1、前言

板坯連鑄機自動化控制系統(tǒng)包括公共部分、鑄流部分、儀表部分、切割機、去毛刺機及結(jié)晶器液面（ 有些高端的包含結(jié)晶器自動調(diào)寬、液壓振動、下渣檢測、漏鋼預報、輕壓下等控制系統(tǒng)） 控制共六個子系統(tǒng)。前3 個子系統(tǒng)用一個西門子SIMATIC400 站進行控制， 切割機用SIMATIC300 站進行控制， 去毛刺機用SIMATIC200 站進行控制；結(jié)晶器液面采用工控機控制（ 配網(wǎng)卡） 。這六個站通過西門子通訊模塊CP443 和CP343 掛在一個工業(yè)以太網(wǎng)- SIMATICH1 網(wǎng)上。同時還有五套工業(yè)微機通過西門子網(wǎng)卡CP1613 也掛在同一個SIMATIC H1 網(wǎng)上， 作為人機界面完成板坯連鑄自動化控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。二級管理系統(tǒng)包括一套服務器和一套工業(yè)微機， 主要完成對板坯連鑄系統(tǒng)的管理任務， 及時下達連鑄工作的計劃和命令。

2、硬軟件組成及特點

2.1 硬軟件組成

板坯連鑄機自動化控制系統(tǒng)硬件包括：3 個西門子SIMATIC400 站（ 每個站包括1 個電源模塊、1 個CPU、1 個CP443 通訊接口模塊和數(shù)量不等的模擬量輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出模塊） 、一套SIMATIC300 站、一套SIMATIC200 站， 6 套研華工控機及6 個西門子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

（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)議的標準以太網(wǎng)， 它具有連接簡單、便于擴展、速度快及兼容性好等優(yōu)點。板坯連鑄機自動化控制系統(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)場總線技術的設備網(wǎng)， 它的特點是可以在PLC， 即可編程序控制器與現(xiàn)場設備之間交換數(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， 也是世界上應用最廣泛的軟件平臺。該板坯連鑄機自動化控制系統(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， 完成對現(xiàn)場設備的軟操作；它可以將數(shù)據(jù)按時間存放在數(shù)據(jù)文件里， 供歷史趨勢文件調(diào)用顯示， 以便分析事故和改進工藝。它可以利用Windows DDE（ 動態(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， 從而實現(xiàn)報表打印和數(shù)據(jù)查詢功能。STEP7 是西門子公司為S7- 400 和S7- 300 系列PLC設計的編程軟件， 它能完成龐大的邏輯控制和復雜的調(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自動化控制系統(tǒng)中的“ 三劍客”， 能共同完成對連鑄系統(tǒng)的監(jiān)視控制任務。

3、系統(tǒng)配置

板坯連鑄機自動化控制系統(tǒng)中3 個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SIMATIC H1 工業(yè)以太網(wǎng)上完成控制功能（ 見圖1） ，同時6 套研華工業(yè)微機也通過西門子CP1613 網(wǎng)卡掛在同一個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)場總線Profibus DP 網(wǎng)與各個遠程I/O 進行數(shù)據(jù)通訊。鑄流控制系統(tǒng)的SIMATIC 300 站作為一個遠程I/O 分站與主站進行數(shù)據(jù)交換。公共部分控制系統(tǒng)的SIMATIC400 站通過現(xiàn)場總線Profibus DP 總線與大包回轉(zhuǎn)臺和中間罐車等配備了CBP 2 通訊板的變頻器進行通訊和控制。鑄流SIMATIC 400 站通過現(xiàn)場總線Profibus DP 總線與SIMATIC 6SE70 交換數(shù)據(jù)， 并且在同一個Profibus DP 網(wǎng)上掛了一個工業(yè)觸摸屏MP270 對結(jié)晶器調(diào)寬或液壓振動進行控制和監(jiān)視。

圖1 板坯連鑄機自動化控制系統(tǒng)配置

4、難點分析及解決措施

（1）數(shù)據(jù)通訊

板坯連鑄機自動化控制系統(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)卡的設置。特別是FC5、FC6、SFB15、SFB14、SFC14及SFC15 功能塊必須在OB32 （ 1s 時間中斷組織塊）中調(diào)用。

（2）裝送引錠桿控制

裝送引錠桿是連鑄機控制系統(tǒng)的一個關鍵環(huán)節(jié)， 一旦控制失敗將導致煉鋼失敗， 甚至引發(fā)安全事故。該系統(tǒng)引進了“ 激光對射裝置”， 為系統(tǒng)提供初始信號， 并采用增量編碼器（ 每圈20 個脈沖） 對引錠桿的位置進行跟蹤控制。實踐證明， 這種方法可靠， 其精度可達10mm 左右。為接收計數(shù)脈沖， 特選用西門子高速計數(shù)模塊， 軟件使用FC0（ 高速計數(shù)功能塊） 。鑒于以往的使用經(jīng)驗， 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的輸出軸上， 這樣定位會更加準確。

（3）PID 調(diào)節(jié)

板坯連鑄機煉鋼過程中對于水流量、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/自動切換、給定值輸入、手動輸出值輸入及PID 參數(shù)（ 比例系數(shù)、積分時間）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)方法是先對單個液壓缸位置的變化進行PID 調(diào)節(jié)運算， 然后根據(jù)各個液壓缸的位置進行平均計算， 最后把這個平均數(shù)值傳送給執(zhí)行閥組， 以求出最佳水平效果。

（5）標準化編程

標準化編程主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

·根據(jù)設計圖紙編制各系統(tǒng)的地址表（ 包括圖紙設計和硬件配置的對應關系） ; ·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 符號表; ·根據(jù)地址表找出各控制設備的輸入/輸出點號， 據(jù)此定義下列STEP7 使用的中間線圈點號：模擬手/自動轉(zhuǎn)換選擇開關；啟動按鈕、停止按鈕（ 對單線圈的泵或電磁閥） ；開啟按鈕、關閉按鈕、停止按鈕（ 對雙線圈的電動閥） ；手動輸出值、給定值、比例系數(shù)、積分時間（ 對PID 調(diào)節(jié)閥） ；再根據(jù)各控制設備的輸入/輸出點號和中間線圈點號編制各控制設備的手動程序; ·最后根據(jù)設計說明書編制各控制設備之間的邏輯連鎖程序， 即自動程序。

（6）畫面強制

由于大型鋼廠自動化控制系統(tǒng)涉及的控制設備很多且工藝復雜， 致使主要設備動作的諸多條件很難同時滿足控制要求。為了調(diào)試程序的需要， 在畫面上增設許多選擇開關， 當某開關置為“ 1”時， 就假設此條件滿足。當所有條件滿足時， 程序就可以對設備上增設許多選擇開關， 當某開關置為“ 1”時， 就假設此條件滿足。當所有條件滿足時， 程序就可以對設備進行操作， 而不必再等待實際條件滿足。在生產(chǎn)中有時某設備出現(xiàn)臨時故障， 為不影響正常生產(chǎn)， 也可以在畫面上強制， 直到設備修好， 再把強制解除即可。

5、結(jié)論

實踐證明， 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)絡結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了板坯連鑄機基礎自動化與過程自動化控制， 能共同完成對連鑄系統(tǒng)的監(jiān)視控制任務。實踐證明：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)濟效益。