熱軋帶鋼生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)

摘 要 本文通過對西南不銹1450mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的分析，詳細(xì)闡述了熱軋帶鋼生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、控制功能等方面的內(nèi)容，為以后類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞 基礎(chǔ)自動化級 過程自動化級 網(wǎng)絡(luò)

西南不銹鋼有限責(zé)任公司1450熱軋不銹帶鋼生產(chǎn)線，是我公司設(shè)計的一條較為先進的帶鋼生產(chǎn)線。在設(shè)計過程中，本著對客戶認(rèn)真負(fù)責(zé)的宗旨，對整個熱軋生產(chǎn)線的自動化控制系統(tǒng)不斷優(yōu)化，精益求精，使西南不銹1450熱軋生產(chǎn)線的自動化程度達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

一、系統(tǒng)的總體配置

近年來，隨著對軋制的最終產(chǎn)品的要求越來越嚴(yán)格，人們對軋制工藝、控制技術(shù)的要求也相應(yīng)提高，因此，有必要采用多級自動化控制系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行全面有效控制。而各級控制系統(tǒng)之間大量的信息交換需要通過更先進的組織管理，所以，設(shè)備的特點和功能配置需要幾個自動化級之間相互配合。西南不銹1450熱軋帶鋼自動化控制系統(tǒng)可分三級，即：傳動級（0級），基礎(chǔ)自動化級（1級），過程自動化級（2級），并留有同加熱爐、連鑄自動化系統(tǒng)和三級自動化系統(tǒng)接口

該分類的一個重要特點就是各級中本身包括的功能范圍。本身包括的功能范圍是指：各級安裝后，操作員就可以按照其相對應(yīng)的等級進行設(shè)備操作。該術(shù)語還意味著各級之間的接口是最少的。在生產(chǎn)過程中維修人員操作的簡化和這種設(shè)計方式帶來的優(yōu)越性是不可低估的。該配置方式還為將來設(shè)備的擴建和改造帶來更多的益處。

本項目自動化功能包括熱帶軋制生產(chǎn)線上從板坯運輸輥道開始到鋼卷運輸結(jié)束的各段的功能，以確保各項工作以正確的、協(xié)調(diào)的方式進行。

本系統(tǒng)配置的總體原則：先進、可靠、開放、經(jīng)濟、合理。

我們?yōu)槲髂喜讳P1450熱軋生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)作了SIEMENS PLC+TDC配置方案。

西南不銹1450熱軋生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)在縱向分過程控制級（L2級）、基礎(chǔ)自動化級（L1級）和傳動級（L0級），在橫向劃分為加熱爐區(qū)、粗軋區(qū)、精軋區(qū)、卷取區(qū)四個區(qū)域。

在熱軋的過程控制級和基礎(chǔ)自動化級，各個區(qū)域均設(shè)置一個子網(wǎng)，將本區(qū)域的過程機、HMI服務(wù)器和PLC等控制設(shè)備連接起來，使得同一區(qū)域的PLC之間可以快速交換資料，同時過程機和HMI服務(wù)器也可以很方便地與本區(qū)的PLC交換資料。而各區(qū)域的過程機及其終端、HMI服務(wù)器和HMI設(shè)備是通過主干網(wǎng)實現(xiàn)互連的，以形成一個完整的整體。通過主干網(wǎng)，各區(qū)域的過程機以及過程控制級的終端設(shè)備可以相互交換資料，各區(qū)域的過程機和HMI服務(wù)器也可以相互交換資料，同時，基礎(chǔ)自動化級的HMI設(shè)備也可以和本區(qū)域的HMI服務(wù)器交換資料。

二、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

西南不銹熱連軋自動化控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用具有極高可靠性的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品。具體而言，系統(tǒng)采用具有高速冗余環(huán)功能的交換機，在控制設(shè)備相對集中的加熱爐區(qū)、粗軋區(qū)、精軋區(qū)和卷取區(qū)構(gòu)筑4個100M冗余環(huán)以太網(wǎng)，這些交換機分布在各個區(qū)域的操作室與主電室。同時，采用一個高性能的以太網(wǎng)交換機作為主交換機，放置在過程機房。位于機房的二級交換機使用雙絞線與主交換機相接，而位于調(diào)度室的二級交換機和4個區(qū)域環(huán)網(wǎng)由于距離遠(yuǎn)或者布線環(huán)境惡劣需要通過光纖與主交換機相接，這些連接的速率均為100M。這樣，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就成為一個統(tǒng)一的整體。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用TCP/IP協(xié)議。過程機放置在計算機房，直接與主交換機相接，它們配置有兩塊網(wǎng)卡，一塊用于上主干網(wǎng)，另一塊用于上相應(yīng)的區(qū)域子網(wǎng)。HMI服務(wù)器放置在區(qū)域操作室，與操作室的交換機相接。它們也配置有兩塊網(wǎng)卡，一塊用于上主干網(wǎng)，另一塊用于上相應(yīng)的區(qū)域子網(wǎng)。分布在系統(tǒng)中各個地方的HMI和網(wǎng)絡(luò)打印機可以就近連接到任何交換機中，它們都連接到主干網(wǎng)上。由于絕大多數(shù)基礎(chǔ)自動化級的HMI和它們需要頻繁訪問的HMI服務(wù)器處于同一個交換機中，因而這種內(nèi)部的資料交換不會增大主干網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。放置在各個區(qū)域的主電室的PLC將分組連接到主電室的交換機上。位于精軋機出口測寬儀、測厚儀、凸度儀（預(yù)留）、平直度儀（預(yù)留）將直接連接到精軋區(qū)域的以太網(wǎng)上，通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)儀表與自動化控制系統(tǒng)之間的資料交換。上述網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備與交換機的連接均采用雙絞線，速率為100M。

對于彼此之間關(guān)系密切、資料交換量較大、實時性要求非常嚴(yán)格的精軋及卷取兩個區(qū)域，系統(tǒng)采用通訊速度高達(dá)640Mb/s的GDM網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)PLC連接起來。另外還可采用12M Profibus-DP總線實現(xiàn)粗軋和精軋、卷取3個區(qū)域的PLC的相互構(gòu)通。

三、其他部分

過程控制級采用5臺高性能服務(wù)器作為過程機。其中3臺用于粗軋、精軋/卷取、層流冷卻的過程監(jiān)控，1臺用作資料中心處理機，還有1臺是備用機兼作應(yīng)用開發(fā)。5臺過程機的操作系統(tǒng)均采用Windows 2003 Server，數(shù)據(jù)庫采用Oracle 9i。

本系統(tǒng)所使用的人機交互設(shè)備包括L2終端、HMI服務(wù)器、HMI客戶機（簡稱HMI）和打印機。過程控制級（L2級）終端采用P4微機，一共有7臺，均放置在過程機房。系統(tǒng)在每個區(qū)域各配置一臺HMI服務(wù)器，它們分別安裝在粗軋操作室、精軋操作室和卷取操作室。

在整個自動化控制系統(tǒng)中，主軋線上共使用9套西門子公司的SIMATIC TDC和6套S7-400 PLC，由于這些控制系統(tǒng)包括軋線上的傳動系統(tǒng)以及人機接口的WinCC同屬西門子公司產(chǎn)品，所以，從以太網(wǎng)、Profibus-DP網(wǎng)、MPI網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接上具有通訊比較簡單、容易維護的特點。各個區(qū)域的PLC設(shè)備分別安裝在本區(qū)域的主電室。

（作者單位：中冶東方工程技術(shù)有限公司秦皇島研究設(shè)計院）