连铸自动化

攀钢1#板坯连铸机的自动化系统改造实践

2009-4-29 9:13:00 来源：中国自动化网浏览：50 网友评论条点击查看

一、引言

攀钢1#板坯连铸机于1993年10月18日一次热负荷试车成功。1996年实现高效化改造，2003年年产板坯210万吨，大大超过原设计100万吨的能力。原自动化控制系统采用贝利-N90集散控制系统，原过程计算机系统采用的是TJ2236小型计算机，控制系统的设备已淘汰，有的元件也日趋老化，系统故障增多，控制系统备件已无法准备。因此，对现有的基础自动化控制系统和过程计算机控制系统进行了改造。

二、自动化控制系统的构建

攀钢1#板坯连铸机自动化系统改造拟采用两级控制系统，即由基础自动化系统（L1）及过程控制计算机系统（L2）组成。基础自动化网络系统采用光纤环形以太网，过程计算系统的网络采用星型连接，两条以太网独立配置，以解决网络数据的畅通。自动化系统配置如图1所示。

1. 基础自动化系统构成

基础自动化（L1）级配置11套西门子S7-400PLC系统，其中新增7套PLC（包括1套平台控制的公共PLC,2套流道控制的流PLC，2套冷却控制的冷却PLC，1套出坯控制的出坯PLC），且大量采用分布式远程I/O站，各分布式I/O站与控制器间以现场总线连接;利旧4套（包括2套

拉矫机控制PLC和2套框架控制PLC）。HMI系统配置两台服务器，互为热备方式。设置5个操作员站、1个工程师站。

⑴公共PLC系统的配置

公共PLC配备了主站、2路PROFIBUS-DP网络以及4个远程I/O站。其中，一路DP网络连接浇铸平台大包操作的1个远程I/O站，另一路DP网络连接电气室和公共水系统的3个远程I/O 站。

⑵流PLC系统的配置

流PLC配备了主站、2路PROFIBUS-DP网络以、11个远程I/O站以及PROFIBUS-DP网络中继器2台。其中，一路DP网络连接浇铸平台上的1个远程I/O站，另一路DP网络连接切割PLC 室、电气室、切割室、现场液压阀台、现场操作箱的10个远程I/O站。由于第2路PROFIBUS-DP 网络线路较长，在线路中配置了PROFIBUS-DP网络中继器，对信号进行放大。

⑶冷却PLC系统的配置

冷却PLC配备了主站、2路PROFIBUS-DP网络以及5个远程I/O站。其中，一路DP网络连接结晶器水的1个远程I/O站，另一路DP网络连接二冷水、二冷气控制的4个远程I/O站。

⑷出坯PLC系统的配置

出坯PLC配备了主站、1路PROFIBUS-DP网络以及6个远程I/O站。其中，电气室3个远程I/O站、切割室2个远程I/O站、出坯室1个远程I/O站。

⑸网络系统的配置

L1网络是自动化系统的关键环节，采用了光纤环形以太网。网络系统连接11套PLC系统、2台L1监控服务器、2台L2服务器、5个L1操作员站以及1个L1工程师站。

⑹操作监控系统的配置

操作监控系统配置2台L1监控服务器以及5个L1操作员站，两台服务器，互为热备方式。

2. 过程计算机系统L2的构成

过程控制计算机系统在结构上采用三层应用结构，第一层为前端客户表现层，即系统的HMI，主要完成L2系统与用户的人机界面交互，第二层为中间应用服务层，主要完成应用系统的业务逻辑处理;第三层为后台数据库层，完成生产数据的历史存储。L2级系统在L1级系统的支撑下，对连铸生产过程进行优化控制、管理。

⑴L2服务器系统

L2服务器系统包括1台数据库服务器和1台用服务器。由1台PC服务器担当数据库服务器，由1台PC服务器担当应用服务器。在服务器中配置Windows 2003 Server操作系统和Oracle 数据库管理系统。服务器位于计算机机房。服务器通过高速以太网与各PC客户机相连接，实现数据共享，提高了系统的灵活性和可靠性。网络拓扑结构为星型，采用100Mbps快速以太交换网技术构建系统网络，通讯协议采用TCP/IP。

⑵技术工作站

配置技术工作站TWS（Technology Work Station）1台。位于计算机室，与二级应用服务器交换数据，主要用于模型开发及模型仿真程序，可选择配置较好的专用工作站。

⑶工艺师工作站

配置工艺师工作站PWS（Production Work Station）1台。位于冶金工程师室。主要由冶金工程师使用，以便管理过程计算机上使用的大量的工艺参数和模型数据，监视整个工艺过程和质量状况。

⑷操作员站

配置操作员站OWS（Operator Work Station）5台。主要为操作员提供与二级系统的交互，如输入操作数据，监视系统运行等。分别位于主控室2台、切割室1台、出坯室1台及连铸调度室1台（供调度员输入生产计划、监视系统运行）。

⑸开发及维护工作站

配置开发及维护工作站DWS（Development and Maintenance Station）2台。供L2的维护及开发人员使用，可按照网络和系统的不同权限具有不同的功能。开发PC工作站由于工作环境较好，可选择配置较好的商用计算机。

图1：自动化系统配置图

三、自动化系统功能

自动化系统的功能包括设备控制功能和优化管理及模型控制功能两个部分。铸机总览如图2所示。

图2：铸机总览图

1. 设备控制功能

1#板坯连铸机自动化系统控制范围从大包回转台到等待辊道的线上所有设备，主要有以下设备控制功能：

· 大包旋转、升降控制。

· 中包车走行、升降状态监控。

· 结晶器抽烟、二冷段排气控制。

· 结晶器振动控制。

· 结晶器冷却水控制。

· 二冷水冷却控制。

· 二冷气雾冷却控制。

· 机器开闭路水控制。

· 拉矫机驱动电机及抱闸控制。

· 拉矫机驱动驱动辊提升、压下控制。

· 引锭杆跟踪控制。

· 铸坯跟踪控制。

· 扇形段框架控制。

· 驱动辊压力调节控制。

· 引锭杆存取控制。

· 引锭杆对中控制。

· 切前辊道控制。

· 切头小车控制。

· 切后辊道控制。

· 去毛刺辊道控制。

· 喷印辊道控制。

· 板坯称量机升降控制。

· 称重辊道控制。

· 等待辊道控制。

· 大包液压站控制。

· 本体液压站控制。

· 精整液压站控制。

· 滑动水口液压站控制。

2. 优化管理及模型控制功能

在连铸生产中，过程控制计算机系统的主要功能是过程管理与控制优化。对攀钢1#板坯连铸过程控制计算机系统的改造中，采用了比较先进的控制技术和控制手段，为连铸生产提供先进的过程管理和控制工具,主要有以下的管理和优化功能：

· 数据通讯

系统需建立起与1#板坯连铸L1级基础自动化系统及炼钢L3级生产控制系统的通讯，同时应建立与炼钢化检中心系统及其他系统的互联接口，可以很方便地实现系统间的集成，以支撑整体产销系统及炼钢L3级生产控制系统。

· 生产标准管理

接受L3系统下达的连铸相关的生产标准，进行相应的存储、处理和显示，在此基础上进行连铸的计算机控制，指导生产作业。

· 生产计划管理

正常情况下，计划从L3系统接收，然后下达L1以指导生产，在L2中可调整计划顺序及吊销材料，也可在L2中后备输入计划。