，节约能量，降低劳动强度，改善操作条件，提高劳动效率，增加生产效益以及维护安全生产都起到了积极的作用。

作者简介: 孔德才（1976－），男，山东济南人 工程师 主要从事PLC及计算机控制方面的研究与应用工作
联系方法:山东济南.济南钢铁集团总公司第三炼钢厂  邮编:250101 电话:0531-8847047或0531-8847020