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摘要：本文回納和總結(jié)了GE PLC及其產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)、Genius Field Control 現(xiàn)場(chǎng)總線和多媒體技術(shù)在杭鋼1＃方坯連鑄機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中具體地使用和經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：PLC 網(wǎng)絡(luò)；連鑄；現(xiàn)場(chǎng)總線；多媒體

概述

PLC及其網(wǎng)絡(luò)以其接口簡(jiǎn)單、組態(tài)方便、編程輕易、實(shí)時(shí)性強(qiáng)而廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。在杭鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠四機(jī)四流的1＃小方坯連鑄機(jī)改造項(xiàng)目中，其自動(dòng)化控制系統(tǒng)中主要控制裝置采用了美國(guó)GE FANUC公司的GE90-30PLC及其通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)、GENIUS現(xiàn)場(chǎng)總線等，它們與上位機(jī)構(gòu)成了一個(gè)集中治理、分散控制的全流程生產(chǎn)的連鑄計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為產(chǎn)業(yè)局域網(wǎng)中最常用的總線型結(jié)構(gòu)。兩臺(tái)研化工控機(jī)作為上位機(jī)，配有21″彩色顯示器，多媒體音響，寬行打印機(jī)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為操縱站放在主操縱室，供操縱職員監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，在線進(jìn)行各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)設(shè)定、數(shù)學(xué)模型修改等用；另一臺(tái)作為工程師站放在主電室，主要供“三電”維護(hù)職員對(duì)整個(gè)自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的維護(hù)和系統(tǒng)控制功能的修改。它們與各流PLC之間，通過(guò)GE產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息交換。該網(wǎng)絡(luò)支持標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP以太網(wǎng)協(xié)議，傳輸速率為10MBPS。 設(shè)備控制級(jí)按照工藝控制功能要求和分散控制的設(shè)計(jì)思想，配置如下：公用設(shè)施部分（如大包、液壓站、冷床等）采用一臺(tái)GE 90-30 PLC控制；分流設(shè)施部分（從結(jié)晶器至出坯輥道全線）各采用一臺(tái)GE 90-30 PLC控制，四流共四臺(tái)，以保證當(dāng)任一流設(shè)備故障時(shí)，不會(huì)影響其他三流的正常工作；應(yīng)用戶要求，增設(shè)供儀控專用的一臺(tái)GE 90-30 PLC集中控制，取消模擬盤(pán)和二次儀表柜。我們選用的GE 90-30 PLC，采用386CPU，具有很強(qiáng)的運(yùn)算功能，如內(nèi)裝PIＤ，結(jié)構(gòu)化編程，中斷控制，間接尋址及各種功能模塊，能完成復(fù)雜的操縱。PLC之間也通過(guò)產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行彼此之間的信息交換。

每臺(tái)PLC則采用現(xiàn)場(chǎng)分布式I/O結(jié)構(gòu)，即Genius Field Control現(xiàn)場(chǎng)I/O，GENIUS總線網(wǎng)是GE FANUC最具有特色的PLC網(wǎng)絡(luò)通訊方式。它是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的“令牌總線”系統(tǒng)，傳輸速率為153.6KBPS。網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度可達(dá)2.3KM。每個(gè)網(wǎng)段最多可掛31個(gè)I/O站。配制靈活，功能強(qiáng)大。利用GENIUS總線將PLC所要采集和控制的點(diǎn)分散到現(xiàn)場(chǎng)操縱臺(tái)、箱中。在現(xiàn)場(chǎng)操縱臺(tái)、箱內(nèi)設(shè)置I/O站，這樣由操縱臺(tái)、箱通過(guò)端子外引的控制電纜可大大減少（最少時(shí)，只有I/O站電源電纜和通訊電纜），不僅簡(jiǎn)化了外部管線，節(jié)省投資，方便維護(hù)，也進(jìn)一步進(jìn)步了系統(tǒng)的可靠性。

1.2 系統(tǒng)軟件

PLC控制級(jí)編程軟件LOGICMASTER90-30編程軟件包，具有很強(qiáng)的編程和組態(tài)的能力，操縱界面清楚直觀且提供了幫助鍵，易于把握。即能對(duì)PLC主機(jī)架組態(tài)也能對(duì)GENIUS I/O站進(jìn)行組態(tài)，無(wú)需為GENIUS I/O購(gòu)買附加軟件。該編程軟件包采用了結(jié)構(gòu)化的程序結(jié)構(gòu)，可答應(yīng)8層嵌套，256個(gè)程序塊。指令功能豐富，除常規(guī)的編程指令外，還提供了COMM-REQ通訊指令，供用戶編制通過(guò)以太網(wǎng)傳送的PLC之間的通訊程序。上位機(jī)監(jiān)控軟件選用了目前產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中較為常用的美國(guó)ｗａndｗａre公司生產(chǎn)的Intouｃｈ監(jiān)控軟件，這是一種基于PC機(jī)的監(jiān)控組態(tài)軟件，用戶可以利用它提供的各種便利功能，在操縱站上對(duì)整個(gè)連鑄生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)過(guò)程的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)控，包括參數(shù)的設(shè)置、報(bào)警，報(bào)表的打印等過(guò)程。

2 系統(tǒng)主要功能

根據(jù)連鑄工藝控制要求，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要包括以下功能：

（1） 生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集（如鋼水溫度、重量，冷卻水壓力、流量，主要傳動(dòng)裝置的速度等）；（2）在線實(shí)時(shí)控制（主要控制內(nèi)容如：大包、二冷水、拉矯機(jī)、引錠桿、火焰切割、傳輸軌道、移鋼、推鋼等）；（3）生產(chǎn)治理（包括實(shí)時(shí)生產(chǎn)報(bào)表打印、故障記錄、多媒體語(yǔ)音提示等）。要求系統(tǒng)具有快速性、實(shí)時(shí)性、可靠性、靈活性和網(wǎng)絡(luò)化功能。具體要求如下：

2.1控制內(nèi)容

2.1.1分流部分

鋼水液面及電磁攪拌控制。 
二冷水（足輥、一段、二段、三段）流量控制，
定尺切割和火焰切割自動(dòng)控制，
拉矯機(jī)速度和結(jié)晶器振動(dòng)控制，
引錠桿、傳送輥道控制；

2.1.2公用部分

公用數(shù)據(jù)采集，如大包溫度、鋼水重量的數(shù)據(jù)采集
大包轉(zhuǎn)臺(tái)和中間包小車控制，
冷床控制；
液壓站控制。

2.2 生產(chǎn)過(guò)程治理

2.2.1 參數(shù)設(shè)定和修改

將工藝職員提供的不同鋼種和截面工藝參數(shù)值制成表格存放在計(jì)算機(jī)中，操縱職員可根據(jù)生產(chǎn)要求：選出當(dāng)前澆鑄所需的鋼種和截面等參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示鋼水液面、鑄坯表面溫度、拉速、結(jié)晶器振動(dòng)頻率、定尺長(zhǎng)度、二冷水PIＤ調(diào)節(jié)參數(shù)等，并可在線修正各種設(shè)定參數(shù)。

2.2.2 操縱監(jiān)視

操縱站上的監(jiān)控畫(huà)面由主畫(huà)面和30多幅子畫(huà)面組成，全面直觀反映了1＃連鑄機(jī)的全流程生產(chǎn)線。 畫(huà)面之間的切換用鼠標(biāo)簡(jiǎn)單的擊點(diǎn)工藝畫(huà)面鍵或功能指示鍵即可。系統(tǒng)操縱十分簡(jiǎn)便。

畫(huà)面主要功能有：反映設(shè)備狀態(tài)的生產(chǎn)預(yù)備畫(huà)面，如送引錠、澆鑄預(yù)備，并具有一定的操縱指導(dǎo)作用；反映實(shí)時(shí)控制的生產(chǎn)流程圖，如工藝總貌圖、大包系統(tǒng)畫(huà)面、拉矯機(jī)和結(jié)晶器系統(tǒng)畫(huà)面、活焰切割系統(tǒng)畫(huà)面、出坯系統(tǒng)畫(huà)面、推鋼和移鋼系統(tǒng)畫(huà)面、液壓站畫(huà)面、二冷水控制畫(huà)面，并具有動(dòng)畫(huà)顯示和在線幫助功能，如大包轉(zhuǎn)動(dòng)、正在澆鑄的鑄坯的移動(dòng)位置、火焰切割過(guò)程、推鋼、移鋼動(dòng)作等，動(dòng)畫(huà)實(shí)時(shí)地反映整條生產(chǎn)流程的工作狀態(tài)；反映網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置的示意圖，監(jiān)視操縱站和PLC的工作狀態(tài)，并監(jiān)視操縱站與PLC、PLC與PLC之間的通訊網(wǎng)狀態(tài)，GENIUS總線的工作狀態(tài)和各I/O站的工作狀態(tài)。為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的維護(hù)提供更直觀的幫助。

2.2.3 實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)：

對(duì)主要的過(guò)程參數(shù)編制實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)曲線，存儲(chǔ)時(shí)間按若干小時(shí)設(shè)定，便于對(duì)故障進(jìn)行分析或優(yōu)化工藝參數(shù)的設(shè)定計(jì)算；

2.2.4 系統(tǒng)報(bào)警功能

在連鑄澆鑄過(guò)程中，各類工藝參數(shù)或設(shè)備發(fā)生異常時(shí)，除了它們所在的畫(huà)面會(huì)自動(dòng)顯示出來(lái)，故障總表中會(huì)記錄鼓掌發(fā)生的時(shí)間、來(lái)源和恢復(fù)的時(shí)間，此外，還伴有多媒體語(yǔ)音提示操縱職員。便于及時(shí)找出故障原因并予以排除，進(jìn)步了現(xiàn)場(chǎng)處理故障的能力。

2.2.5 報(bào)表打印

按工藝要求，實(shí)時(shí)或定時(shí)打印生產(chǎn)報(bào)表。如班作業(yè)報(bào)表、月作業(yè)報(bào)表和故障信息等。

2.2.6 多媒體語(yǔ)音功能

操縱站具有多媒體功能，主要生產(chǎn)參數(shù)發(fā)生異常、主要設(shè)備起動(dòng)或發(fā)生故障時(shí)，操縱站上的語(yǔ)音系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示現(xiàn)場(chǎng)職員留意安全或及時(shí)處理題目。

3 結(jié)束語(yǔ)

杭鋼轉(zhuǎn)爐分廠1＃連鑄機(jī)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)充分運(yùn)用產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和多媒體技術(shù)，將PLC與操縱站、PLC與PLC、PLC與分布式I/O站有機(jī)地連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)快速、正確的控制。尤其是FIELD CONTROL GENIUS總線的應(yīng)用不僅優(yōu)化了整個(gè)控制系統(tǒng)，而且節(jié)省了大量的物力和財(cái)力；更重要的是為“三電”調(diào)試職員提前進(jìn)進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試，提供了必要的條件，贏得了寶貴的調(diào)試時(shí)間。實(shí)現(xiàn)了“三電”調(diào)試和機(jī)械設(shè)備安裝同時(shí)進(jìn)行、同時(shí)完成的目標(biāo)。滿足了用戶“機(jī)械設(shè)備安裝完成，即生產(chǎn)”的苛刻要求。自2000年6月2日提前投產(chǎn)以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。至6月30日，就已累計(jì)生產(chǎn)合格連鑄坯2426。6噸，實(shí)現(xiàn)了一次投產(chǎn)，一次成功的目標(biāo)。