PLC及其网络在小方坯连铸机自动控制系统中的应用

作者：宗宇剑 韩立树

欢迎访问e展厅 展厅 1 炼钢炉/冶金机械展厅 连铸机, 轧钢机, 熔炼炉, 水冷套, 电炉铁芯, ... 摘要：本文归纳和总结了GE PLC及其工业以太网、Genius Field Control 现场总线和多媒体技术在杭钢1＃方坯连铸机自动控制系统中具体地使用和经验。 关键词：PLC 网络；连铸；现场总线；多媒体 概述 PLC及其网络以其接口简单、组态方便、编程容易、实时性强而广泛应用于自动化控制系统中。在杭钢转炉炼钢厂四机四流的1＃小方坯连铸机改造项目中，其自动化控制系统中主要控制装置采用了美国GE FANUC公司的GE90-30PLC及其通讯网络系统：工业以太网、GENIUS现场总线等，它们与上位机构成了一个集中管理、分散控制的全流程生产的连铸计算机自动控制系统。 1 系统构成 1.1 系统构成 系统框图见图1。网络结构为工业局域网中最常用的总线型结构。两台研化工控机作为上位机，配有21″彩色显示器，多媒体音响，宽行打印机。一台计算机作为操作站放在主操作室，供操作人员监视系统运行状态，在线进行各种生产数据设定、数学模型修改等用；另一台作为工程师站放在主电室，主要供“三电”维护人员对整个自动控制网络系统的维护和系统控制功能的修改。它们与各流PLC之间，通过GE工业以太网实现信息交换。该网络支持标准的TCP/IP以太网协议，传输速率为10MBPS。 设备控制级按照工艺控制功能要求和分散控制的设计思想，配置如下：公用设施部分（如大包、液压站、冷床等）采用一台GE 90-30 PLC控制；分流设施部分（从结晶器至出坯辊道全线）各采用一台GE 90-30 PLC控制，四流共四台，以保证当任一流设备故障时，不会影响其他三流的正常工作；应用户要求，增设供仪控专用的一台GE 90-30 PLC集中控制，取消模拟盘和二次仪表柜。我们选用的GE 90-30 PLC，采用386CPU，具有很强的运算功能，如内装PIＤ，结构化编程，中断控制，间接寻址及各种功能模块，能完成复杂的操作。PLC之间也通过工业以太网进行彼此之间的信息交换。 每台PLC则采用现场分布式I/O结构，即Genius Field Control现场I/O，GENIUS总线网是GE FANUC最具有特色的PLC网络通信方式。它是一种点对点的“令牌总线”系统，传输速率为153.6KBPS。网络长度可达2.3KM。每个网段最多可挂31个I/O站。配制灵活，功能强大。利用GENIUS总线将PLC所要采集和控制的点分散到现场操作台、箱中。在现场操作台、箱内设置I/O站，这样由操作台、箱通过端子外引的控制电缆可大大减少（最少时，只有I/O站电源电缆和通讯电缆），不仅简化了外部管线，节省投资，方便维护，也进一步提高了系统的可靠性。 1.2 系统软件 PLC控制级编程软件LOGICMASTER90-30编程软件包，具有很强的编程和组态的能力，操作界面清晰直观且提供了帮助键，易于掌握。即能对PLC主机架组态也能对GENIUS I/O站进行组态，无需为GENIUS I/O购买附加软件。该编程软件包采用了结构化的程序结构，可允许8层嵌套，256个程序块。指令功能丰富，除常规的编程指令外，还提供了COMM-REQ通讯指令，供用户编制通过以太网传送的PLC之间的通讯程序。上位机监控软件选用了目前工业自动化领域中较为常用的美国ｗａndｗａre公司生产的Intouｃｈ监控软件，这是一种基于PC机的监控组态软件，用户可以利用它提供的各种便利功能，在操作站上对整个连铸生产工业过程的运行参数和状态进行集中监控，包括参数的设置、报警，报表的打印等过程。 2 系统主要功能 根据连铸工艺控制要求，计算机控制系统主要包括以下功能： （1） 生产过程的数据采集（如钢水温度、重量，冷却水压力、流量，主要传动装置的速度等）；（2）在线实时控制（主要控制内容如：大包、二冷水、拉矫机、引锭杆、火焰切割、传输轨道、移钢、推钢等）；（3）生产管理（包括实时生产报表打印、故障记录、多媒体语音提示等）。要求系统具有快速性、实时性、可靠性、灵活性和网络化功能。具体要求如下： 2.1控制内容 2.1.1分流部分 钢水液面及电磁搅拌控制。 二冷水（足辊、一段、二段、三段）流量控制， 定尺切割和火焰切割自动控制， 拉矫机速度和结晶器振动控制， 引锭杆、传送辊道控制； 2.1.2公用部分 公用数据采集，如大包温度、钢水重量的数据采集 大包转台和中间包小车控制， 冷床控制； 液压站控制。 2.2 生产过程管理 2.2.1 参数设定和修改 将工艺人员提供的不同钢种和截面工艺参数值制成表格存放在计算机中，操作人员可根据生产要求：选出当前浇铸所需的钢种和截面等参数，实时显示钢水液面、铸坯表面温度、拉速、结晶器振动频率、定尺长度、二冷水PIＤ调节参数等，并可在线修正各种设定参数。 2.2.2 操作监视 操作站上的监控画面由主画面和30多幅子画面组成，全面直观反映了1＃连铸机的全流程生产线。 画面之间的切换用鼠标简单的击点工艺画面键或功能指示键即可。系统操作十分简便。 画面主要功能有：反映设备状态的生产准备画面，如送引锭、浇铸准备，并具有一定的操作指导作用；反映实时控制的生产流程图，如工艺总貌图、大包系统画面、拉矫机和结晶器系统画面、活焰切割系统画面、出坯系统画面、推钢和移钢系统画面、液压站画面、二冷水控制画面，并具有动画显示和在线帮助功能，如大包转动、正在浇铸的铸坯的移动位置、火焰切割过程、推钢、移钢动作等，动画实时地反映整条生产流程的工作状态；反映网络系统配置的示意图，监视操作站和PLC的工作状态，并监视操作站与PLC、PLC与PLC之间的通讯网状态，GENIUS总线的工作状态和各I/O站的工作状态。为网络系统的维护提供更直观的帮助。 2.2.3 实时趋势和历史趋势： 对主要的过程参数编制实时趋势和历史趋势曲线，存储时间按若干小时设定，便于对故障进行分析或优化工艺参数的设定计算； 2.2.4 系统报警功能 在连铸浇铸过程中，各类工艺参数或设备发生异常时，除了它们所在的画面会自动显示出来，故障总表中会记录鼓掌发生的时间、来源和恢复的时间，此外，还伴有多媒体语音提示操作人员。便于及时找出故障原因并予以排除，提高了现场处理故障的能力。 2.2.5 报表打印 按工艺要求，实时或定时打印生产报表。如班作业报表、月作业报表和故障信息等。 2.2.6 多媒体语音功能 操作站具有多媒体功能，主要生产参数发生异常、主要设备起动或发生故障时，操作站上的语音系统会自动提示现场人员注意安全或及时处理问题。 3 结束语 杭钢转炉分厂1＃连铸机计算机自动控制系统充分运用工业网络、现场总线技术和多媒体技术，将PLC与操作站、PLC与PLC、PLC与分布式I/O站有机地连接起来，实现快速、准确的控制。尤其是FIELD CONTROL GENIUS总线的应用不仅优化了整个控制系统，而且节省了大量的物力和财力；更重要的是为“三电”调试人员提前进入现场进行调试，提供了必要的条件，赢得了宝贵的调试时间。实现了“三电”调试和机械设备安装同时进行、同时完成的目标。满足了用户“机械设备安装完成，即生产”的苛刻要求。自2000年6月2日提前投产以来，系统运行稳定可靠。至6月30日，就已累计生产合格连铸坯2426。6吨，实现了一次投产，一次成功的目标。 作者简介：宗宇剑，1962年出生于宜兴市，大学本科，副科长、经济师。韩立树，36岁，高级工程师，主要从事工业自动化控制系统的设计和开发工作。电话：0555-2323221-8295，8353 （310022 浙江省杭州市半山杭州钢铁集团公司工程管理处）宗宇剑 (243005 皖马鞍山市湖南路25号钢铁设计研究院自动化所) 韩立树(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/18/2005)