馬鋼第三煉鋼廠新六機六流連鑄機電氣自動化系統

項目介紹

三鋼新六機六流方坯連鑄機工程是馬鋼“十五”期間十 三個重點基建技改項目之一，是由馬鋼設計研究院、奧 鋼聯聯合設計的，其年設計能力為70萬噸，目前已達到 其年設計能力。它是目前世界上設備裝備水平、自動化 控制水平比較先進的高效連鑄機之一，它的建成投產將 為馬鋼開發新的高技術含量、高附加值產品開辟了新的 途徑。

系統設計依據

面對21世紀的世界性的自動化控制領域以分布式現場總 線為主導的，電氣控制技術、電子儀表控制技術、電子 計算機技術（EIC）三電合一的一場革命性變革及發展 趨勢；借鑒三鋼廠具有90年代世界水平的引進設備異型 坯連鑄機的自動化控制系統先進的設計思想，在充分考 慮到設備先進性、開放性、穩定性及備件來源的可靠性 和價格性能比等諸多因數，結合參加異型坯連鑄機自動化系統安裝調試積累的經驗和對引進的自動化設備深入的認識,我們選定了西門子公司先進的控制設備.

新六機六流方連鑄機生產線自動化系統分兩級,第一級稱基 礎自動化，基礎自動化系統主要由西門子公司的SIMATIC S7-400PLC、操作員工作站(WINCC C/S方式）、傳動裝 置(變頻器)和儀控系統組成。其中29臺德國SEW公司變 頻器都作為從站以PROFIBUS-DP協議與PLC相連，由PLC跟蹤系統設定速度，儀控系統121總線儀表通過 PROFIBUS-PA協議與PLC相連。該臺鑄機主體設備核心 部件、二級工藝過程控制應用軟件包等均從奧鋼聯引 進。為解決重工業廠區的電磁干擾和滿足大容量的數據 交換，在高層網絡設計中考慮采用100M bit/s光纖Ethernet 環網，每個主PLC站通過CP443-1模塊及OSM光連接模 塊,連成光纖環網絡拓撲結構。

如下圖所示，三鋼六機六流連鑄機生產線的基礎自動化 系統，根據其工藝需求，每條鑄流均是一條獨立的生產 線，此外還有一些公用系統，為便于管理和維護，在現 場級由六套鑄流PLC系統和一套公用PLC系統組成，每 套PLC都將所有信息送到中央監控層，還有部分鑄流系統與共用系統的數據交換，為保證系 統的可靠性及快速性，選用工 業以太網。

在中央監控層采用 SER VER/ CLIENT結構，改變過去單機應 用模式，采用多用戶系統。多 用戶系統由多個操作員終端構成，這幾個操作員終端則通過終端總線提供數據，而終端總線是獨立于系統總線的標準以 太網，僅用于從OS服務器向過 程終端、工程系統提供數據。系 統總線和終端總線完全分離, OS服務器只需通過自動化系統 提供一次數據。

多用戶系統的優點在于：過程終端能夠以極大的靈活性安裝與排列；安裝費用相當低廉, 可實現互連、互通和 互操作功能；為保證系統的可靠性，OS服務器需2臺作 冗余，若其中一臺服務器故障，OS終端將自動切換，延 時1-2分鐘，故障服務器啟動后需手動切換OS終端，在 故障后重新啟動操作員站時，所有測量值檔案和報警檔 案將被自動比較和更新。

· 鑄流系統：以一流為例，主PLC(S7-400)的主機架由一 個電源模塊、一個CPU414-2DP、一個CP443-5 EXT(路 由功能)和CP443-1以太網通訊模塊構成。CPU集成DP 口通過Profibus-DP網與下掛5個I/O遠程工作站-ET200M(采集本流現場的各種電控設備、液面控制器等的開關 量與模擬量)和一個接點容量為5A的I/O遠程工作站-ET200(MCC柜)，拉矯機變頻器，引桿變頻器、BMS變頻器，輥道1#變頻器、輥道2-4#變頻器和火切割槍變頻 器；3套C7-633分別用來控制結晶液壓振動，#1，#2 中包液面進行數據交換；CP443-5 EXT的DP口通過DP/ PA LINK與支持PA通訊的儀表(19臺變送器，閥門定位 器，流量計)進行數據交換，工程師站PDM軟件通過 CP443-5 EXT路由功能，實現遠方修改儀表信息。二 至六流的設備構成與一流相同。

· 公用系統：主機架配置與鑄流配置一樣，CPU集成DP口通過PROFIBUS-DP網與下掛4個I/O遠程工作站-ET200M(采集現場的各種電控設備、拉矯,出坯火切等的開關 量與模擬量)和2個接點容量為5A的I/O遠程工作站-ET200(MCC柜)，大包回轉變頻器，#1中包行走變頻器、#1中包行走變頻器，移鋼機變頻器和U/V冷床變頻器；1 套C7-633用來控制BMS冷卻水，2套S7-300用于打號, 結晶振動液壓控制；CP443-5 EXT的DP口通過DP/PA LINK與支持PA通訊的儀表(7臺變送器，閥門定位器, 流量計)進行數據交換。

· 操作員工作站與監控系統：采用CLIENT/SERVER結構,在主電室安裝2套冗余的無限點WINCC SEVER，其中1臺為工程師站，除安裝WINCC外，還需STEP7，PDM,1臺操作員站,在主控室安裝3臺HMI,火切室、拉矯室各 一臺HMI。通過HMI實現對生產線的組合操作，狀態監控，參數設定和報警顯示，同時還配有打印機和硬拷貝機, 用于打印報警信息、工藝動態參數和趨勢圖。

系統的特點

從技術角度看：

· 總線技術代表檢測系統數據傳輸技術的發展趨勢

· 儀控系統采用PA總線技術，直接獲取數字信號，簡化了PLC程序，取消了大量A/D轉換任務,提高了主PLC工作效率，減少模擬量信號在傳輸過程中的誤差，提高了測量精度

· 由于實現了現場設備控制網和工廠管理網，可遠程預 測和設備診斷，遠程調整操作參數，設備管理，同時由 于系統結構簡化，連線簡單而減少了維護工作量

· 節省大量的電纜與硬件設備的投資和安裝、調試費用,大大縮短了安裝調試時間

· 用戶具有高度的系統集成主動權，可自由選擇不同廠 家的設備組成最佳系統，設備出故障時可自由選擇替換 的設備；其設備的標準化和功能模塊化，使其還具有 設計簡單、易于重構等優點

· 大量的現場設備信息進入管理層，提高了設備的運行 管理水平，使操作和維護人員及時掌握全廠現場設備 的詳細狀態信息，可預測性的維護，節省大量人力和 時間

從經濟角度看：

· 系統設備費由于控制系統的95%的模擬量均由PA總線控制，節約了大量的I/O模擬量板，其節約費用恰與各類帶PA總線的儀表(PA表比普通表貴10%-30%，2001年價格)漲幅相等

· 電纜橋架費由計劃的95萬降至18萬

· 安裝費用由計劃的68萬降至21萬

· 總計節省投資31％