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1 引言
鞍鋼第一煉鋼廠（以下簡稱為第一煉鋼廠）現有3座轉爐，設計年生產能力250萬噸，為了進一步增強在市場上的競爭能力，調整自身的產品結構，在原有的厚板坯連鑄機及1#方坯連鑄機的基礎上，于2001年投產了2#方坯連鑄機，設計年生產能力80萬噸，生產重軌和大型材用坯等。
2#方坯連鑄機基礎自動化系統采用美國羅克韋爾自動化公司產品， PLC采用ControlLogix系列產品，由于控制對象的復雜性，使用環境的特殊性和運行的長期連續性，使PLC在設計上有自己明顯的特點：可靠性高、適應性廣、具有通信功能、編程方便、結構模塊化。
2 2＃方坯連鑄機主要工藝技術性能參數
機型：弧形，多點矯直；
流數：4流；
鑄坯長度：5000 mm~8000mm；
鑄坯斷面：280×380 mm2，320×410mm2；
年產量：80萬噸；
生產鋼種：重軌，結構鋼；
平均澆鑄時間：32分；
平均準備時間：60分；
平均連澆爐數：5；
鑄機作業率：80%。
3 控制系統特點
(1) 連鑄基礎自動化完成整個系統的電氣、儀表及狀態監控，在線操作等功能，該系統主要由PLC和MMI（人機界面）完成，實現對連鑄生產設備運轉、監視和控制，實現對生產的分散控制，集中操作管理。
設備操作方式一般為機旁、中央手動和自動三種方式選擇。機旁方式是機旁操作單體設備，用于單體設備的調試和維護；中央手動方式是用操作室內操作臺上的按鈕開關或利用MMI畫面定義的按鈕開關進行設備的操作；自動方式是根據工藝要求，由PLC程序進行設備的操作。
圖1 切割機下輥道自動運轉程序框圖
(2) 電氣傳動系統采用羅克韋爾自動化公司變頻器產品中的1336系列產品，全部與PLC通過網絡進行諸如速度給定、速度反饋、運行狀態等的控制數據通訊，并按照PLC程序設定控制系統傳動。2#方坯共用29臺變頻器。
電氣系統與儀表系統的PLC各自獨立，以方便編程和將來的設備維護，檢修。整個電氣，儀表系統統計I/O容量如表1所示。
(3) PLC系統的技術特點
? I/O模板具備必要的自診斷功能；
? 為了便于系統維護，使用戶能夠在維持系統運行的同時更換故障模塊，要求PLC控制系統的任何模塊均可帶電熱插拔（RIUP）；
? PLC具備較高的CPU處理速度，每布爾指令掃描時間快，有較高的程序內存空間；
? 系統支持多處理器，多任務編程結構，便于將電氣系統與儀表系統各自獨立編程、維護、檢修；
? 通訊網絡采用具備高速性、實時性和可重復性的網絡類型，主干網冗余。
注：DI：24VDC開關量輸入；DO1：24VDC，0.5A開關量輸出；DO2：220VAC開關量輸出；AI：4-20mA模擬量輸入；AO：4-20mA模擬量輸出；PI：脈沖輸入。
(4) 操作監控管理系統
2#方坯操作系統可靠、開放，所帶的支持軟件為正版可靠軟件，監控軟件可以在漢字平臺下開發和運行。編程軟件為RSLogix5550，畫面監控軟件為RSView32，RSLinx作為與PLC進行通訊的驅動軟件，網絡組態軟件RSNetworx。RSView軟件具有工程師組態功能和在僅供操作員使用的在線運行功能，工位數能力大于等于70000點，具有報警畫面和報警聲響功能，實時趨勢紀錄，最小采樣周期不大于10秒，歷史數據紀錄，最長保持時間不低于10天。
4 系統網絡特點
第一煉鋼廠2#大方坯系統控制網絡主干線ControlNet，作為PLC和操作員工作站的高速數據通道，抗干擾能力強，冗余網結構和現有網絡完全兼容，其基礎自動化配置如圖2所示。
控制設備和變頻器通過DeviceNet實現與PLC的數據交換，Flex I/O分布于各現場，完成信號的采集和控制。
(1) ControlNet通訊網
ControlNet網是一個開放的高速確定性網絡，它用于傳輸對時間有苛刻要求的信息，通信速率可達5Mbps，提供實時的控制和對等的通訊服務。
ControlNet融合了現有的遠程I/O和DH+網的性能，對于離散和連續過程控制應用均具有確定性和可重復性功能，用戶可自行設定網絡交換時間達毫秒級，從而大大改善了網絡控制的實時性和快速性。采用生產者/客戶方式，將傳統網絡針對不同站點需多次發送改為一次發送多點共享，減少了網絡發送次數，從而使網絡實時、高效。
ControlNet網絡的配置特點是無論CPU框架還是遠程擴展框架均由通訊模塊（CNB）掛在ControlNet網絡上，然后由軟件進行管理模塊的歸屬，從而使網絡的擴展和走線十分靈活，確保了煉鋼廠連鑄系統的可靠運行。
(2) DeviceNet網絡
DeviceNet是羅克韋爾自動化公司開發的基于CANBUS技術的一種現場總線，用于實現低成本、高性能的設備層網絡互連。
DeviceNet用于現場設備與PLC之間的通訊網絡，傳輸速率為125 Kbps~500Kbps，傳輸最大距離500m，最多節點數為63個，允許在線組態和帶電插拔。
DeviceNet支持主從、多主和對等通信，用戶的PLC應用程序和PC數據可以通過DeviceNet實現設備的有效控制。DeviceNet使用RSNetworx軟件進行網絡管理和組態，可以任選幾種專門定義的組態，打印數據表格、參數對象程序和電子表格等。DeviceNet網絡結構簡單，實時性強，通訊模式先進，支持多種通訊協議，可根據應用需求動態或靜態分配標識符，在線增減節點，即插即用，是一種理想的設備層現場總線網絡。
圖2 基礎自動化配置圖
5 結語
(1) 煉鋼工藝自動化控制系統數據采集量大，系統集成度高，組網靈活，管理能力強，可實時監控，電氣、儀表專業界線明確，易于車間的設備管理與維護。
(2) ControlLogix 系統與傳統PLC不同，其背板設計中有通信能力，大大提高了PLC的通信性能，多任務控制模式使回路調節的實時性更強，I/O通訊速度更快。
(3) ControlLogix 較Logix 5（1#方坯使用）設備外型美觀、短小，便于運輸和現場維護，帶熱插拔，價格相當便宜。
(4) 網絡分布式控制較點對點監控節省了大量的硬接線和工程投資。
(5) 2#方坯連鑄于2001年10月28日熱負荷試車，運行一個月便全部達產，自動化控制系統運行穩定。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號