1 引言
濟(jì)鋼集團(tuán)第三煉鋼廠是濟(jì)鋼集團(tuán)“十五”期間的重點(diǎn)投資項(xiàng)目，引進(jìn)的是國(guó)內(nèi)外一流的先進(jìn)設(shè)備和自動(dòng)化控制技術(shù)，其裝備達(dá)到國(guó)內(nèi)一流、國(guó)際先進(jìn)水平。在轉(zhuǎn)爐、連鑄自動(dòng)化控制體系中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和系統(tǒng)的需要應(yīng)用了多種總線（Profibus、ControlNet、Devicenet）構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS），這些總線控制系統(tǒng)給轉(zhuǎn)爐、連鑄系統(tǒng)提供了安全而可靠的解決方案。1#連鑄機(jī)是引進(jìn)VAI（奧鋼聯(lián)）的板坯連鑄機(jī)，是目前我國(guó)技術(shù)最先進(jìn)、自動(dòng)化程度最高、配套設(shè)施最完善的連鑄機(jī)之一，其切割機(jī)系統(tǒng)選用的是基于PROFIBUS的MM440構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。
2 連鑄機(jī)控制系統(tǒng)
濟(jì)鋼三煉鋼工程包括鐵水予處理，120t轉(zhuǎn)爐、LF/VD精煉及板坯連鑄機(jī)等多個(gè)項(xiàng)目，整個(gè)工廠的EIC三電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置達(dá)到世界先進(jìn)水平。連鑄機(jī)系統(tǒng)做到三電自動(dòng)化控制的一體化，包含過(guò)程控制級(jí)L2和基礎(chǔ)控制L1級(jí)和L0，同時(shí)也予留出與L3級(jí)的通訊接口及數(shù)據(jù)存放區(qū)，下面將三級(jí)系統(tǒng)分述如下。
3級(jí)（Lelvel3）: 制訂全廠生產(chǎn)計(jì)劃,產(chǎn)品協(xié)調(diào)及產(chǎn)品跟蹤，L3系統(tǒng)涉及三煉鋼廠各生產(chǎn)工序和后部的中厚板車間，L3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要各工藝單元,生產(chǎn)管理及調(diào)度部門結(jié)合工廠的實(shí)際情況來(lái)考慮，另立項(xiàng)目，統(tǒng)一協(xié)調(diào)。
2級(jí)（Lelvel2）：各工藝控制單元的計(jì)算機(jī)操作指導(dǎo)，特殊工藝過(guò)程的設(shè)定計(jì)算及工藝過(guò)程的數(shù)據(jù)收集。
1級(jí)（Level1）：實(shí)時(shí)控制級(jí)，根據(jù)操作指令，過(guò)程計(jì)算機(jī)的設(shè)定計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)元件的檢測(cè)信號(hào)，完成生產(chǎn)設(shè)備的邏輯順序控制和PID調(diào)節(jié)。
0級(jí)（Level0）：L0級(jí)主要是傳動(dòng)設(shè)備本身的控制、I/O控制和管理。在現(xiàn)代化的控制系統(tǒng)中，AC/AC的傳動(dòng)裝置（變頻裝置）由本身自帶CPU的數(shù)字裝置控制和監(jiān)視，并與L1級(jí)在網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
L0到L3級(jí)的自動(dòng)化系統(tǒng)完成整個(gè)工廠的生產(chǎn)計(jì)劃，產(chǎn)品管理，工藝區(qū)接口協(xié)調(diào)、過(guò)程最佳化及設(shè)備控制，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的生產(chǎn)自動(dòng)化。
3 切割機(jī)控制系統(tǒng)
3.1 切割機(jī)設(shè)備組成
1#連鑄機(jī)的切割機(jī)是從德國(guó)GEGA公司引進(jìn)的整套設(shè)備，是火焰切割機(jī)，其主要作用是將鑄坯切割成定尺或倍尺長(zhǎng)度，并可進(jìn)行坯頭、坯尾及試樣切割。與引錠桿分離后的鑄坯按拉坯速度進(jìn)入切割區(qū)，火焰切割機(jī)切掉
3.2 切割機(jī)工藝過(guò)程
切割機(jī)工藝過(guò)程一般由坯頭切割、定尺切割、坯尾切割三個(gè)過(guò)程組成。最主要的定尺切割工藝過(guò)程如下：當(dāng)測(cè)量輪計(jì)數(shù)接近定尺前
3.3 切割機(jī)控制系統(tǒng)
（1）切割機(jī)控制系統(tǒng)。切割機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)采用一臺(tái)西門子 S7-300 和一臺(tái)PCS smart 1200觸摸屏構(gòu)成，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)模塊和TCP/IP協(xié)議將PLC和L1級(jí)控制系統(tǒng)連接起來(lái)，通過(guò)Profibus-DP接口與MM440變頻器和PCS1200觸模屏通訊。
（2）切割機(jī)主要傳動(dòng)系統(tǒng)
● 切割機(jī)的行走：一臺(tái)SIEMENS MICROMASTER 440型變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)0.75kW電機(jī)，電機(jī)帶熱開(kāi)關(guān)保護(hù)，每臺(tái)電機(jī)帶有一個(gè)電磁抱閘線圈，行程控制是由一個(gè)增量型編碼器和行程限位開(kāi)關(guān)組成。
● 切槍的行走驅(qū)動(dòng)：每個(gè)切槍的行走是由一臺(tái)SIEMENS MICROMASTER 440型變頻器拖動(dòng)1臺(tái)0.3kW電機(jī)進(jìn)行的，切槍行走的位置分別由兩個(gè)增量型編碼器和接近開(kāi)關(guān)控制。
● 切割機(jī)的升降系統(tǒng)：切割車的升降是由一臺(tái)變極調(diào)速電機(jī)（285/1375rpm 0.28/2.3kW）采用接觸器正反轉(zhuǎn)雙繞組六抽頭進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，行程控制是由限位開(kāi)關(guān)組成的。
4 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線
4.1 現(xiàn)場(chǎng)總線的定義及特點(diǎn)
現(xiàn)場(chǎng)總線，按照國(guó)際電工委員會(huì)IEC/SC
現(xiàn)場(chǎng)總線作為連接控制系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)級(jí)裝置和控制設(shè)備的雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，與傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)相比其優(yōu)點(diǎn)是明顯的：增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)信息的集成能力；抗干擾能力增加、系統(tǒng)可靠性提高；安裝便捷、可維護(hù)性好；具有開(kāi)放性、互操作性、互換性、可集成性；降低了工程成本；具有IP67防護(hù)等級(jí)，可現(xiàn)場(chǎng)安裝；能自動(dòng)診斷故障部位。
4.2 Profibus總線
Profibus是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化．流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。中央處理器（如PLC/PC）通過(guò)高速串行總線同分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如I/O、變頻器、閥門）進(jìn)行通訊，多數(shù)數(shù)據(jù)交換采用周期方式。PROFIBUS-DP 是用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸，通訊介質(zhì)采用屏蔽的雙絞銅線電纜，共用一根導(dǎo)線對(duì)，通訊速率可選用9.6kbit～12Mbit/s，通訊距離可達(dá)
4.3 Profibus-DP的數(shù)據(jù)通訊格式
Profibus-DP總線方式允許在PLC和傳動(dòng)裝置（變頻器、運(yùn)動(dòng)控制器）之間進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)交換。對(duì)傳動(dòng)裝置的存取總是按照主-從方式進(jìn)行的，傳動(dòng)裝置總是從站，且每個(gè)從站本身都有明確的地址。
4.4 Profibus-DP的用戶數(shù)據(jù)
對(duì)于傳動(dòng)裝置可用數(shù)據(jù)區(qū)被劃分成2個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)，它們以各自的報(bào)文進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
（1）過(guò)程數(shù)據(jù)區(qū)（PZD）：控制字和設(shè)定值；或狀態(tài)字和實(shí)際值。
（2）參數(shù)區(qū)（PKW）：用于讀寫參數(shù)，讀出故障信息等。PKW和PZD共有五種結(jié)構(gòu)形式即：PPO1、PPO2、PPO3、PPO4、PPO5，其傳輸?shù)淖止?jié)長(zhǎng)度及結(jié)構(gòu)形式各不相同。
根據(jù)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中傳動(dòng)裝置的任務(wù)不同，在PLC和變頻器通訊方式配置時(shí)要對(duì)PPO進(jìn)行選擇。MM440變頻器僅支持PPO1、PPO3兩種結(jié)構(gòu)，在切割機(jī)系統(tǒng)中采用了PPO1型通訊報(bào)文（4PKW+2PZD），它的報(bào)文結(jié)構(gòu)如圖4所示，圖4中符號(hào)的意義如下，PKW：參數(shù)標(biāo)識(shí)符；PZD：過(guò)程數(shù)據(jù)；PKE：參數(shù)標(biāo)識(shí)符；IND：索引；PWE：:參數(shù)值；STW：控制字；ZSW：狀態(tài)字；HSW：主設(shè)定值；HIW：主實(shí)際值。
5 切割機(jī)控制系統(tǒng)硬件技術(shù)
5.1 PLC系統(tǒng)
切割機(jī)PLC系統(tǒng)作為連鑄機(jī)L1系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)本著可靠、先進(jìn)、開(kāi)放的原則，綜合考慮系統(tǒng)的性能價(jià)格比，根據(jù)工藝方案和機(jī)械設(shè)備條件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)盡可能統(tǒng)一，同時(shí)應(yīng)與其它L1級(jí)子系統(tǒng)保持一致。連鑄L1級(jí)PLC系統(tǒng)選用的是SIEMENS S7-400系列PLC。根據(jù)切割工藝性能要求，PLC系統(tǒng)CPU 選擇S7-315-2，通過(guò)CP343通訊模塊與L1級(jí)工業(yè)以太網(wǎng)通訊，同時(shí)通過(guò)Profibus-DP接口與MM440變頻器和PCS smart 1200觸摸屏通訊。
5.2 人機(jī)界面
根據(jù)工藝特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，切割機(jī)人機(jī)界面選擇PCS smart 1200觸摸屏。在性能上有以下特點(diǎn);（1）簡(jiǎn)單快速配置，配置數(shù)據(jù)是可以恢復(fù)的；（2）可用標(biāo)準(zhǔn)WINDOWS工具進(jìn)行配置；（3）使用軟鍵、功能鍵或觸?？刂?，簡(jiǎn)化了操作，也保障了操作的安全性，易于使用；（4）和西門子PLC完美結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)在硬件和軟件均達(dá)最優(yōu)化，尤其是通訊支持Profibus-DP總線協(xié)議。
（1）豐富的控制功能。通過(guò)P1300參數(shù)可以選擇從V/F控制到帶傳感器的矢量控制VC等12種不同特點(diǎn)的控制模式，適用于恒轉(zhuǎn)矩、變轉(zhuǎn)矩等各種性質(zhì)負(fù)載，滿足各行業(yè)的驅(qū)動(dòng)控制要求。在本控制系統(tǒng)中，采用v/f方式來(lái)驅(qū)動(dòng)各分部電機(jī)；
（2）強(qiáng)大的通訊功能。利用Profibus通訊可選件，可以將MM440接入開(kāi)放的、高速（12Mb/S）的DP網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)性能更佳、精度更高的通訊控制。
（3）自由功能模塊和BICO技術(shù)。MM440繼承和吸收了6SE70工程型變頻器的許多優(yōu)良特點(diǎn)，其中最具實(shí)用性的是具有區(qū)別一般通用變頻器的自由功能模塊和BICO技術(shù)，利用豐富的自由功能模塊和靈活的BICO技術(shù)，可方便地實(shí)現(xiàn)各種不同目的的組態(tài)設(shè)計(jì)，完成復(fù)雜控制設(shè)計(jì)的要求；
（4）豐富的停車和制動(dòng)功能。MM440具有3種停車方式，即按斜坡減速停車（OFF1）、慣性停車（OFF2）快速停車（OFF3）。3種制動(dòng)功能，即直流制動(dòng)、復(fù)合制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)（須外接制動(dòng)電阻，75kW以下已內(nèi)置制動(dòng)單元）。停車方式和制動(dòng)方式的靈活配用，可適應(yīng)不同機(jī)械慣性負(fù)載的要求。本系統(tǒng)選用了OFF1、OFF3、母線電壓調(diào)整等功能以適應(yīng)高速時(shí)的停車制動(dòng)不同要求。
（轉(zhuǎn)載）
