| 榮獲“2005年度工控及自動化領域優秀案例”有獎評選 三等獎 |
|
|
| | 專家點評： |
| | 該論文是一篇設計總結。介紹了寬厚板工程加熱爐瓦，軋機瓦和剪切瓦自動化硬件設備的配置情況和I/O點的數量及I/O模塊的配置。
寬厚板軋機的自動控制是相當復雜的，尤其是精軋機的自動厚度控制（AGC）、自動寬度設控制（AWC）、自動板型控制（AFC）這些功能為何實現論文沒有提及。目前國內新上的4300mm和5000mm寬厚板軋機在控軋控冷技術上又有新的突破。其數學模型都存于服務器中。對于配置圖中的服務主要是生產管理功能，介紹地也欠詳細，尤其是PDI原始數據的采集和生產計劃的形式沒有L3級的情況下，如何實現的。
論文對寬厚板軋機控制系統的國產化，自主集成有一定參考價值。
點評人：宋道峰 |
濟鋼寬厚板一期工程是濟鋼"九五"規劃的重點工程,建成投產后,可生產造船板、碳素結構板、鍋爐板、高壓容器板、低合金板、橋梁板、汽車大梁板、海洋采油平臺板、高強度板、管線板、軍用裝甲板和其他工業用板等，因此自動化系統系統要求高，系統要求反應速度快、聯網功能強、可靠。經過對多家國外自動化生產廠家的考察，我們選擇了SIEMENS公司生產的PLC及傳動設備 分以下分三部分介紹：
SIMATIC-S7系統
傳動系統
計算機管理網
第一部分 SIMATIC-S7系統
當今，在瞬息萬變的工業自動化控制領域中，可編程控制器可謂是品種繁多良莠不齊，而德國SIEMENS公司最新推出的SIMATIC_S7控制器，不但具有可編程控制器的含義，而且意味著更多的內容。那就是：全集成自動化。它代表了一種將生產制造和工藝過程領域統一起來的革命性的新方法。從而使所有的軟硬件都能合成為一個系統。這種集成包括三個方面：
在數據管理方面：數據僅需輸入一次，整個工廠即可獲得該 數據。
在配置與編程方面：所有單元和系統都由一個全集成且模塊化的系統進行配置、編程、啟動、測試和監控。
在通訊方面：不用編程，只需填一下表格即可完成。
因此，它成為當今自動化領域的佼佼者。基于上述特點，濟鋼在寬厚板工程中的全部自動化控制系統均采用SIEMENS公司生產的SIMATIC－S7產品。下面就簡要介紹一下SIMATIC-S7產品在該工程中具體應用情況。
一、系統組成
該工程按工藝要求將整個電控系統分成四部分，每部分采取I/O站分散布置，并利用Profibus－FMS網實現多個PLC通訊、數據交換、對電器設備及工藝過程進行操作、控制、管理。這四部分分別是：
(1) 加熱爐本體
(2) 加熱爐后
(3) 軋機區
(4) 剪切區
1.加熱爐本體
兩座加熱爐的儀控計算機采用了兩套CPU413－1型可編程控制器，每套PLC負責控制一座加熱爐的全部儀表。用來完成加熱爐各過程工藝參數的數據采集與過程控制。在軟件方面將先進的模糊控制與經典的PID控制相結合以達到加熱爐最佳燃燒的控制效果。該系統還與管理網絡進行通訊，傳輸生產過程參數、接收管理與控制信息。
1.1主要檢測與控制項目
1） 加熱爐第一加熱段鋼坯溫度檢測、爐內溫度檢測與調節，一段煤氣流量檢測，熱風流量檢測與調節，煤氣熱風壓力檢測。
2） 加熱爐第二加熱段鋼坯溫度檢測、爐內溫度檢測與調節、二段煤氣流量檢測，熱風流量檢測與調節，煤氣熱風壓力檢測。
3） 加熱爐第三加熱段鋼坯溫度檢測、爐內溫度檢測與調節、三段煤氣流量檢測、熱風流量檢測與調節、煤氣熱風壓力檢測。
4） 加熱爐第一、第二加熱段之間、加熱爐第二、第三加熱段之間，爐頭、爐尾溫度檢測。
5） 加熱爐爐膛壓力檢測、與調節。
6） 煤氣總管壓力檢測與調節。
7） 熱風管壓力檢測與調節。
8） 煤氣、熱風溫度檢測。
9） 鋼坯出爐溫度檢測。
10） 換熱器前后煙道溫度檢測。
11） 氣化冷卻汽泡溫度、壓力檢測、液位檢測與調節。
1.2 PLC硬件組成：
中央處理單元CPU 2塊：CPU413-1
8路模擬量輸入模板14塊
8路模擬量輸出模板4塊
32點數字量輸入模板2塊
16點數字量輸出模板2塊
通訊模板2塊：CPU443-5
電源模板2 塊
1.3每套主機控制的I/O點數如下：
模擬量輸入56點
模擬量輸出16點
數字量輸入32點
數字量輸出16點
加熱爐爐溫主副控制原理圖見圖一：
圖一 2.加熱爐后：
加熱爐后PLC控制系統主要用來控制12套西門子生產的6RA24直流調速裝置，用來完成兩座加熱爐的進料與排鋼。坯料由天車放在受料臺上，然后逐塊用推料機送上受料輥道，并經進爐輥道后由各自的推鋼機送入加熱爐中進行加熱，待坯料被加熱至1059－1200度時，將坯料由爐內推出到加熱爐出爐輥道上，系統自動記錄與顯示進爐的料坯數量。該系統由一個本地單元和一個擴展單元組成。
2.1硬件組成如下：
中央處理單元CPU412-1 1塊
電源模塊1塊10A
32點數字量輸入模板15塊
16點數字量輸出模板15塊
接口模板2塊
通訊模板2塊
2.2 其控制的I/O點數如下：
數字量輸入：480點
數字量輸出：240點
2.3控制設備范圍
本系統共控制如下設備：
一套受料輥道
七套進爐輥道
四套推鋼機
四套鋼坯計數器
2.4控制方式
采用集中控制方式，整個操作集中在爐前操作室的二個操作臺上，通過改變操作臺上的主令給定，實現可逆式有級調速。當遇到緊急情況時，可通過操作臺上的禁止按鈕來終止整個系統的運行。
程序流程框圖見圖二。
3. 粗軋機區
使用一套CPU414－2DP型可編程控制器來完成軋機APC及測溫，測厚，測寬等軋制線上的工藝操作控制。
3.1主要控制項目如下：
實現精確的壓下APC控制
粗軋機前、精軋機后、軋機間鋼坯溫度測量
在線鋼坯跟蹤檢測
粗軋機后鋼坯測寬
鋼坯進料與鋼板成品重量測量
軋機軋制壓力、軋輥輥縫、軋制速度測量
主電機扭力測量、振動測量、軸瓦溫度測量
3.2該系統由一個本地單元和3個擴展單元組成，其具體硬件組成如下：
中央處理單元CPU414-2DP 1塊
電源模板 4塊
高速計數模板 2塊
8路模擬量輸出模板 2塊
8路模擬量輸入模板 2塊
16點繼電器輸出模板 4塊
16點數字量輸出模板 1塊
16點數字量輸入模板 20塊
接口模板 4塊
通訊模板 1塊
3.3其控制的I/O點數如下：
模擬量輸入 16點
模擬量輸出 16點
數字量輸入 320點
數字量輸出 80點
圖二 4.剪切區
使用一套CPU314－1型可編程控制器來完成剪切區的工藝操作控制。具體控制內容如下：鋼板的輸送、定位、定尺、劃線、剪切。主要設備包括：一套電磁移鋼機、二套縱剪輥道、一套剪間輥道、一套橫剪定尺輥道、一套液壓電磁閥、激光劃線機、升降定位擋板。
4.1該系統由一個本地單元和3個擴展單元組成， 其具體硬件組成如下：
中央處理單元CPU314-1 1塊
電源模板 4塊
接口模板 4塊
16點數字量輸入模板 7塊
16點數字量輸出模板 25塊
4.2其控制的I/O點數如下：
數字量輸入 112點
數字量輸出 400點
二、軟件部分
軟件包括兩部分：STEP7標準軟件和可選軟件包。
1.編程軟件采用STEP7，主要完成下列任務：
硬件的組態與參數設置
通訊的定義
編寫用戶程序
測試、啟動與維護
文件建檔
2.在該工程中還使用了下列三種軟件包
高速計數模塊軟件包 用來完成壓下計量任務
閉環控制軟件包--用來實現閉環控制問題
模糊控制軟件包--用來實現加熱爐的最佳燃燒控制問題
集合以上軟件運行在WINDOWS95環境下，具有友好的用戶界面和全方位的在線幫助，操作簡單，方便易學。
為生成用戶程序STEP7提供了下列三種標準化變成語言：
語句表（STL）
梯形圖（LAD）
功能方框圖（FBD）
用戶可選擇最適于工作任務和自身條件的語言編程
通過使用發現該軟件有如下特點：
軟件為用戶提供了全面而綜合的幫助功能，使用戶能在較短的時間內快速了解全部系統。STEP7編程語言提供了非常豐富的指令集，它使復雜功能的編程變得簡單快捷。
提供了結構化的程序設計方法：STEP7以塊形式管理用戶編寫的程序和數據，可以通過調用語句將它們組成結構化的用戶程序，增加了程序的可讀性和易維護性。
系統為用戶提供了大量預先編制的功能塊，用戶可直接使用使用這些功能塊，從而大大縮短了編程時間。
數據采取集中存貯方式，僅需輸入一次所有的軟件單元即可得到
符號由一個統一的符號表進行管理，本工程范圍的所有工具均可使用。
便捷的管理單元，處理整個工程的管理事務，協調所有
