摘要：本文主要介紹了ROCKWELL公司PLC5/SLC500系列產(chǎn)品在小方坯連鑄自動控制系統(tǒng)中的軟硬件配置、網(wǎng)絡拓撲結構和應用實踐。
1 引言
小方坯連鑄機2004年與煉鋼轉爐配套建設，是將鋼水澆鑄成小方坯材的工藝設備，共分八流。自動化控制核心選用了ROCKWELL公司的PLC5/SLC500系列平臺，通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)為DH+網(wǎng)，它具有穩(wěn)定性好、擴展性強、軟硬件功能優(yōu)及人機界面友好的特點，與上位機構成了一個集中管理、分散控制、全流程生產(chǎn)的連鑄計算機自動控制系統(tǒng)。
2 小方坯連鑄工藝簡介
轉爐生產(chǎn)出來的鋼水經(jīng)過精煉爐精煉以后，需要將鋼水鑄造成不同類型、不同規(guī)格的鋼坯。小方坯連鑄主要設備包括回轉臺、中間包，結晶器、拉矯機等。其原理是將裝有精煉好鋼水的鋼包運至回轉臺，回轉臺轉動到澆注位置后，將鋼水注入中間包，中間包再由水口將鋼水分配到各個結晶器中去。結晶器是連鑄機的核心設備之一，它使鑄件成形并迅速凝固結晶。拉矯機與結晶振動裝置共同作用，將結晶器內(nèi)的鑄件拉出，經(jīng)冷卻、電磁攪拌后，切割成一定長度的小方坯。
3 設計思想
設備控制級按照工藝控制功能要求和分散控制的設計思想，配置如下：連鑄公共設施部分（如大包、液壓站等）采用一套PLC5控制；8流連鑄鑄流部分每流包括儀控部分（從結晶器至出坯輥道全線及結晶器液位和流量控制、二冷水流量控制等）各采用一臺SLC500 控制，八流共八臺，以保證當任一流設備發(fā)生故障時，不影響其它七流的正常工作；切割部分（包括出坯一切、二切）采用兩臺SIMATIC S7-300系列 PLC控制；連鑄事故水包鑄流熱裝熱送采用一臺SLC500控制，大包水口A站、B站各采用一臺SLC500 PLC控制，PLC之間通過DH+網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換。
3.1 系統(tǒng)硬件配置
控制系統(tǒng)硬件配置主要包括：14個控制站、2個操作站和1個工程師站，它們之間通過DH+網(wǎng)組成總線型拓樸結構，網(wǎng)絡端點安裝終端電阻。具體見圖1。
圖1 小方坯控制系統(tǒng)網(wǎng)絡圖
3.2 操作站硬件配置
操作站主機采用研華工控機，型號IPC-610P4-30HC/ P4 2.4GB/DDR 256MB/HDD 80GB/64MB VGA/52X CD-ROM/1.44MB FDD/Keyboard+Mouse，配19″彩顯。其中兩臺工控機放在主控室，供崗位人員控制生產(chǎn)工藝，在線進行各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)設定、控制參數(shù)修改及配水表數(shù)據(jù)的下裝等；另一臺工控機作為工程師站，主要供工程技術人員對整個自動控制網(wǎng)絡系統(tǒng)維護、控制參數(shù)修改和故障排查。三臺工控機均配置1784-KTX通信卡與PLC通信。
3.3 控制站硬件配置
控制站由連鑄公共部分控制站、1流至8流小方坯連鑄鑄流共8個控制站、連鑄事故水包控制站、連鑄一切二切控制站、鑄流熱裝熱送控制站、連鑄大包水口A站、大包水口B站控制站等十四個控制站組成。
(1)公共部分控制站為ROCKWELL公司 PLC5系列產(chǎn)品，具體配置見表1。
表1公共部用PLC5清單
(2)8流連鑄鑄流控制站均為ROCKWELL公司 SLC5系列產(chǎn)品，具體配置見表2。
表2鑄流控制站用SLC5清單
(3)一切二切控制站為SIEMENS公司S7-300系列產(chǎn)品，具體配置見表3。
表3二切控制站用S7-300清單
因該崗位使用利舊設備，獨成系統(tǒng)，未與其它PLC進行通訊。
(4)熱裝熱送控制站為ROCKWELL公司 SLC5系列產(chǎn)品，具體配置見表4。
表4 熱裝熱送控制站用SLC5清單
(5)大包水口控制站為ROCKWELL公司 SLC5系列產(chǎn)品，具體配置見表5。
表5大包水口控制站用SLC5清單
(6)事故水控制站為ROCKWELL公司 SLC5系列產(chǎn)品，具體配置見表6。
表6 事故水控制站用SLC5清單
3.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡
本系統(tǒng)采用總線型網(wǎng)絡拓撲結構，各個PLC控制站使用屏蔽DH+網(wǎng)線作為通信介質，通過CPU模板上專用的接口接入DH+網(wǎng)。操作站通過1784-KTX網(wǎng)卡連接到DH+網(wǎng)上。站與站之間通過1770-SC站連接器連接，在網(wǎng)絡的首、尾兩端加裝終端電阻。DH+網(wǎng)絡傳輸速率為115.2Kbps，各站之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換。
PLC5主機架與擴展機架之間使用1771-CP1電纜作為通信介質，SLC500 PLC主機架與擴展機架之間使用1746-C9電纜線作為通信介質。兩者均通過DH+接口，實現(xiàn)站內(nèi)通信。
4 應用軟件設計
應用軟件設計包括PLC程序編制、操作員站和工程師站上位畫面組態(tài)及網(wǎng)絡通信配置等部分。
4.1 程序編制
編程軟件采用ROCKWELL 的RSlogix5和RSlogix500標準軟件包。小方坯連鑄工程項目程序對應上述控制器由十三個子項目組成。每個子項目使用梯形圖等結構化的編程語言實現(xiàn)控制、顯示、計算功能，程序內(nèi)容包括系統(tǒng)初始化、參數(shù)量程變換、參數(shù)監(jiān)視、設備控制及異常情況處理等。
4.2 上位畫面組態(tài)
上位畫面組態(tài)基于WINOOWs 2000+SP4操作系統(tǒng)，采用ROCKWELL公司的RSview32軟件，實現(xiàn)了對工業(yè)過程的監(jiān)視、控制及報警，內(nèi)容包括畫面設計、過程數(shù)據(jù)庫建立、節(jié)點配置、監(jiān)控軟件功能塊、趨勢記錄以及報警記錄等。
4.3 網(wǎng)絡通信配置
網(wǎng)絡通信采用RSLinx通訊軟件，設置相應各控制站的1784-KTX網(wǎng)卡的設備類型、網(wǎng)絡站名、站地址、中斷請求、通訊速率等，通過TOPIC子項實現(xiàn)操作站與控制站的對接。
5 主要控制功能
(1) 8流結晶器鋼水液位及電磁攪拌檢測控制；
(2) 中間包鋼水液位檢測控制；
(3) 8流拉矯機速度和8流結晶器振動控制；
(4)8流二冷水（足輥、一段、二段）流量控制；
(5)定尺切割和火焰切割自動控制；
(6)引錠桿、傳送輥道控制；
(7)熱裝熱送傳送輥道控制。
6 應用效果
6.1 實時數(shù)據(jù)監(jiān)控
小方坯主參數(shù)畫面(見圖2)有中包鋼水液位、結晶器鋼水液位、二次冷卻水（結晶器、一段、二段）的溫度、壓力、流量、各個鑄流拉速等動態(tài)數(shù)據(jù)的顯示。
圖2小方坯主參數(shù)畫面
6.2 流量參數(shù)調(diào)節(jié)控制
二次冷卻水（包括零段、一段、二段）流量是根據(jù)鋼坯種類、鋼坯溫度以及冷卻水進出水溫差、壓力來調(diào)節(jié)的，為了保證出坯前方坯完全冷卻，冷卻水量的控制是坯材成型的關鍵。畫面設有手動和自動調(diào)節(jié)，可以根據(jù)生產(chǎn)實際需要隨時調(diào)節(jié)水量設定值，設定PID參數(shù)，方便工藝參數(shù)的修改。如圖3所示。
圖3二次配水調(diào)節(jié)圖
6.3 二次冷卻水水表數(shù)據(jù)配置畫面
此畫面根據(jù)實際坯材的拉速，及時調(diào)整各個冷卻水管道的水量，畫面設計只要一鍵點擊即可將所有參數(shù)下裝，無須修改程序，有利于二冷配水表參數(shù)的修改。
6.4 趨勢記錄
記錄結晶器液位、拉矯機拉速、中間包液位、結晶器冷卻水流量、二次冷卻水流量等生產(chǎn)關鍵數(shù)據(jù)的歷史趨勢。
6.5 報警查詢
登錄系統(tǒng)故障報警畫面，即可瀏覽各個設備的報警故障，提示操作人員及時、準確采取相應措施。
7 結束語
小方坯連鑄機自動控制系統(tǒng)充分運用工業(yè)DH+網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)檢測技術，將PLC與操作站、PLC與PLC有機地連接起來，實現(xiàn)快速、準確的控制。該系統(tǒng)對結晶器液位、結晶器流量的精確檢測，對結晶器振動、二次冷卻水、拉矯機拉速的安全控制以及定尺切割、火焰切割、傳送輥道的穩(wěn)定運行，使得控制對象多，處理數(shù)據(jù)量大的PLC集順序控制和過程控制于一體的特點得到充分體現(xiàn)。該PLC控制系統(tǒng)自2004年投入運行以來，在實時性、精確性和可靠性方面，都達到了預期要求。
