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四川省达州钢铁集团有限责任公司全连轧棒材工程技术概要四川省达州钢铁集团有限责任公司轧钢厂技术科2002-03-11Page1of25一、电气自动化系统概述本套全连续棒材轧机自动化和调速传动系统由两部分组成：其一：自动化部分：①高性能工业微机②SIEMENS可编程序控制器（PLC）:S7-300,S7-400系列其二：①全数字直流传动控制装置：SIMOREGDCMASTER6RA70②全数字交流传动控制装置:SIMOVERTMASTERDRIVE6SE70PLC之间，PLC与上位机之间构成局域网：以太网。PLC与传动系统之间则通过PROFIBUS-DP分布式网络进行通讯。整个自动化系统由三级控制系统和两层通讯网络构成。以上的系统配置是目前自动化系统中高档次的配置。1．1三级控制系统三级控制系统由人机接口（HMI）、基础自动化系统和调速传动控制系统构成，分别完成不同的控制功能。★人机接口（HMI）人机接口（HMI）由三台高性能微机组成，主要实现自动化系统的人机接口功能，包括：①轧制表的输入、存储和修改，轧制参数的设定②轧制过程中各设备状态和电气参数的动态显示及工艺参数的人工调整③电气设备的一般操作及显示④故障报警与记录⑤生产报表的生成、存储及打印等。★基础自动化系统基础自动化系统采用西门子公司最新型PLCS7－400/300及ET200远程站系列产品。SIEMENSS7-400系列产品功能强大，配置灵活，有如下突出特点：●高速:在程序执行方面，极短的指令执行时间使S7-400在竞争中脱颖而出。CPU414-2DP,CPU416-2DP,CPU316-2DP的参数特性●坚固:即使在恶劣、不稳定的工业环境下，全封闭的模板依然可正常工作；无风扇操作降低了安装费用；在运行过程中，模板可插拔。●功能完善、强大:允许多CPU配置，功能更强、速度更快。同时，配有品种齐全的功能模板，充分满足用户各种类型的现场需求。●强通讯能力:分布式的内部总线允许在CPU与中央I/O间进行非常快的通讯，四川省达州钢铁集团有限责任公司全连轧棒材工程技术概要四川省达州钢铁集团有限责任公司轧钢厂技术科2002-03-11Page2of25P总线与输入/输出模板进行数据交换。K总线将大量数据传送到功能模板和通讯模板。一些CPU装备了SINECL2DP接口，保证了对分布式I/O进行快速数据交换。强大的通讯模板允许点对点通讯，并可用工业以太网进行通讯。ET200M是一个模块化的I/O站，具有IP20的保护等级。它可以采用S7-300可编程控制器的信号模板和功能模板进行扩展。由于它可连接的模板范围很广，因此，ET200M适合于完成特殊的和复杂的自动化任务。ET200M是PROFIBUS-DP现场总线上的一个从站，最大的传输速率是12Mbps。●基础自动化系统基本配置基础自动化系统由三台PLC完成全部自动化控制功能（不包括加热炉燃烧控制），三台PLC分别控制：PLC1（S7-400）：上料台架、入炉称重装置、升降挡板、出钢机、钢坯剔除装置、1#飞剪前后导板、1#飞剪剪切、2#飞剪前后导板、2#飞剪剪切、炉区及轧线液压、润滑系统控制、物料跟踪、逻辑联锁。PLC2（S7-400）：从1＃－18＃轧机传动系统的速度级联控制、速度冲击补偿、微张力控制、活套控制、轧机的换辊控制、水冷控制、水冷段变频辊道、轧件跟踪、故障的检测、报警、联锁及与相应介质系统的信号交换。PLC3（S7-300）：三段冷床输入辊道、冷床动齿条、卸钢装置、精整区辊道及输送机动作控制。整个控制系统配置（见附图）★调速传动控制系统电气传动采用西门子公司全数字调速系统。直流传动采用SIMOREGDCMASTER6RA70系列全数字调速装置，交流辅传动采用SIMOVERTMASTERDRIVES6SE70全数字矢量控制变频调速装置。它们的特点如下：①全数字控制系统性能好，可靠性高，可以满足高动态品质与高调速精度的要求。②软件模块化、硬件标准化，拥有灵活多样的软件模块，可以满足各种不同控制的要求③具备调速系统最佳控制性能的自动优化功能。可以对电流环、速度环、励磁电流环以及磁化曲线等内容进行优化。④全数字装置还提供了对传动系统完备的监控保护与故障自诊断功能。⑤WINDOWS界面下的SIMOVIS功能软件用于调试、下装和上读参数等，还具有示波器记忆功能。对于调试更加方便。⑥方便快捷的通讯联网形式，可以与自动化系统联网通讯，进行参数的设定和各种信息的交换。（PROFIBUSCAN总线等）⑦速度调节精度：模拟反馈n＝0.1，数字反馈n＝0.01。传动系统配置（见附图）四川省达州钢铁集团有限责任公司全连轧棒材工程技术概要四川省达州钢铁集团有限责任公司轧钢厂技术科2002-03-11Page3of251．2两层通讯网络★自动化系统通讯网络分为两层：●第一层：人机接口与PLC之间及PLC彼此之间联成以太网，实现彼此的信息交换。通过以太网，把轧制工艺参数设定值和对电气设备的操作从人机接口传送到各PLC，把各设备的状态和工艺、电气参数及故障由PLC收集送到人机接口的CRT显示。PLC彼此之间也通过以太网实现控制信息及数据的传送。●第二层：PLC与各自的远程I／O站之间和调速传动之间采用ProfiBus-DP通讯网络，PLC把设定参数和控制指令传送到各调速传动系统，并收集各调速传动系统的状态和电气参数送到人机接口的CRT上显示。★两种网络的主要性能：●以太网一种总线型局部网络、采用TCP／IP协议。它可连接各PLC与工作站，使之交换信息。其主要特点如下：数据传输率可达10Mbps网上工作站数最多1024个传输介质超5类绞线拓朴结构星形信息协议帧（或包）的大小可变，64至1518bytes以太网的性能指标介于远程网和多处理机之间，它主要用于办公自动化、分布式数据处理、终端访问以及其它高速、突发式信息交换系统。●ProfiBus网ProfiBus网是一种实时、开放性工业现场总线网络。它的特点是：①使用数字传输，易于正确接收和差错检验，保证了数据的可靠性和准确性，②有利于降低工厂低层设备之间的电缆连接成本，易于安装、维修和扩充，能及时发现故障，便于及早处理。③它的最大优点是具有充分利用智能设备的能力。ProfiBus网网卡的通讯协议符合欧洲标准DIN19245中的第1－3部分，即ProfiBus－DP协议，该标准允许少量数据的高速循环通讯，因而总线的循环扫描时间是极小的，在特定环境下总线通讯时间可小于2ms。这些优点完全归功于以下几个方面：●一个优化的ProfiBus信息服务于子集的构造和提高了数据传输速率。●高度的容错性●数据的完整性●标准信息帧结构●在操作中可自由地访问每个站ProfiBus网基本数据如下：数据传输速率1.5Mbps网上工作站数最多32个传输介质双绞屏蔽电缆数据传输方式主－从站令牌方式四川省达州钢铁集团有限责任公司全连轧棒材工程技术概要四川省达州钢铁集团有限责任公司轧钢厂技术科2002-03-11Page4of25二、人机接口（HMI）人机接口配置三台高性能工业微机操作站。其中两个操作站放置于主操作台AOS3上，另外一个操作站放置于主电室。图形软件采用WINCC监控软件，具有实时监控，历史趋势图，报表，故障信息，良好的人机界面，丰富的图形库，过程控制功能块，数学函数等功能。2．1主要功能★主操作室AOS3上两个操作站主要用于：①在线的轧制表，生产报表，故障报警的存贮、显示和打印②工艺参数的预设定和修改，主轧线模拟图及轧线跟踪画面等③轧线各参数的动态显示，其中包括轧机速度、轧制负荷电流、微张力、活套套高的动态显示等。主操作台操作站主要功能和画面有：●轧制表的存贮、修改和打印及管理●生产报表的生成、存贮、显示和打印●冷却程序的生成及管理●故障报警信息的显示与打印●工艺参数的预设定及修改，包括：－级联速度设定－冲击速降补偿设定－辊径设定－活套高度设定－微张力控制张力系数设定－飞剪切头、切尾长度设定－飞剪切头、切尾速度超前率设定－变频辊道速度设定●轧制过程状态显示包括：－主传动电流和速度的直方图和趋势图－活套高度基准值和实际值的直方图－各电气设备的就绪、运行、停止和故障画面－故障报警画面－显示画面的主菜单和子菜单－帮助画面等●电气设备的一般操作，主要为轧制开始前的操作，主要包括：－各调速传动系统的合／分闸、启动／停止操作－介质系统的方式选择及设备启动、停止操作等★主电室操作站●可以显示主操作台操作站的全部画面，但不能进行参数修改和操作●供电系统单线图及各电气设备的状态（合／分闸、就绪／故障、运行／停止等）●各电气设备的故障信息，包括故障内容、产生时间、解除时间等●各通讯网络的工作状态和故障诊断等四川省达州钢铁集团有限责任公司全连轧棒材工程技术概要四川省达州钢铁集团有限责任公司轧钢厂技术科2002-03-11Page5of252.2操作站配置及性能指标CPUPIII1G内存256MBRAM显存16MB硬盘4020GB软驱1.44M,3.5’’光驱48倍速操作系统WindowNT图形软件WINCCV5.0网络接口以太网卡:3C0M905BCRT21英寸打印机2台三、基础自动化控制系统基础自动化控制系统由三台PLC构成，其中轧线PLC模板之CPU均为SIEMENSPLC目前最高性能配置，完全能够满足轧线控制系统需要运算速度快、存储容量大、实时性强的要求。其中，CPU416-2DP主要性能参数如下：运算速度:语句／K0.1ms负载存贮器，内装:0.8MBRAM可扩充64MB中间位存贮器16KB从MB0到MB16383计数器512定时器512MPI接口，全局数据量64字节／包16包／周期总I／O地址区1K／1K字节数字I／O8192字节模拟I／O512通道每个CPU的DP线4以太网卡可以3．1主要控制功能1）PLC1控制功能PLC1承担有关炉前、炉内、炉后设备控制、粗中轧区介质系统控制。其主要控制功能有:▲上料台架控制▲入炉辊道控制▲钢坯称重▲剔除装置及炉门升降控制▲出炉辊道控制▲炉区、轧线及精整区介质系统控制▲1#飞剪前后导槽动作控制四川省达州钢铁集团有限责任公司全连轧棒材工程技术概要四川省达州钢铁集团有限责任公司轧钢厂技术科2002-03-11Page6of25▲1#飞剪切头、切尾、碎断控制▲2#飞剪前后导槽动作控制▲2#飞剪切头、切尾、碎断控制▲物料跟踪▲设备间逻辑连锁、故障报警等2）PLC2控制功能PLC2负责粗轧机至精轧机有关设备的运转动作控制，其主要控制功能有：▲卡断剪的动作控制▲1＃－18＃机架的速度给定和级联调速控制▲粗中轧机架微张力控制及自适应▲精轧机架间的活套高度控制▲机架动态速降补偿控制的逻辑▲V2&V4轧机升降变频装置的控制▲精轧机后水冷装置冷却控制▲精轧机后变频辊道的控制▲精轧机后横移小车的控制▲机架间故障诊断控制▲设备运行联锁控制▲机架换辊控制▲轧线电机及辅传动电机温度检测连锁▲物料跟踪▲设备间逻辑连锁、故障报警等3）PLC3控制功能负责冷床输入变频辊道控制、冷床动齿条控制、卸钢装置控制，精整区辊道、挡板、输送链等设备控制。其主要控制功能有:▲冷床三段输入辊道的速度控制▲冷床上钢装置的动作控制▲冷床动齿条动作及速度控制▲冷床对齐辊道控制▲冷床下钢链条移动电机的速度控制▲冷床下钢链条升降电机的速度控制▲冷床托钢升降电机动作控制▲冷剪后辊道控制▲冷剪动作控制▲精整区各种辊道、挡板、输送链动作控制▲设备间逻辑联锁、故障报警等四川省达州钢铁集团有限责任公司全连轧棒材工程技术概要四川省达州钢铁集团有限责任公司轧钢厂技术科2002-03-11Page7of253．2基础自动化系统配置系统配置考虑系统的先进性、可靠性，在满足工艺控制要求的前提下，综合考虑性能价格比。每套PLC均配置一定数量的远程I／O站，现场的检测信号、操作台和现场操作箱上的操作和显示信号，均联接到就近的远程I／O站上，这样可以大大减少现场的电缆和安装施工费用。由于现场的检测信号分布零散，点多面广，在现场合理的位置上设置相对集中的远程I／O站