ProfibusDP网及工业以太网在合金钢连铸机中的应用.doc

ProfibusDP网及工业以太网在合金钢连铸机中的应用宋水根 于会敏（江西新余新钢特钢公司炼钢厂 江西 新余 338013） （辽宁科技学院 辽宁 本溪 117022） 摘要: 本文介绍了ProfibusDP网及工业以太网在新钢特钢公司合金钢连铸机自动控制系统中的应用及其主要功能和控制特点。关键词: 自动控制 PLC 以太网 Profibus The application of industrys Ethernet and ProfibusDP on the casting machine in succession of alloy steel Song Hui-gen YU Hui-min (Xinyu Special steel limited company Xinyu, Jiangxi, 336500, China) ( , Benxi 117022, China ) Abstract: This text has introduced ProfibusDP network and application in the new automatic control system of the casting machine in succession of alloy steel of special steel company of steel of industrys and main function With controlling the characteristic.Key words: Automatic Control System PLC Profibus参考文献：1 SIMATIC WinCC系统描述，西门子有限公司自动化部，1998年2 SIMATIC STEP 7，西门子电气传动有限公司，1998年3 丁修堃，轧制过程自动化，冶金工业出版社，1986年作者简介：宋水根（1976-3-29），男 ，江西永丰人，新余新钢特钢公司炼钢厂，助理工程师。一、 前言废钢电炉冶炼钢包炉精炼模铸特钢公司原有二座40tEBT电炉，一座40tLFV精炼炉，工艺流程为：年产钢能力设计25万吨，但由于模铸场地有限，无法满足生产的需要，加上模铸成本又高，因此，只能开一座电炉，一座精炼炉，原年产钢只有13万吨。为彻底改变这种被动局面，充分发挥二座40tEBT电炉的产钢能力，决定在特钢公司新上一台三机三流的合金钢连铸机。工艺流程变为：废钢电炉冶炼钢包炉精炼连铸从而使得设备能够得到合理配置。 特钢炼钢厂高效方坯连铸机采用全弧渐近矫直机型，连铸半径为9m，铸坯断面为3种，定尺长度为2.9m，单炉浇注钢水量为50t，浇注时间为50min/炉，年产合格钢坯量36万吨，钢水收得率97%。 连铸机控制系统由基础自动化级和过程控制级组成，其中基础自动化级配备1套公用PLC与3套铸流PLC，分别对连铸机实施顺序和逻辑控制。控制系统采用了西门子S7-300系列PLC，下挂Profibus-DP网，真正实现了“集中管理，分散控制”的目的。同时，全数字化通信模式的抗干扰能力强、测量控制精确度高，借助数字双向传输的特点和先进的设备管理软件，可实现参数远程设定，采集丰富的仪表信息，有利设备故障诊断，改善管理状况。过程控制级由二级计算机构成，通过工业以太网与基础级的PLC相连，并依靠控制模型和数据库对一级控制系统实施指导、管理和跟踪。人机界面可显示运行图、棒图、趋势图、报警、设定等画面和报表，并进行系统的安全联锁和数据管理。二、系统组成 基础级采用4套S7-300 PLC作为连铸机的控制器，其CPU类型是315-2DP，采用CP343模块进行以太网通信，其中扩展单元采用ET-200M作为子站，控制编程软件采用SIEMENS STEP 7。控制级采用研华工控机作为监控站，与PLC通过快速工业以太网(基于TCP/IP协议)连接，系统控制软件采用西门子公司基于Windows NT的WinCC软件编制，界面友好，方便实用。1、硬件构成 系统构成如附图所示。Industrial EthernetPLC1Profibus-DPPLC2PLC3PLC4工程师站监控站传动系统传动系统ET200二冷水浇注站拉矫站火切站ET200公用系统控制站ET200 图1. 金钢连铸机系统结构图图中PC1为上位机监控站,用于现场监控及参数设定；PC2为工程师站，用于现场监控及参数设定，并同时承担该控制系统的组态和编程功能；它们与PLC之间采用以太网通讯。PLC1、PLC2、PLC3、PLC4分别为一至三流PLC系统和公用系统控制站PLC，每流PLC系统各有四个ET200为电控系统的远程站，分别为二冷水控制站、结晶器浇注站、拉矫站、火切站；公用系统控制站PLC有三个ET200远程控制站分别为I/O1站、I/O2站、液压控制站。各远程控制站根据现场情况设于操作现场，与PLC的CPU通过Profibus-DP网连接。传动系统与PLC之间采用普通线连接，进行速度反馈和速速度设定。2、软件配置 操作站软件为WinCC (5.0SP2版)软件，网络平台为Windows 2000，WinCC自带数据库，并提供监控画面和PLC组态工具。S7组态软件为STEP7(5.1SP1)。三、连铸机主要的控制系统1、钢水温度测量系统 经精炼处理后的合格钢水到达钢水接收跨，由起重机将钢包吊运到钢包回转台受包侧，回转180过跨至浇注侧定位。然后由人工使用一次性快速S型热电偶测出钢水温度，并将温度信号同时传至PLC和大屏幕显示器。 计算机根据钢水温度和所要浇注的钢种，通过HMI从二级系统历史数据库中调出相应钢种的浇注参数，并可根据需要进行参数调整。2、钢水称量系统 大包和中间包称重装置采用国产传感器，其称重梁式传感器CZL具有安装、维护方便的优点，同时其内置的温度检测元件还可给系统提供称重传感器的实时工作温度。大包每侧回转臂和中间包均配置了4个传感器，测量信号经控制器处理，称重控制器具有去皮、参数设定、校验等功能。信号经控制器处理后分为两路，一路以BCD码的形式将重量信号传输给大屏幕进行显示。另一路以4-20mA信号传给公用系统PLC，然后经计算机处理计算该包钢水所需浇铸的时间，从而控制下一包钢水到达时间。3、结晶器液面自动检测及塞棒控制系统 结晶器液面采用全色137(Cs137)液面检测装置，与直流伺服电动机塞棒执行机构组成闭路自动控制系统，根据液面波动情况自动调节塞棒开口度，从而控制流入结晶器内的钢水量，稳定浇注操作。结晶器振动装置采用仿弧精确度高、维护量小、使用寿命长的电机板簧导向振动器，其线性及非线性振动曲线、频率、振幅实时在线可调，以适应高拉速和高铸坯表面质量的要求。4、二冷水动态控制系统二冷水气控制采用S7300系列的FM355闭环控制模块，利用此模块的“后备方式”功能（即使CPU因故障而停机仍可独立地连续控制，并可设定参数化的配水量安全设定点。），这样就有效地保证了浇铸的安全。铸坯在冷却过程中，其内部的热量随凝固壳厚度的增加而减少，因此二冷区的供水量是沿连铸机长度方向，从上到下逐渐减少。水量的控制模型为一个二次函数：QAVBVC，Q为冷却水量，V为拉坯速度，A、B、C为常数，它们与连铸机的结构、冷却段的冷却水比及连铸机的操作方式有关。由于我厂连铸配水设计时，把比水量当作常数来处理，二冷水数字控制模型就简化为一次函数式： QKV式中： Q二冷水量总值 Lmin； K比水量； V拉坯的速度实际值 mmin； 经验值 每流的水量计算式为： Qn=Qn 式中：Qn每段的水量设定值 n每段的水量系数5、尾坯优化切割控制系统 二级计算机根据大包和中间罐自动称量信号、定尺优化模型和尾坯优化切割模