馬鋼第三煉鋼廠新六機六流連鑄機電氣自動化系統(tǒng)

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(shè)計研究院、奧 鋼聯(lián)聯(lián)合設(shè)計的，其年設(shè)計能力為70萬噸，目前已達到 其年設(shè)計能力。它是目前世界上設(shè)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(chǎn)將 為馬鋼開發(fā)新的高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品開辟了新的 途徑。

系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)

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

新六機六流方連鑄機生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)分兩級,第一級稱基 礎(chǔ)自動化，基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)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(tǒng)組成。其中29臺德國SEW公司變 頻器都作為從站以PROFIBUS-DP協(xié)議與PLC相連，由PLC跟蹤系統(tǒng)設(shè)定速度，儀控系統(tǒng)121總線儀表通過 PROFIBUS-PA協(xié)議與PLC相連。該臺鑄機主體設(shè)備核心 部件、二級工藝過程控制應(yīng)用軟件包等均從奧鋼聯(lián)引 進。為解決重工業(yè)廠區(qū)的電磁干擾和滿足大容量的數(shù)據(jù) 交換，在高層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中考慮采用100M bit/s光纖Ethernet 環(huán)網(wǎng)，每個主PLC站通過CP443-1模塊及OSM光連接模 塊,連成光纖環(huán)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。

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

在中央監(jiān)控層采用 SER VER/ CLIENT結(jié)構(gòu)，改變過去單機應(yīng) 用模式，采用多用戶系統(tǒng)。多 用戶系統(tǒng)由多個操作員終端構(gòu)成，這幾個操作員終端則通過終端總線提供數(shù)據(jù)，而終端總線是獨立于系統(tǒng)總線的標(biāo)準(zhǔn)以 太網(wǎng)，僅用于從OS服務(wù)器向過 程終端、工程系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。系 統(tǒng)總線和終端總線完全分離, OS服務(wù)器只需通過自動化系統(tǒng) 提供一次數(shù)據(jù)。

多用戶系統(tǒng)的優(yōu)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(dāng)?shù)土? 可實現(xiàn)互連、互通和 互操作功能；為保證系統(tǒng)的可靠性，OS服務(wù)器需2臺作 冗余，若其中一臺服務(wù)器故障，OS終端將自動切換，延 時1-2分鐘，故障服務(wù)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(tǒng)：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(wǎng)通訊模塊構(gòu)成。CPU集成DP 口通過Profibus-DP網(wǎng)與下掛5個I/O遠程工作站-ET200M(采集本流現(xiàn)場的各種電控設(shè)備、液面控制器等的開關(guān) 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(jié)晶液壓振動，#1，#2 中包液面進行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)交換，工程師站PDM軟件通過 CP443-5 EXT路由功能，實現(xiàn)遠方修改儀表信息。二 至六流的設(shè)備構(gòu)成與一流相同。

· 公用系統(tǒng)：主機架配置與鑄流配置一樣，CPU集成DP口通過PROFIBUS-DP網(wǎng)與下掛4個I/O遠程工作站-ET200M(采集現(xiàn)場的各種電控設(shè)備、拉矯,出坯火切等的開關(guān) 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(zhuǎn)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(jié)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(shù)據(jù)交換。

· 操作員工作站與監(jiān)控系統(tǒng)：采用CLIENT/SERVER結(jié)構(gòu),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(xiàn)對生產(chǎn)線的組合操作，狀態(tài)監(jiān)控，參數(shù)設(shè)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(tài)參數(shù)和趨勢圖。

系統(tǒng)的特點

從技術(shù)角度看：

· 總線技術(shù)代表檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展趨勢

· 儀控系統(tǒng)采用PA總線技術(shù)，直接獲取數(shù)字信號，簡化了PLC程序，取消了大量A/D轉(zhuǎn)換任務(wù),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(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備控制網(wǎng)和工廠管理網(wǎng)，可遠程預(yù) 測和設(shè)備診斷，遠程調(diào)整操作參數(shù)，設(shè)備管理，同時由 于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，連線簡單而減少了維護工作量

· 節(jié)省大量的電纜與硬件設(shè)備的投資和安裝、調(diào)試費用,大大縮短了安裝調(diào)試時間

· 用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)，可自由選擇不同廠 家的設(shè)備組成最佳系統(tǒng)，設(shè)備出故障時可自由選擇替換 的設(shè)備；其設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化，使其還具有 設(shè)計簡單、易于重構(gòu)等優(yōu)點

· 大量的現(xiàn)場設(shè)備信息進入管理層，提高了設(shè)備的運行 管理水平，使操作和維護人員及時掌握全廠現(xiàn)場設(shè)備 的詳細狀態(tài)信息，可預(yù)測性的維護，節(jié)省大量人力和 時間

從經(jīng)濟角度看：

· 系統(tǒng)設(shè)備費由于控制系統(tǒng)的95%的模擬量均由PA總線控制，節(jié)約了大量的I/O模擬量板，其節(jié)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(jié)省投資31％