王海(萊蕪鋼鐵集團有限公司自動化部，271104)
摘要： 本文介紹了羅克韋爾自動化公司自控係統在矩形坯連鑄機中的應用，對自控係統的硬件組態以及控製功能及其實現作了主要描述。
關鍵詞： A-B PLC5 SLC500 以太網 鑄流 公用 火焰切割
一、概述
萊鋼煉鋼廠4a#連鑄機為一台三機三流的矩形坯連鑄機，年生產能力為80萬噸，與中型軋機構成一條熱裝熱送短流程生產線。本文將對其基礎級自控係統進行詳細介紹。
二、生產工藝簡介
鋼gang水shui包bao由you轉zhuan爐lu車che間jian運yun至zhi連lian鑄zhu車che間jian後hou，由you車che間jian行xing車che將jiang鋼gang水shui包bao置zhi於yu大da包bao回hui轉zhuan台tai鋼gang包bao臂bi上shang，旋xuan轉zhuan至zhi澆jiao注zhu位wei後hou，鋼gang水shui由you鋼gang包bao流liu入ru中zhong間jian罐guan車che，達da到dao開kai澆jiao液ye麵mian後hou，澆jiao鑄zhu開kai始shi。鋼gang水shui經jing中zhong間jian罐guan車che注zhu入ru結jie晶jing器qi，經jing過guo初chu次ci冷leng卻que控kong製zhi以yi及ji振zhen動dong控kong製zhi調tiao節jie後hou，進jin入ru二er冷leng區qu。自zi控kong係xi統tong自zi動dong跟gen蹤zong鑄zhu坯pi的de位wei置zhi及ji長chang度du，鑄zhu坯pi到dao達da冷leng卻que段duan時shi，由you二er次ci冷leng卻que係xi統tong對dui鑄zhu坯pi進jin行xing水shui/氣的混合冷卻。係統跟蹤鋼坯頭到達矯直區時，拉矯機依次進行換壓操作；跟(gen)蹤(zong)到(dao)脫(tuo)引(yin)錠(ding)位(wei)時(shi)，自(zi)動(dong)進(jin)行(xing)脫(tuo)引(yin)錠(ding)操(cao)作(zuo)。鋼(gang)坯(pi)達(da)到(dao)定(ding)尺(chi)長(chang)度(du)後(hou)，由(you)火(huo)焰(yan)切(qie)割(ge)機(ji)實(shi)施(shi)切(qie)割(ge)，切(qie)割(ge)後(hou)由(you)輸(shu)出(chu)輥(gun)道(dao)運(yun)出(chu)，再(zai)由(you)橫(heng)向(xiang)移(yi)鋼(gang)機(ji)運(yun)至(zhi)熱(re)送(song)輥(gun)道(dao)，最(zui)後(hou)由(you)熱(re)送(song)輥(gun)道(dao)運(yun)到(dao)中(zhong)型(xing)加(jia)熱(re)爐(lu)進(jin)行(xing)軋(zha)製(zhi)。
三、係統構成及配置
係統采用了美國羅克韋爾自動化公司的PLC5作為主控製器，SLC500 用於火焰切割自動控製，選用羅克韋爾自動化公司1336係列的變頻器用於交流調速控製，遠程I/O模板用於切割區以及出坯區現場信號的控製，以工業以太網以及DH+網作為控製網絡。
在該係統中，共采用了4套A-B PLC-5/40E分別用於鑄機的公用係統以及鑄流係統的自動控製。根據係統的控製規模，並保留有25%左右的控製點餘量，PLC係統的硬件配置如下：
公用係統：
主機架通過CPU上的通道1B（組態為Remote I/O Scanner方式）外帶了5隻擴展機架、6塊Remote I/O模板以及4台1336 PLUS變頻器。
具體配置為：
電源模板（1771-P7，16A）6塊、CPU（1785-L40E）1塊、AI模板（1771-IFE）3塊、AO模板（1771-OFE）3塊、RTD模板（1771-IR）1塊、高速計數模板（1771-VHSC）1塊、24VDC DI模板（1771-IBD）25塊、24VDC DO模板（1771-OBD）14塊、220VAC DI模板（1771-IMD）23塊、220VAC DO模板（1771-OMD）16塊、遠程I/O適配器（1771-ASB）5塊、遠程I/O模板（32入/32出：1791-IOBW）4塊、遠程I/O模板（16入/16出：1791-16BC）1塊、遠程I/O模板（24入/8出：1791-24B8）1塊、25匹馬力1336 PLUS變頻器（CAT 1336S-B025-AA-EN4-CTM1-HA2）2台、20匹馬力1336 PLUS變頻器（CAT 1336S-B020-AA-EN4-CTM1-HA2）2台。
鑄流係統：
用於鑄流控製的三套PLC係統的配置完全相同，均是：
主機架通過CPU上的通道1B（組態為Remote I/O Scanner方式）外帶了2隻擴展機架、3塊Remote I/O模板以及7台1336 FORCE變頻器；另外，采用了3套A-B公司的小型產品SLC 500 分別用於每流的火焰切割機的自動控製。SLC 500 PLC通過CPU上的DH+通訊口與PLC-5/40E的CPU上的通道1A通訊口（配置為DH+）連接構成了DH+網以實現數據交換。
PLC5具體配置為：
電源模板（1771-P7，16A）3塊、CPU（1785-L40E）1塊、AI模板（1771-IFE）4塊、AO模板（1771-OFE）8塊、RTD模板（1771-IR）2塊、高速計數模板（1771-VHSC）1塊、24VDC DI模板（1771-IBD）5塊、24VDC DO模板（1771-OBD）4塊、220VAC DI模板（1771-IMD）7塊、220VAC DO模板（1771-OMD）5塊、遠程I/O適配器（1771-ASB）3塊、遠程I/O模板（1791-IOBW）3塊、25匹馬力1336 FORCE變頻器（CAT 1336T-B025-AA-GTIEN）4台、40匹馬力1336 FORCE變頻器（CAT 1336T-B040-AA-GTIEN）3台。
SLC500具體配置為：
電源模板（1746-P2）1塊、CPU（1747-L542）1塊、 DI模板（1746-ITB16）1塊、DI模板（1746-IB16）4塊、 DO模板（1746-OW16）2塊、DO模板（1746-OB16）2塊。
4套PLC5 通過各自CPU上的以太網口（通道2）掛在以太網上，並通過MSG指令相互傳遞數據；共25台1336變頻器作為遠程站采用Remote I/O Scanner方式與PLC進行數據通訊：其啟動、停止、速度給定等指令均由PLC下達給變頻器，同時變頻器的各種狀態數據以同樣形式反饋給PLC。另外，4台高性能PⅢ工控機作為係統的上位機，通過以太網與PLC進行數據傳送，完成鑄機生產的監控，其中3台為操作員站，互為備用，用於生產的實時監控；1台為工程師站，可以完成對軟件係統的查閱、修改等工作（係統配置圖如圖1所示）。
四、軟件設計、係統控製功能及實現
4．1 PLC程序的設計：
控製程序使用羅克韋爾自動化公司專用編程軟件Rslogix5，並全部采用簡單易懂的梯形圖方式編製而成，分為公用控製程序及鑄流控製程序共4套。
每套控製程序均采用了流行的模塊化/結構化編程方法：根據控製對象、控製目的的不同把控製程序分為若幹控製部分，由主程序在每次掃描周期中依次調用來實現各自的控製功能；在每一個梯形圖文件中，把控製功能相同的程序放在同一控製段中，並加以注釋。這種結構化編程方法使得程序的查閱、功能的擴充及修改變得更加容易，大大增強了程序的靈活性、可讀性、實用性和維護性。
4．2 監控係統的設計：
上位監控係統采用Rsview32製作，Rslinx負責完成與PLC的數據通訊。根據生產工藝、控製功能的要求，共製作了9大部分、共計40餘幅監控畫麵。
4．3主要的控製功能及關鍵技術的實現：
主要控製功能：
該自動控製係統主要用於連鑄機生產的基礎級自動化控製，通過采用A-B自動化控製技術可完成基礎生產工藝過程的全自動化控製，實現連鑄生產現場設備的自動聯鎖，介質溫度、壓力、流量的檢測調節，數據的通訊處理、故障報警以及生產狀況的在線監控等功能。
主要控製功能有：中間罐車行走、升降功能；結晶器冷卻水、二冷水、公用介質的流量及壓力檢測調節功能；推鋼機控製功能：橫移機控製功能；大包、中間包的鋼水測溫及稱重功能；大包旋轉及升降控製；液壓站控製；結晶器振動控製；拉矯機/拉矯輥控製；輸出輥道控製；結晶器冷卻水控製；二冷水控製；自動跟蹤控製；火焰切割控製以及生產的在線監控等。
關鍵技術的實現：
① 變頻調速控製技術：中間罐車、拉矯機、結晶器、輸出輥道、橫移機等設備均采用了變頻調速控製技術。PLC通過Remote I/O Scanner通訊方式將控製命令傳達給變頻器，同時接收變頻器的狀態實時反饋信息；控製程序則通過采用MOV指令將啟/停、正/反轉、速度給定值等命令信息以輸出字的數據格式傳送給變頻器，從而實現變頻調速的自動控製。
圖 1
② 二冷區的全自動配水控製算法：
理論上理想的二冷配水控製曲線是一條二次曲線：F=aV2+bV+c，但是實現起來非常困難。為此，我們采用直線仿真曲線技術：采用三條斜率不同的直線來模擬二次曲線，根據當前的拉速及三條直線所對應的a、b值分別計算出三個配水量F1、F2、F3，然後取其最大值作為當前的實際給定值：Fsp = Max{F1，F2，F3}（如圖2所示）。此外，軟件上通過PID指令完成七段回路儀表調節控製（控製框圖見圖3）。
③ 鑄流自動跟蹤技術：
PLC根據A-B增量型編碼器（安裝於3#拉矯機上，1024脈衝/圈）發送至高速計數模板的脈衝數，自動計算並完成送引錠模式、澆注模式下的拉矯機/拉矯輥、二冷區配水、電機測速以及鑄坯測長等全自動控製。
④ 火焰切割自控係統：
該係統單獨采用3套SLC500 PLC，並建立了DH+通訊手段與PLC5進行數據通訊。根據PLC5發送過來的鑄坯測長實時數據，實現對鋼坯切割的自動化控製，並具有2種定尺（本機、上位）、3種操作方式（手動、半自動、全自動）的控製功能。同時PLC5根據SLC500的反饋信息控製輸出輥道的動作將切割完畢的鑄坯運出。控製程序則使用MSG指令來實現通訊數據信息的相互傳遞。
⑤ 鑄機生產的自動在線監控技術：
采用Rsview32監控技術、Rslinx通訊技術開發了鑄機生產的在線監控係統。
圖 2
圖 3
五、結束語
該自控係統綜合集成了美國羅克韋爾自動化公司的PLC控製技術、畫麵監控技術、wangluotongxunjishuyijibianpintiaosujishu，shixianlelianzhujijichushengchangongyiguochengdezidonghuakongzhi，kewanchenglianzhushengchanxianchangshebeidezidongliansuokongzhi，jiezhicanshudejiancetiaojie，shujudetongxunchuli、故障報警診斷以及生產狀況的在線監控等功能。經過三年多的運行驗證，該係統控製功能先進、安an全quan穩wen定ding可ke靠kao，有you效xiao地di提ti高gao了le勞lao動dong生sheng產chan率lv，改gai善shan了le工gong作zuo人ren員yuan的de工gong作zuo環huan境jing，減jian輕qing了le工gong作zuo人ren員yuan的de勞lao動dong強qiang度du，為wei生sheng產chan的de順shun行xing提ti供gong了le可ke靠kao的de保bao障zhang，並bing取qu得de了le十shi分fen顯xian著zhu的de經jing濟ji效xiao益yi。
參考文獻：
[1] ALLEN-BRADLEY INDUSTRIAL COMPUTER AND COMMUNICATION GROUP
作者簡介：
王海,1995年畢業於北京科技大學工業電氣自動化專業，先後參加了萊鋼12000立方米製氧機、矩形坯連鑄機、小方坯連鑄機、熱送輥道、氧氣頂吹轉爐、煤氣回收等自控係統的設計、開發、調試工作，目前從事煉鋼自動化的研究與應用工作。
