基于现场总线的连铸机控制系统.docx

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1、基于现场总线的连铸机控制系统caojing导语：近年来，钢铁行业竞争日渐剧烈，而企业只有不断进展技术改造，进步产品质量，降低消费本钱，才能获得进一步的开展。近年来，钢铁行业竞争日渐剧烈，而企业只有不断进展技术改造，进步产品质量，降低消费本钱，才能获得进一步的开展。宣钢为适应市场需要，新建了两台机型一致的六机六流连铸机，并在随后的晋级改造中，进展了连铸机的增流改造，目前单机年消费才能已超百万吨。本文主要介绍了两台连铸机改造后的自动化系统的网络构造，总线布局及主要功能。一、概述宣钢炼钢厂4#、5#连铸机是宣钢的重点工程工程，其自动化控制程度已到达国内先进程度，系统采用目前流行的三电一体化设计，大量

2、使用现场总线技术，自动化系统软硬件以RockwellAutomation的产品为主，构成三级网络构造，实现连铸机的消费的自动控制和消费调度指挥、产品质量控制。系统网络构造如图1：图1控制系统网络构造图从上图可以看出，连铸机的自动化系统考虑了实际应用的需要，充分利用软硬件的资源特点，构建三层网络构造，即信息层，控制层，设备层。1信息层信息层要为连铸机本体的操纵、维护及厂级计算机系统提供网络接口，访问车间级的消费及治理数据，为全厂范围内控制系统的数据聚集、监视提供效劳，并承受消费调度指令，协调全厂消费。这一层的特点是数据量较大，但对实时性无过高要求，同时为便于不同厂商的PLC及计算机系统的互联，进

3、展必要的控制和协调，因此采用符合公共标准的TCP/IP协议的100Mbps速率以太网。考虑到工业控制对可靠性的要求和工业现场的恶劣环境，以太网采用冗余光线环网构成，两台工业级以太网交换机具备冗余治理功能。连铸机的一台效劳器、四台操纵站通过以太网卡接入网络，PLC系统每个安装有CPU模块的框架通过以太网接口模块接入。2控制层控制层负责在公用PLC系统、各铸流PLC系统及远程FlexI/O之间进展控制数据的传递、交换，协调控制，并且提供网络编程、程序维护、设备组态、故障排除等功能。这一层的网络不仅要求稳定可靠的连接，而且要确保信息传递的实时性。ControlNet采用总线拓扑构造，通讯速率5Mbp

4、s，其特色在于ControlNet是确定性的，这也就意味着网络上的I/O设备和控制器都是在预定的时刻进展通讯的。ControlNet中的每一个部件都已经在组态时提早确定好了通讯时刻和时长，因此它非常稳定和可靠，十分适用于对时间要求较高的工业应用。同时为确保通讯不会出现中断，在这一层我们使用了冗余的通讯介质来进一步进步可靠性。3设备层设备层主要用于将主线传动设备，即变频器、软启动器直接连接到所属的PLC系统中，不再通过传统的数字、模拟量连接来实现控制，这样做不仅方便而快速，还可以收集现场设备的数据，对其进展配置、监视和实时控制。这一层采用RemoteIO网。三层网络构造使得可以根据连铸机系统的详

5、细应用要求选择适宜的通讯方式，这种网络架构不仅提供了EtherNet/IP、ControlNet、RemoteIO网络连接，还包含了面向自动控制而优化的高级软件接口，以保证高效的数据传输。二、系统组成及功能1硬件配置每台连铸机自动化系统硬件主要由9套RockwellAutomation公司的ControlLogix系列PLC、4台操纵站、1台效劳器以及远程FlexI/O站组成，传动系统中主消费线设备全部由矢量变频器驱动，水泵使用软启动器，辅助传动设备由MCC控制。仪表系统主要由钢水快速及连续测温系统、大包、中包称重系统、结晶器液面监测及调节系统、结晶器水、二冷水流量检测及调节系统组成。连铸机公

6、共系统采用一套带扩展机架的PLC系统，用于连铸机本体台上及出坯局部共用设备的检测控制，PLC系统每铸流一套，用于本铸流系统的监测、控制。操纵站布置在主控室、切割操纵室用于对连铸机设备进展监视、操纵、处理报警信息以及必要的人为干预。效劳器用于采集消费数据，并进展处理、保存、传输。2系统功能连铸机自动化系统采用三电一体化设计，所有电控、仪控信号均接入PLC，安装在现场的热电阻、变送器、流量计及其它检测仪表收集仪表数据，开关、限位等设备采集工艺消费经过数据和设备运行状态，所有数据汇入PLC系统，再结合来自上位操纵站的指令，按预先设定程序实现经过回路调节，电气设备顺序控制和传动设备控制。1仪表系统仪表

7、检测主要包括大、中包钢水温度快速及连续测量，大、中包钢水重量测量，结晶器水压力、流量、进出口温差测量，二次冷却水压力、各段流量测量、调节。为了降低操纵工人的劳动强度，进步钢坯质量，连铸机还收集结晶器钢水液位，通过电动缸调节中包塞棒开度，使钢水液位保持稳定。二次冷却水配水系统具有手动和自动控制功能，内容包括水量分配、水表设定、跟踪调节、配水修正量调节、水流量、压力、温度及阀位的显示。PLC实现现场数据收集、跟踪调节，操纵站完成水表的设定、水流量的显示和数据记录、数据打印和统计功能。手动、自动控制:每流分四段配水，即足辊段、一段、二段、三段，每段设手动/自动转换功能。手动方式时，工作人员通过操纵站

8、画面上直接设定调节阀阀门开度来改变水量大小；自动方式下，系统将按预先选好的水表根据拉速的快慢自动调节水量，在浇铸经过中，可根据钢坯温度随时修正给水量。水表的选择与修改:在操纵站中预定数十套配水参数可供使用，参数的内容包括：编号、钢种、断面及各段的配水比，操纵人员可随时修改参数来改变配水。2电器系统电器设备的检测和控制主要包括：大包回转台的旋转、包臂升降、大包水口开闭，中间包车行走、对中、升降，结晶器振动、振频调节，拉矫机传动，拉矫辊压下，引锭杆上行、回收跟踪、脱坯、存放，铸坯定尺切割，以及切割前后辊道，输送辊道，翻钢机，铸坯别离机，步进冷床的控制。液压系统、油气光滑系统，干油光滑系统的检测、控

9、制也由PLC完成。所有主消费线传动设备全部采用了变频器驱动，连铸机从钢包回转台直至横向移钢车等机械设备的传动中共使用了一百多台变频器，功率范围从0.75KW到45KW。所有变频器通过其内置的通讯接口联接RemoteI/O通讯适配器，直接挂在由九个RIO接口模块组建的九个RemoteI/O网络上，构成了基于RemoteI/O网络的传动系统。综合考虑RemoteI/O网络的连接间隔和系统对实时性的要求，采用115.2Kbps的通讯速率。RemoteI/O网工作在扫描器方式下，PLC处理器通过RIO接口模块和远程I/O适配器建立串行通讯链。变频器的通讯接口为RemoteI/O网中的网络设备提供直接、

10、数字的通讯链路，系统通过组态PLC的I/O标签，利用通讯接口建立输入、输出数据链。对PLC而言，每台变频器被看作是一个安装有I/O模块的远程框架，只需要对这些模块进展读写，就可以向与其相连的变频器发送命令，控制设备的运行；又可从变频器读取各项数据，监视设备的运行状态，并将数据实时传送到PLC中。通过画面就可以在主控室的操纵站显示器上，为操纵人员提供了实时、具体的信息，并可以直接操纵设备，甚至在变频器发出报警，出现故障时，可以及时复位变频器来防止因处理不及时而导致事故发生。连铸机的电气系统实现了传动设备的远程网络实时控制，使PLC对变频器的驱动实现了网络化数字式控制，以一条通讯电缆取代了大量的硬

11、接线，与传统的模拟量、开关量控制方法相比，不仅大大进步了系统的实时性、准确性和可靠性，而且安装、调试、维护的本钱也相应得到降低。3操纵站HMI画面软件根据工艺要求，设有主画面、铸流概貌、出坯区概貌、拉矫机及引锭杆、结晶器液面、结晶器振动、大包/中包称重、液压系统、驱动装置运行状态，PLC状态等近20幅画面。操纵人员通过对HMI的监控，可以实时观察到设备的运行状况，根据权限修改工艺参数，并及时处理报警事件，必要时可以人工干预设备运行。4指挥调度系统炼钢是一个复杂的消费流程，连铸坯的质量受到浇铸条件、经过状态的直接影响，即使采用了先进的工艺、设备和技术，但由于连铸消费工艺特点影响，炉次交接、设备故

12、障及操纵不稳定等都会不可防止地使消费经过出现波动、产生异常，进而使铸坯质量受到不同程度的损害，对后道轧钢工序和最终产品质量的影响不容无视，给企业造成经济和产品信誉的损失。连铸机需要及时理解上道工序情况，转炉、精炼系统也必须把握连铸机的浇铸情况，为了便于直观、迅速理解消费全经过状况，连铸机的自动化系统提供网络借口，与转炉、精炼、吹氩站等系统共同接入厂级治理网络，为消费调度统一协调指挥提供数据。三、应用效果宣钢炼钢厂连铸机自动化控制系统综合集成了PLC控制技术、画面监控技术、网络通讯技术以及变频调速技术，三电一体化的设计适应了自动化的开展趋势，实现了连铸机根底消费工艺经过的自动化控制，完成了连铸消费现场设备的自动联锁控制，介质参数的检测调节，数据的通讯处理、故障报警诊断以及消费状况的在线监控等功能。经过三年多的运行验证，系统控制功能先进、稳定可靠，有效地进步了劳动消费率，减轻了工作人员的劳动强度，对顺利投产、达产，增加消费效益以及维护平安消费都起到了积极的作用。0