1概述
濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司
將新建一條年產(chǎn)250萬噸熱軋鋼卷的1700mm中薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線。濟(jì)鋼1700熱軋生產(chǎn)線主要由：兩座步進(jìn)式加熱爐，一臺(tái)帶前立輥的四輥可逆式粗軋機(jī)，一臺(tái)切頭飛剪，六機(jī)架精軋機(jī)組，一套帶鋼層流冷卻裝置，兩臺(tái)卷取機(jī)，一套鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)等設(shè)備組成。
熱軋生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)由兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成，一級(jí)為基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)（簡稱Level1），二級(jí)為過程控制級(jí)（簡稱Level2）。
基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)（LEVEL1）控制器采用GEFanuc的PACsystemsRX7i系列作為主控制器，而其中液壓控制采用基于德國MEN公司的POWERPCCPU板及必要的I/O模塊構(gòu)成的液壓控制器。主要完成數(shù)據(jù)采集、加熱爐熱工參數(shù)控制、設(shè)備順序控制、位置控制、速度控制、帶鋼厚度、寬度、溫度、板形控制等任務(wù)。
過程控制自動(dòng)化級(jí)控制范圍：從加熱爐爐前輥道開始，到鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)的鋼卷在線稱重結(jié)束。主要完成初始數(shù)據(jù)輸入、物料跟蹤、過程參數(shù)設(shè)定計(jì)算、數(shù)據(jù)記錄和報(bào)表、人機(jī)對(duì)話處理、數(shù)據(jù)通訊、模擬軋鋼、歷史數(shù)據(jù)處理、應(yīng)用系統(tǒng)起動(dòng)、事件監(jiān)視等任務(wù)。過程控制自動(dòng)化級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)預(yù)留與連鑄、冷軋計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通訊接口。
2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
由于熱連軋要求其計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有“高速控制”和“高速通訊”的“二高”生能，因此基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足熱連軋控制對(duì)系統(tǒng)提出的“二高”要求，具體地說，為了滿足液壓系統(tǒng)控制以及各功能間互通信，所配系統(tǒng)應(yīng)具有二個(gè)“1ms”，即控制周期可以達(dá)到1ms及高速通訊中數(shù)據(jù)更新周期小于1ms的要求。因此整個(gè)連軋機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的配置由三層通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。
*層：2Gb/s的超高速光纖內(nèi)存映像網(wǎng)。內(nèi)存映像主網(wǎng)將直接與過程控制級(jí)服務(wù)器相連，是該系統(tǒng)主網(wǎng)，連接軋線上各主要功能控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)站、實(shí)時(shí)仿真站及二級(jí)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)（記錄）存儲(chǔ)及分析站直接連在內(nèi)存映像主網(wǎng)上以能直接獲取設(shè)定，采樣以及操作的數(shù)據(jù)。
第二層：l00Mb/s的基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。主要完成控制器、操作員站、特殊功能站、軋線儀表及二級(jí)系統(tǒng)之間通訊，同時(shí)亦作各控制器遠(yuǎn)程編程用。
第三層：現(xiàn)場總線ProfibusDP網(wǎng)。主要提供各區(qū)域的控制器與主/輔電氣傳動(dòng)、遠(yuǎn)程I/O及CPU的通訊，zui高通訊速度12Mb/s。軋線上的所有主、輔電氣傳動(dòng)部通過ProfibusDP網(wǎng)與相應(yīng)區(qū)域的控制器相連，控制器為DP網(wǎng)主站，電氣傳動(dòng)控制器為從站；各區(qū)域的遠(yuǎn)程I/O及相應(yīng)操作臺(tái)與操作箱I/O和操作單元CPU的I/O單元均通過ProfibusDP網(wǎng)與主控制器相連，公輔系統(tǒng)遠(yuǎn)程I/O通過ProfibusDP網(wǎng)與相應(yīng)區(qū)域的控制器相連?，F(xiàn)場總線和遠(yuǎn)程I/O的普遍采用實(shí)現(xiàn)了以少量通訊電纜代替大量控制電纜的目的。
根據(jù)連軋線工藝特點(diǎn)及設(shè)備分布，各功能控制器及0PS基本上分為四個(gè)區(qū)，即加熱爐區(qū)、粗軋區(qū)、精軋區(qū)和卷取區(qū)。
各區(qū)域控制器主要完成本區(qū)域邏輯控制、人機(jī)對(duì)話、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理及物料跟蹤等功能。各臺(tái)控制器分布如下：
?。?）加熱爐區(qū)共設(shè)6臺(tái)PLC。GE的PACSystemsRX7i系統(tǒng)3套，GE90-30PLC系統(tǒng)3套。爐區(qū)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用以太網(wǎng)、Profibus-DP網(wǎng)等多種方式進(jìn)行通訊，主控制器采用以太網(wǎng)的方式與上位機(jī)及軋線其他區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。爐區(qū)主要向上位機(jī)傳送鋼坯數(shù)據(jù)，A輥道有無鋼坯信號(hào)，入爐信號(hào)和出鋼信號(hào)等，同時(shí)從粗軋區(qū)獲取要鋼信號(hào)，向傳動(dòng)設(shè)備發(fā)送運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)等。
加熱爐區(qū)基礎(chǔ)自動(dòng)化要完成的功能有：爐前輥道邏輯順序控制、入爐輥道板坯對(duì)中控制、裝料機(jī)裝鋼控制、出料機(jī)抽鋼控制、爐內(nèi)步進(jìn)梁控制、出爐輥道控制。
（2）粗軋區(qū)共設(shè)3臺(tái)PLC。其中GE的PACSystemsRX7i系統(tǒng)2套，GE90-30PLCl套。粗軋區(qū)的任務(wù)是把出爐的板坯先經(jīng)高壓水除鱗，再由E/R進(jìn)行3~5道次往復(fù)軋制，zui后經(jīng)D、E輥道輸送到精軋區(qū)。具體包括：D輥道、粗軋機(jī)速度控制、粗軋除鱗水控制、粗軋區(qū)入口／出口側(cè)導(dǎo)板APC控制、立輥VE1開口度APC控制、平輥R1軋機(jī)的壓下APC控制、粗軋機(jī)速度順序控制、粗軋機(jī)立/平輥間徽張力控制、保溫罩控制、自動(dòng)寬度控制（AWC）。
（3）精軋區(qū)共設(shè)14臺(tái)PLC。其中GE的PACSystemsRX7i系統(tǒng)12套，GE90-30PLC2套。成品帶鋼的質(zhì)量與精軋區(qū)控制精度密切相關(guān)，因此該區(qū)域是控制功能密集區(qū)。該區(qū)控制包括：中間輥道（E輥道）控制、飛剪前導(dǎo)尺控制、飛剪控制、精軋除鱗控制、精軋機(jī)順序控制、主速度控制，活套高度和活套張力控制、精軋機(jī)彎輥、串輥控制、精軋液壓壓下APC及壓下零調(diào)、精軋液壓AGC控制、精軋終軋溫度控制、精軋機(jī)工作輥和支撐輥換輥控制?？紤]到精軋機(jī)組液壓傳動(dòng)比較集中，因此在精軋區(qū)采用了“機(jī)架控制器”，即每一臺(tái)精軋機(jī)設(shè)一臺(tái)機(jī)架控制器，內(nèi)設(shè)一個(gè)PⅢCPU，兩個(gè)PowerPC液壓控制模塊，來控制該機(jī)架的液壓壓下、彎輥、竄輥、液壓活套等。
?。?）卷取區(qū)共設(shè)5臺(tái)PLC。其中GE的PACSystemsRX7i系統(tǒng)4套，GE90-30PLC1套。卷取區(qū)完成任務(wù)：熱軋帶鋼的層流冷卻、模擬軋鋼、質(zhì)量分類、輸出輥道速度控制、卷取前導(dǎo)尺開口度控制、夾送輥速度控制、張力控制與助卷輥輥縫調(diào)節(jié)、速度控制與自動(dòng)跳步控制（AJC）、卷筒主速度控制和卷取張力控制、卷取順序控制、卸卷控制等。
3硬件特點(diǎn)
GEFanuc的PACSystemsRX7i及相關(guān)產(chǎn)品的主要特點(diǎn)：
?。?）PACSystemsRX7i系列采用InPentiumⅢ芯片，主頻有300MHz/700MHz兩檔，10MB內(nèi)存，運(yùn)算速度大大提高，應(yīng)用梯形圖來實(shí)現(xiàn)順序邏輯控制，同時(shí)又能完成閉環(huán)控制。高容量的電源（100W和350W），無須外接電源。
?。?）CPU板集成以太網(wǎng)口，支持10/100M通訊，大大提高通訊能力。
?。?）基于VME總線的開放式結(jié)構(gòu)，支持90-70系列I/O、GEHIUS總線控制器體系結(jié)構(gòu)和廣泛的第三方的基于VME的CPU板及I/O模塊。在同樣的機(jī)架里支持現(xiàn)有的90-70I/O和新的I/O。
?。?）Windows環(huán)境下的集成開發(fā)工程環(huán)境CimplicityME為PACSystemsRX7i系列的所有編程、配置和診斷提供了廣義的工程開發(fā)環(huán)境。除I/O點(diǎn)外，可以直接使用變量名編程而無須關(guān)心其地址分配，使得設(shè)計(jì)更靈活同時(shí)提高了工程設(shè)計(jì)的效率。
?。?）系統(tǒng)采用開放的VME總線結(jié)構(gòu)，可安裝超過300家不同廠商的VME標(biāo)準(zhǔn)模塊。在系統(tǒng)配置中，除本身的機(jī)架I/O模塊外還可通過現(xiàn)場總線（如ProfibusDP）與遠(yuǎn)程I/O模塊相連接，構(gòu)成一個(gè)功能強(qiáng)大、價(jià)格合理的控制平臺(tái)，以滿足各種大規(guī)模、復(fù)雜的高速控制要求。
?。?）GE90-30PLC系列成本低、性能高，可以方便取代從簡便的繼電器到復(fù)雜的中型自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用場合。它的CPU具有強(qiáng)大的功能，如內(nèi)置PID調(diào)節(jié)、結(jié)構(gòu)化編程、中斷控制、間接尋址及各種功能模塊，能順利完成復(fù)雜的操作。另外，90-30系列有功能很強(qiáng)的特殊模塊可供選擇，如高速計(jì)數(shù)模塊、ProfibusDP通訊模塊等。
?。?）versaMax系列PLC提供了廣泛的I/O模塊，組態(tài)更加靈活。通訊模塊能將versaMax與ProfibusDP網(wǎng)（或其它工業(yè)現(xiàn)場總線）相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
4結(jié)柬浯
帶鋼熱連軋生產(chǎn)的特點(diǎn)是連續(xù)性、快速性、實(shí)時(shí)性、控制精度高。這就要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有高速控制、高速通訊能力，以實(shí)現(xiàn)高精度的控制，而本設(shè)計(jì)正能夠滿足此要求。系統(tǒng)采用了美國通用電氣公司（GE）的產(chǎn)品，在穩(wěn)定性和成熟性上具有可靠的保證。此系統(tǒng)將為熱連軋廠的順利投產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)保障，熱連軋生產(chǎn)線的投運(yùn)將給濟(jì)鋼帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
1袁宇峰，我國鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化的現(xiàn)狀和發(fā)展，鋼鐵研究，2004（6）。
2馬宏遠(yuǎn)，開放式工業(yè)過程自動(dòng)化系統(tǒng)，鋼鐵技術(shù)，2002（3）。
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