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钢品种开发与质量控制学术交流会----------张丽华(1978-)男,学士，助理工程师;E-mail:LihuaZhang1@hotmail.com方坯连铸机计算机控制系统张丽华1，刘建2，韩继征1，宋志刚2，张浩1（1.唐山钢铁股份有限公司冷轧薄板厂，河北唐山063009；2.唐山钢铁股份有限公司第二钢轧厂，河北唐山063009）摘要：结合计算机控制系统在唐钢二钢轧厂3#小方坯连铸机改造工程中的应用，对方坯连铸机计算机控制系统的构成、特点及应用进行了分析和研究。本文同时对方坯连铸机结晶器振动控制、结晶器钢水液位控制、电磁塞棒线性位移控制进行了原理分析和探讨。关键词：计算机控制系统，方坯连铸机，结晶器控制，塞棒位移控制BilletCasterComputerControlSystemZHANGLi-hua1,LIUJian2,HANJi-zheng1,SONGZhi-gang2,ZHANGHao1（1.StripColdRollingPlant,TangshanIron&SteelCo.Ltd.,Tangshan063009,Hebei,China;2.MeltshopNo.2,TangshanIron&SteelCo.Ltd.,Tangshan063009,Hebei,China)Abstract:Basedontheapplicationofcomputercontrolsystemin3#BilletCasterofMeltshopNo.2,TangshanIron&SteelCo.Ltd.,thearchitectureandcharacteristicaswellastheapplicationofComputercontrolsystemareanalyzedandstudied.Thebilletcastermoldoscillatingcontrol,moldlevelcontrolandstopperrodlinearpositioncontrolareanalyzedanddiscussedfromthepointofviewofprinciple.Keywords:computercontrolsystem,billetcaster,moldcontrol,stopperrodpositioncontrol唐山钢铁股份有限公司第二钢轧厂3#连铸机改造工程的主体设备及其自动化系统由意大利某公司设计引进。新机组于2006年12月20日热试成功。改造后的新3#机为六流150﹡150方坯连铸机组，年设计产量为1，200，000吨，可实现从低碳钢到中高碳钢的浇铸。该机组控制系统采用了先进的西门子计算机控制系统。这种现代化的分布式控制系统基于标准的SIMATIC硬件和软件部件，采用PROFIBUS方便灵活地集成现场设备和驱动器，实现了面向连铸生产过程的现代化的分布式控制体系结构，有力的提高了连铸自动化系统的生产效率。3#连铸机的成功改造对落实“唐钢品种钢转移计划”起到了良好的示范作用。1计算机控制系统概述工业控制是微型计算机的一个重要应用领域，计算机控制系统就是为适应这一领域需求而发展起来的测量与控制系统。计算机过程控制系统是以电子数字计算机为自动化工具的过程控制系统。它不仅能完成常规过程控制系统所具有的控制功能，而且还具有速度快、精度高、适应性强、实时性好、可靠性高的独特优点[1]。钢品种开发与质量控制学术交流会新型工业计算机控制系统集中应用了三C技术即计算机技术（Computercontrolsystem）、控制技术（Control）、通信技术（Communication），以微型计算机为核心，把微型计算机、数据通讯系统、过程通道、人机接口HMI、现场传感器执行器等有机的结合起来，组成一种典型的分级分布式控制结构[2]。随着计算机技术和网络技术的不断发展，计算机控制技术对钢铁工业的发展产生着极大的影响。作为自动化技术重要组成部分的计算机控制技术要坚持引进吸收和自主创新相结合的发展方向。计算机控制系统改造升级在钢品种开发与质量控制工作中扮演着重要角色[3]。2新3#机计算机控制系统系统组成新3#机计算机控制系统组成如下:2个PCHMI；1个笔记本编程器；7套SIMATICS7-400PLC系统（1套公用PLC系统，6套铸流PLC系统）；基于以太网，PROFIBUS-DP和AS-i的数据通讯系统；SIMATICET200S分布式I/O系统；SIEMENSVC&MC驱动器及现场传感器、执行器。整个系统组成如图1所示。图1新3#机计算机控制系统图Fig.13#BilletCastercomputercontrolsystemdiagram2.1公用PLC系统由于连铸机设备多工艺复杂，所以公用PLC系统采用了高性能的CPU416-2DP。该CPU配有一个PROFIBUS-DP接口和一个MPI/DP复合接口，利用它们组成高速的分布式过程控制系统。其中，DP接口作为主站直接连接到一条PROFIBUS-DP现场总线，用于控制公用设备驱动系统即变频调速电机驱动器（如大包回转，中包车，换包车）和恒速电机AS-iLINK（液压站，双向横移车等）；MPI/DP口接到另外一条由ET200S组成的PROFIBUS-DP电磁搅拌S7-200火切机S7-300DP/AS-i接口Siemens驱动器ET200s远程I/ODP/AS-i接口Siemens驱动器ET200s远程I/O铸流PLCS7-400系统铸流Profibus(2)网公用PLCS7-400系统公用Profibus(2)网1#HMI工业以太网（TCP/IP）变频调速电机机恒速电机恒速电机变频调速电机传感器执行器ASI总线ASI总线硬线连接硬线连接硬线连接传感器执行器公用Profibus(1)网铸流Profibus(1)网硬线连接2#HMI编程器钢品种开发与质量控制学术交流会现场总线，形成分散式过程控制通道实现对公用设备过程参数的检测控制与监视。公用PLC系统的通讯处理器选用的是SIMATICS7-400用于工业以太网总线系统的CP443-1。CP443-1为10/100Mbit/s自适应全双工连接并可自动切换。通过它S7-400可以与编程器（工程师站），HMI计算机进行通讯。其通讯协议采用TCP/IP。2.2铸流PLC系统铸流PLC系统主要对结晶器,水系统，拉矫机，引锭存放，火切机，输送辊道等铸流设备进行检测控制并提供参数设定、故障报警、过程监视、历史趋势曲线等多种人机对话操作。改造后的新3#机为六流连铸机。六个流的PLC系统完全相同。每个铸流PLC系统均为双CPU系统即CPU416-2DP和CPU416-3DP。其中CPU416-2DP为BOCPLC也就是结晶器振动PLC；CPU416-3DP为流设备PLC。2.2.1流设备PLC(CPU416-3DP)CPU416-3DP同样配置了2条PROFIBUS-DP现场总线。一条总线接于DP接口用于控制流设备驱动系统即调速电机驱动器（如塞棒，拉矫机，剪前中间辊道）、恒速电机AS-iLINK（如输送辊道等），S7-300DP从站（火切机）和S7-200DP从站（电磁搅拌系统EMS）。其网速为3Mbps。另外一条总线接于MPI/DP接口，用于控制由ET200S组成的分散式过程控制通道，实现对铸流设备过程参数的检测控制及监视。其网速为1.5Mbps。除ET200远程I/O外，流设备PLC（CPU416-3DP）还配置了一个32位数字量输入模板和一个16位数字量输出模板。这两个数字量模板把现场的一些数字传感器、执行器（如振动平台截至阀）和CPU416-3DP直接联系起来，以传输二进制信号实现过程控制。2.2.2结晶器振动PLC(CPU416-2DP)CPU416-2DP为BOCPLC即结晶器振动PLC。该CPU主要负责结晶器液压振动控制以及结晶器钢水液位检测。其自控原理见本文之4.1节和4.2节。结晶器振动PLC配备了一个SIMATICFM452电子凸轮控制器。FM452在这里起同步串行位置编码的作用。它直接连接到了装在结晶器振动液压缸上的Temposonic线性位移传感器，用以采集液压缸实际位置并反馈回CPU416-2DP（数据地址为PIW544）。FM452的端子4，5，10，11，分别接到了Temposonic传感器的DATA,DATA反,CL,CL反，并以25位格雷码的形式进行同步串行数据传输。另外，结晶器振动PLC还配置了一个SM431模拟量输入模板（6ES7431-1KF20-0AB0：8输入通道，14位分辨率）和一个SM432模拟量输出模板（6ES7432-1HF00-0AB0：8输出通道，13位分辨率）。这两个模拟量模板把现场的一些模拟量传感器、执行器（如液位探测传感器，振动平台伺服阀）和CPU416-3DP直接联系起来，以电流信号进行过程控制。例如PIW566用于接收结晶器液位信号；PIW564用于接收伺服阀阀芯位置信号；PQW560用于输出伺服阀控制信号）。2.2.3铸流PLC通讯处理器(CP443-1)铸流PLC系统的通讯处理器选用的也是SIMATICCP443-1。通过它，铸流PLC可以实现与编程器（工程师站），HMI计算机的通讯。2.3网络与数据通讯系统现场网络将计算机控制系统的各个控制级和分散在现场的基本控制器，传感器、执行器有机的联系起来，为实现工程大系统的综合自动化创造了条件[4]。新3#机计算机控制系统根据控制级别要求和网络特点在不同控制层应用了工业以太网，PROFIBUS-DP网和AS-i总线。工业以太网采用光纤电缆作为传输介质。光缆不受电磁干扰影响通讯迅捷可靠。新3#机计算机控制系统用工业以太网将HMI，编程器，SIMATICS7-400PLC系统连接起来以实现生产管理和过程控制。PROFIBUS-DP网络用以实现自动化系统和分布式I/O站（SIMATICET200S），SIEMENS驱动器及DP/AS-iLINK之间的数据通讯。PROFIBUS-DP网络响应速度快，抗干扰度高，有利的保证了现场状态信号与控制数据的传输。新3#机计算机控制系统中共有14条PROFIBUS-DP总线。其中公用PLC有2条，各铸流PLC分别有2条。AS-i是单总站系统，通过DP/AS接口链路（6GK1415-2AAO1）接到PROFIBUS-DP，成为PROFIBUS网的子网络。AS-i总线适用于控制分散在现场的各种简单的执行器，传感器。新3#机计算机控制系统用AS-i总线控制各种恒速电机的起停钢品种开发与质量控制学术交流会和阀的通断（如横移车电机，液压站泵，阀）。3应用软件HMI操作系统为Windows2000ServerSp5。网络驱动程序为SIDirectDAServer1.0Sp1Patch1。应用软件为WonderwareInTouchVer.8Sp4，InTouch是在MicrosoftWindows2000或WindowsXP操作系统下，在PC机上运行的面向对象的、数据开放和功能开放的32位应用程序系统。InTouch提供了在工业上用于图形显示、信息处理、归档和报表的基本功能模块，还提供了用户文档、过程控制软件包和开放开发工具等可选软件包。其强大的驱动程序接口、快速图形更新和安全归档功能具有很高的可用性，结构化的数据存储方式保证了无论是组态产生的数据和运行过程的数据都可准确无误地读取。这些特点完全可满足方坯连铸控制系统数据处理的需求。PLC编程软件为Step7V5.3SP3。STEP7编程软件是基于Windows2000/XP或WindowsServer2003的为S7-300/400PLC配置和编程的标准软件包。通过Step7，用户可以进行系统配置和程序的编写、调试，在线诊断PLC硬件配置状态、控制PLC的运行状态和I/O通道的状态等。4结晶器控制4.1结晶器振动控制新3#机结晶器采用了液压振动控制。如本文2.2.2节所述，其控制由专用PLC系统即BocPLC（CPU416-2DP）系统实现。