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1 引言
鞍鋼第一煉鋼廠（以下簡稱為第一煉鋼廠）現(xiàn)有3座轉(zhuǎn)爐，設(shè)計年生產(chǎn)能力250萬噸，為了進一步增強在市場上的競爭能力，調(diào)整自身的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，在原有的厚板坯連鑄機及1#方坯連鑄機的基礎(chǔ)上，于2001年投產(chǎn)了2#方坯連鑄機，設(shè)計年生產(chǎn)能力80萬噸，生產(chǎn)重軌和大型材用坯等。
2#方坯連鑄機基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)采用美國羅克韋爾自動化公司產(chǎn)品， PLC采用ControlLogix系列產(chǎn)品，由于控制對象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和運行的長期連續(xù)性，使PLC在設(shè)計上有自己明顯的特點：可靠性高、適應(yīng)性廣、具有通信功能、編程方便、結(jié)構(gòu)模塊化。
2 2＃方坯連鑄機主要工藝技術(shù)性能參數(shù)
機型：弧形，多點矯直；
流數(shù)：4流；
鑄坯長度：5000 mm~8000mm；
鑄坯斷面：280×380 mm2，320×410mm2；
年產(chǎn)量：80萬噸；
生產(chǎn)鋼種：重軌，結(jié)構(gòu)鋼；
平均澆鑄時間：32分；
平均準(zhǔn)備時間：60分；
平均連澆爐數(shù)：5；
鑄機作業(yè)率：80%。
3 控制系統(tǒng)特點
(1) 連鑄基礎(chǔ)自動化完成整個系統(tǒng)的電氣、儀表及狀態(tài)監(jiān)控，在線操作等功能，該系統(tǒng)主要由PLC和MMI（人機界面）完成，實現(xiàn)對連鑄生產(chǎn)設(shè)備運轉(zhuǎn)、監(jiān)視和控制，實現(xiàn)對生產(chǎn)的分散控制，集中操作管理。
設(shè)備操作方式一般為機旁、中央手動和自動三種方式選擇。機旁方式是機旁操作單體設(shè)備，用于單體設(shè)備的調(diào)試和維護；中央手動方式是用操作室內(nèi)操作臺上的按鈕開關(guān)或利用MMI畫面定義的按鈕開關(guān)進行設(shè)備的操作；自動方式是根據(jù)工藝要求，由PLC程序進行設(shè)備的操作。
圖1 切割機下輥道自動運轉(zhuǎn)程序框圖
(2) 電氣傳動系統(tǒng)采用羅克韋爾自動化公司變頻器產(chǎn)品中的1336系列產(chǎn)品，全部與PLC通過網(wǎng)絡(luò)進行諸如速度給定、速度反饋、運行狀態(tài)等的控制數(shù)據(jù)通訊，并按照PLC程序設(shè)定控制系統(tǒng)傳動。2#方坯共用29臺變頻器。
電氣系統(tǒng)與儀表系統(tǒng)的PLC各自獨立，以方便編程和將來的設(shè)備維護，檢修。整個電氣，儀表系統(tǒng)統(tǒng)計I/O容量如表1所示。
(3) PLC系統(tǒng)的技術(shù)特點
? I/O模板具備必要的自診斷功能；
? 為了便于系統(tǒng)維護，使用戶能夠在維持系統(tǒng)運行的同時更換故障模塊，要求PLC控制系統(tǒng)的任何模塊均可帶電熱插拔（RIUP）；
? PLC具備較高的CPU處理速度，每布爾指令掃描時間快，有較高的程序內(nèi)存空間；
? 系統(tǒng)支持多處理器，多任務(wù)編程結(jié)構(gòu)，便于將電氣系統(tǒng)與儀表系統(tǒng)各自獨立編程、維護、檢修；
? 通訊網(wǎng)絡(luò)采用具備高速性、實時性和可重復(fù)性的網(wǎng)絡(luò)類型，主干網(wǎng)冗余。
注：DI：24VDC開關(guān)量輸入；DO1：24VDC，0.5A開關(guān)量輸出；DO2：220VAC開關(guān)量輸出；AI：4-20mA模擬量輸入；AO：4-20mA模擬量輸出；PI：脈沖輸入。
(4) 操作監(jiān)控管理系統(tǒng)
2#方坯操作系統(tǒng)可靠、開放，所帶的支持軟件為正版可靠軟件，監(jiān)控軟件可以在漢字平臺下開發(fā)和運行。編程軟件為RSLogix5550，畫面監(jiān)控軟件為RSView32，RSLinx作為與PLC進行通訊的驅(qū)動軟件，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件RSNetworx。RSView軟件具有工程師組態(tài)功能和在僅供操作員使用的在線運行功能，工位數(shù)能力大于等于70000點，具有報警畫面和報警聲響功能，實時趨勢紀錄，最小采樣周期不大于10秒，歷史數(shù)據(jù)紀錄，最長保持時間不低于10天。
4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)特點
第一煉鋼廠2#大方坯系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)主干線ControlNet，作為PLC和操作員工作站的高速數(shù)據(jù)通道，抗干擾能力強，冗余網(wǎng)結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)完全兼容，其基礎(chǔ)自動化配置如圖2所示。
控制設(shè)備和變頻器通過DeviceNet實現(xiàn)與PLC的數(shù)據(jù)交換，F(xiàn)lex I/O分布于各現(xiàn)場，完成信號的采集和控制。
(1) ControlNet通訊網(wǎng)
ControlNet網(wǎng)是一個開放的高速確定性網(wǎng)絡(luò)，它用于傳輸對時間有苛刻要求的信息，通信速率可達5Mbps，提供實時的控制和對等的通訊服務(wù)。
ControlNet融合了現(xiàn)有的遠程I/O和DH+網(wǎng)的性能，對于離散和連續(xù)過程控制應(yīng)用均具有確定性和可重復(fù)性功能，用戶可自行設(shè)定網(wǎng)絡(luò)交換時間達毫秒級，從而大大改善了網(wǎng)絡(luò)控制的實時性和快速性。采用生產(chǎn)者/客戶方式，將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)針對不同站點需多次發(fā)送改為一次發(fā)送多點共享，減少了網(wǎng)絡(luò)發(fā)送次數(shù)，從而使網(wǎng)絡(luò)實時、高效。
ControlNet網(wǎng)絡(luò)的配置特點是無論CPU框架還是遠程擴展框架均由通訊模塊（CNB）掛在ControlNet網(wǎng)絡(luò)上，然后由軟件進行管理模塊的歸屬，從而使網(wǎng)絡(luò)的擴展和走線十分靈活，確保了煉鋼廠連鑄系統(tǒng)的可靠運行。
(2) DeviceNet網(wǎng)絡(luò)
DeviceNet是羅克韋爾自動化公司開發(fā)的基于CANBUS技術(shù)的一種現(xiàn)場總線，用于實現(xiàn)低成本、高性能的設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)互連。
DeviceNet用于現(xiàn)場設(shè)備與PLC之間的通訊網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率為125 Kbps~500Kbps，傳輸最大距離500m，最多節(jié)點數(shù)為63個，允許在線組態(tài)和帶電插拔。
DeviceNet支持主從、多主和對等通信，用戶的PLC應(yīng)用程序和PC數(shù)據(jù)可以通過DeviceNet實現(xiàn)設(shè)備的有效控制。DeviceNet使用RSNetworx軟件進行網(wǎng)絡(luò)管理和組態(tài)，可以任選幾種專門定義的組態(tài)，打印數(shù)據(jù)表格、參數(shù)對象程序和電子表格等。DeviceNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，實時性強，通訊模式先進，支持多種通訊協(xié)議，可根據(jù)應(yīng)用需求動態(tài)或靜態(tài)分配標(biāo)識符，在線增減節(jié)點，即插即用，是一種理想的設(shè)備層現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。
圖2 基礎(chǔ)自動化配置圖
5 結(jié)語
(1) 煉鋼工藝自動化控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集量大，系統(tǒng)集成度高，組網(wǎng)靈活，管理能力強，可實時監(jiān)控，電氣、儀表專業(yè)界線明確，易于車間的設(shè)備管理與維護。
(2) ControlLogix 系統(tǒng)與傳統(tǒng)PLC不同，其背板設(shè)計中有通信能力，大大提高了PLC的通信性能，多任務(wù)控制模式使回路調(diào)節(jié)的實時性更強，I/O通訊速度更快。
(3) ControlLogix 較Logix 5（1#方坯使用）設(shè)備外型美觀、短小，便于運輸和現(xiàn)場維護，帶熱插拔，價格相當(dāng)便宜。
(4) 網(wǎng)絡(luò)分布式控制較點對點監(jiān)控節(jié)省了大量的硬接線和工程投資。
(5) 2#方坯連鑄于2001年10月28日熱負荷試車，運行一個月便全部達產(chǎn)，自動化控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號