1、前言

板坯連鑄機自動化控制系統包括公共部分、鑄流部分、儀表部分、切割機、去毛刺機及結晶器液面（ 有些高端的包含結晶器自動調寬、液壓振動、下渣檢測、漏鋼預報、輕壓下等控制系統） 控制共六個子系統。前3 個子系統用一個西門子SIMATIC400 站進行控制， 切割機用SIMATIC300 站進行控制， 去毛刺機用SIMATIC200 站進行控制；結晶器液面采用工控機控制（ 配網卡） 。這六個站通過西門子通訊模塊CP443 和CP343 掛在一個工業以太網- SIMATICH1 網上。同時還有五套工業微機通過西門子網卡CP1613 也掛在同一個SIMATIC H1 網上， 作為人機界面完成板坯連鑄自動化控制系統的監視和控制。二級管理系統包括一套服務器和一套工業微機， 主要完成對板坯連鑄系統的管理任務， 及時下達連鑄工作的計劃和命令。

2、硬軟件組成及特點

2.1 硬軟件組成

板坯連鑄機自動化控制系統硬件包括：3 個西門子SIMATIC400 站（ 每個站包括1 個電源模塊、1 個CPU、1 個CP443 通訊接口模塊和數量不等的模擬量輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出模塊） 、一套SIMATIC300 站、一套SIMATIC200 站， 6 套研華工控機及6 個西門子CP1613 網卡。

系統軟件包括：Windows NT 4.0 中文版操作系統、Wincc6.0 監控軟件和STEP7 西門子編程軟件。

2.2 硬軟件特點

（1）硬件

SIMATIC H1 網是德國西門子公司開發的一種基于TCP/IP 協議的標準以太網， 它具有連接簡單、便于擴展、速度快及兼容性好等優點。板坯連鑄機自動化控制系統采用屏蔽雙絞線通訊電纜或光纜作為SIMATIC H1 網的連接介質， 有效地實現了工業以太網數據傳輸過程中的抗干擾功能， 保證了系統運行的可靠性；SIMATIC Profibus DP 網是西門子公司開發的一種基于現場總線技術的設備網， 它的特點是可以在PLC， 即可編程序控制器與現場設備之間交換數據。該控制系統采用屏蔽雙絞線作為ProfibusDP 網的連接介質。SIMATIC 400 站是西門子公司的拳頭產品， 無論在控制速度、精度還是抗干擾性、靈活性等方面都處于PLC 產品的領先地位。

（2）軟件

此系統是微軟公司最出色的產品之一， 也是世界上應用最廣泛的軟件平臺。該板坯連鑄機自動化控制系統選用Windows NT 4.0 中文版操作系統。Wincc6.0 工控軟件是西門子公司近期推出的可靠性較高的工控產品， 不但可以畫出逼真的圖形， 而且還能將現場數據快速地顯示在屏幕上， 使用屏幕上制造出的按鈕取代真正的按鈕， 完成對現場設備的軟操作；它可以將數據按時間存放在數據文件里， 供歷史趨勢文件調用顯示， 以便分析事故和改進工藝。它可以利用Windows DDE（ 動態數據交換） 功能把SQL 數據庫的數據傳送到Office Excel 文件和OfficeAccess 文件， 從而實現報表打印和數據查詢功能。STEP7 是西門子公司為S7- 400 和S7- 300 系列PLC設計的編程軟件， 它能完成龐大的邏輯控制和復雜的調節控制。它的組織塊、功能塊及數據塊相結合的編程理念能夠滿足各種控制要求。因此，WindowsNT 4.0、Wincc6.0 和STEP7 可以說是板坯連鑄機自動化控制系統中的“ 三劍客”， 能共同完成對連鑄系統的監視控制任務。

3、系統配置

板坯連鑄機自動化控制系統中3 個SIMATIC400 站、1 套SIMATIC 300 站、一套SIMATIC 200 站通過西門子CP443 和CP343 接口模塊掛在一個SIMATIC H1 工業以太網上完成控制功能（ 見圖1） ，同時6 套研華工業微機也通過西門子CP1613 網卡掛在同一個SIMATIC H1 工業以太網上完成監視和操作功能。SIMATIC 400 各站通過以太網互相交換數據， 公共和鑄流部分SIMATIC 400 站通過現場總線Profibus DP 網與各個遠程I/O 進行數據通訊。鑄流控制系統的SIMATIC 300 站作為一個遠程I/O 分站與主站進行數據交換。公共部分控制系統的SIMATIC400 站通過現場總線Profibus DP 總線與大包回轉臺和中間罐車等配備了CBP 2 通訊板的變頻器進行通訊和控制。鑄流SIMATIC 400 站通過現場總線Profibus DP 總線與SIMATIC 6SE70 交換數據， 并且在同一個Profibus DP 網上掛了一個工業觸摸屏MP270 對結晶器調寬或液壓振動進行控制和監視。

圖1 板坯連鑄機自動化控制系統配置

4、難點分析及解決措施

（1）數據通訊

板坯連鑄機自動化控制系統中各站之間的數據通訊方式各異， 其中∶SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC400 PLC 之間是通過SIMATIC H1 工業以太網通訊，編程使用FC5（ 發送數據功能塊） 和FC6（ 接收數據功能塊） ；SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 300 PLC 之間是通過現場總線Profibus DP 網通訊， 編程使用SFB15（ 存放數據功能塊） 和SFB14（ 得到數據功能塊） ；SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 6SE70 之間是通過現場總線Profibus DP 網通訊， 編程使用SFC14（ DP讀功能塊） 和SFC15 （ DP 寫功能塊） ；SIMATIC 400PLC 與Wincc 之間的數據通訊通過SIMATIC H1 工業以太網通訊， 使用SIMATIC NET 軟件完成CP1613網卡的設置。特別是FC5、FC6、SFB15、SFB14、SFC14及SFC15 功能塊必須在OB32 （ 1s 時間中斷組織塊）中調用。

（2）裝送引錠桿控制

裝送引錠桿是連鑄機控制系統的一個關鍵環節， 一旦控制失敗將導致煉鋼失敗， 甚至引發安全事故。該系統引進了“ 激光對射裝置”， 為系統提供初始信號， 并采用增量編碼器（ 每圈20 個脈沖） 對引錠桿的位置進行跟蹤控制。實踐證明， 這種方法可靠， 其精度可達10mm 左右。為接收計數脈沖， 特選用西門子高速計數模塊， 軟件使用FC0（ 高速計數功能塊） 。鑒于以往的使用經驗， 為防止丟失脈沖而發生不穩定情況， 建議采用軸套型增量編碼器， 直接將編碼器裝到電機的輸出軸上， 這樣定位會更加準確。

（3）PID 調節

板坯連鑄機煉鋼過程中對于水流量、水壓力、氬氣流量、液面控制及鋼包溫度等方面控制要求很高，均需要有穩定的值。該系統采用西門子SIMATIC400 PLC 取代智能儀表， PID 調節在STEP7 中使用FB41（ 連續PID 調節控制） ， 在Wincc6.0 中使用畫圖功能模擬一個PID 調節器的操作面板， 能夠很好地完成PID 調節控制中的手/自動切換、給定值輸入、手動輸出值輸入及PID 參數（ 比例系數、積分時間）輸入等功能。

（4）中間包的水平調節

中間包車采用液壓升降式高低腿的樣式， 在液壓缸內裝設位置傳感器以保證中間包水平。若中間包有足夠的水平面， 就能保證鋼水中的夾雜物在中間包內得到充分地上浮， 同時還能減少鋼水旋流的形成。中間包的水平調節方法是先對單個液壓缸位置的變化進行PID 調節運算， 然后根據各個液壓缸的位置進行平均計算， 最后把這個平均數值傳送給執行閥組， 以求出最佳水平效果。

（5）標準化編程

標準化編程主要體現在以下幾個方面：

·根據設計圖紙編制各系統的地址表（ 包括圖紙設計和硬件配置的對應關系） ; ·根據地址表填寫Wincc6.0 SQL 數據庫; ·根據地址表編制STEP7 符號表; ·根據地址表找出各控制設備的輸入/輸出點號， 據此定義下列STEP7 使用的中間線圈點號：模擬手/自動轉換選擇開關；啟動按鈕、停止按鈕（ 對單線圈的泵或電磁閥） ；開啟按鈕、關閉按鈕、停止按鈕（ 對雙線圈的電動閥） ；手動輸出值、給定值、比例系數、積分時間（ 對PID 調節閥） ；再根據各控制設備的輸入/輸出點號和中間線圈點號編制各控制設備的手動程序; ·最后根據設計說明書編制各控制設備之間的邏輯連鎖程序， 即自動程序。

（6）畫面強制

由于大型鋼廠自動化控制系統涉及的控制設備很多且工藝復雜， 致使主要設備動作的諸多條件很難同時滿足控制要求。為了調試程序的需要， 在畫面上增設許多選擇開關， 當某開關置為“ 1”時， 就假設此條件滿足。當所有條件滿足時， 程序就可以對設備上增設許多選擇開關， 當某開關置為“ 1”時， 就假設此條件滿足。當所有條件滿足時， 程序就可以對設備進行操作， 而不必再等待實際條件滿足。在生產中有時某設備出現臨時故障， 為不影響正常生產， 也可以在畫面上強制， 直到設備修好， 再把強制解除即可。

5、結論

實踐證明， 西門子S7- 400 系列PLC 的硬、軟件是完全適用于大中型成套系統控制的可編程序控制器。該系統綜合集成了西門子公司PLC網絡結構實現了板坯連鑄機基礎自動化與過程自動化控制， 能共同完成對連鑄系統的監視控制任務。實踐證明：該系統安全穩定， 既可提高生產效率， 又可改善工作環境， 完全能滿足生產要求， 為用戶取得了較好的經濟效益。