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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)場總線和多媒體技術(shù)在杭鋼1＃方坯連鑄機自動控制系統(tǒng)中具體地使用和經(jīng)驗。
關鍵詞：PLC 網(wǎng)絡；連鑄；現(xiàn)場總線；多媒體

概述

PLC及其網(wǎng)絡以其接口簡單、組態(tài)方便、編程輕易、實時性強而廣泛應用于自動化控制系統(tǒng)中。在杭鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠四機四流的1＃小方坯連鑄機改造項目中，其自動化控制系統(tǒng)中主要控制裝置采用了美國GE FANUC公司的GE90-30PLC及其通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)：產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)、GENIUS現(xiàn)場總線等，它們與上位機構(gòu)成了一個集中治理、分散控制的全流程生產(chǎn)的連鑄計算機自動控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)框圖見圖1。網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)為產(chǎn)業(yè)局域網(wǎng)中最常用的總線型結(jié)構(gòu)。兩臺研化工控機作為上位機，配有21″彩色顯示器，多媒體音響，寬行打印機。一臺計算機作為操縱站放在主操縱室，供操縱職員監(jiān)視系統(tǒng)運行狀態(tài)，在線進行各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)設定、數(shù)學模型修改等用；另一臺作為工程師站放在主電室，主要供“三電”維護職員對整個自動控制網(wǎng)絡系統(tǒng)的維護和系統(tǒng)控制功能的修改。它們與各流PLC之間，通過GE產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)信息交換。該網(wǎng)絡支持標準的TCP/IP以太網(wǎng)協(xié)議，傳輸速率為10MBPS。 設備控制級按照工藝控制功能要求和分散控制的設計思想，配置如下：公用設施部分（如大包、液壓站、冷床等）采用一臺GE 90-30 PLC控制；分流設施部分（從結(jié)晶器至出坯輥道全線）各采用一臺GE 90-30 PLC控制，四流共四臺，以保證當任一流設備故障時，不會影響其他三流的正常工作；應用戶要求，增設供儀控專用的一臺GE 90-30 PLC集中控制，取消模擬盤和二次儀表柜。我們選用的GE 90-30 PLC，采用386CPU，具有很強的運算功能，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，能完成復雜的操縱。PLC之間也通過產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)進行彼此之間的信息交換。

每臺PLC則采用現(xiàn)場分布式I/O結(jié)構(gòu)，即Genius Field Control現(xiàn)場I/O，GENIUS總線網(wǎng)是GE FANUC最具有特色的PLC網(wǎng)絡通訊方式。它是一種點對點的“令牌總線”系統(tǒng)，傳輸速率為153.6KBPS。網(wǎng)絡長度可達2.3KM。每個網(wǎng)段最多可掛31個I/O站。配制靈活，功能強大。利用GENIUS總線將PLC所要采集和控制的點分散到現(xiàn)場操縱臺、箱中。在現(xiàn)場操縱臺、箱內(nèi)設置I/O站，這樣由操縱臺、箱通過端子外引的控制電纜可大大減少（最少時，只有I/O站電源電纜和通訊電纜），不僅簡化了外部管線，節(jié)省投資，方便維護，也進一步進步了系統(tǒng)的可靠性。

1.2 系統(tǒng)軟件

PLC控制級編程軟件LOGICMASTER90-30編程軟件包，具有很強的編程和組態(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PLC主機架組態(tài)也能對GENIUS I/O站進行組態(tài)，無需為GENIUS I/O購買附加軟件。該編程軟件包采用了結(jié)構(gòu)化的程序結(jié)構(gòu)，可答應8層嵌套，256個程序塊。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，供用戶編制通過以太網(wǎng)傳送的PLC之間的通訊程序。上位機監(jiān)控軟件選用了目前產(chǎn)業(yè)自動化領域中較為常用的美國ｗａndｗａre公司生產(chǎn)的Intouｃｈ監(jiān)控軟件，這是一種基于PC機的監(jiān)控組態(tài)軟件，用戶可以利用它提供的各種便利功能，在操縱站上對整個連鑄生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)過程的運行參數(shù)和狀態(tài)進行集中監(jiān)控，包括參數(shù)的設置、報警，報表的打印等過程。

2 系統(tǒng)主要功能

根據(jù)連鑄工藝控制要求，計算機控制系統(tǒng)主要包括以下功能：

（1） 生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集（如鋼水溫度、重量，冷卻水壓力、流量，主要傳動裝置的速度等）；（2）在線實時控制（主要控制內(nèi)容如：大包、二冷水、拉矯機、引錠桿、火焰切割、傳輸軌道、移鋼、推鋼等）；（3）生產(chǎn)治理（包括實時生產(chǎn)報表打印、故障記錄、多媒體語音提示等）。要求系統(tǒng)具有快速性、實時性、可靠性、靈活性和網(wǎng)絡化功能。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控制，
拉矯機速度和結(jié)晶器振動控制，
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)臺和中間包小車控制，
冷床控制；
液壓站控制。

2.2 生產(chǎn)過程治理

2.2.1 參數(shù)設定和修改

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算機中，操縱職員可根據(jù)生產(chǎn)要求：選出當前澆鑄所需的鋼種和截面等參數(shù)，實時顯示鋼水液面、鑄坯表面溫度、拉速、結(jié)晶器振動頻率、定尺長度、二冷水PIＤ調(diào)節(jié)參數(shù)等，并可在線修正各種設定參數(shù)。

2.2.2 操縱監(jiān)視

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

畫面主要功能有：反映設備狀態(tài)的生產(chǎn)預備畫面，如送引錠、澆鑄預備，并具有一定的操縱指導作用；反映實時控制的生產(chǎn)流程圖，如工藝總貌圖、大包系統(tǒng)畫面、拉矯機和結(jié)晶器系統(tǒng)畫面、活焰切割系統(tǒng)畫面、出坯系統(tǒng)畫面、推鋼和移鋼系統(tǒng)畫面、液壓站畫面、二冷水控制畫面，并具有動畫顯示和在線幫助功能，如大包轉(zhuǎn)動、正在澆鑄的鑄坯的移動位置、火焰切割過程、推鋼、移鋼動作等，動畫實時地反映整條生產(chǎn)流程的工作狀態(tài)；反映網(wǎng)絡系統(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)絡系統(tǒng)的維護提供更直觀的幫助。

2.2.3 實時趨勢和歷史趨勢：

對主要的過程參數(shù)編制實時趨勢和歷史趨勢曲線，存儲時間按若干小時設定，便于對故障進行分析或優(yōu)化工藝參數(shù)的設定計算；

2.2.4 系統(tǒng)報警功能

在連鑄澆鑄過程中，各類工藝參數(shù)或設備發(fā)生異常時，除了它們所在的畫面會自動顯示出來，故障總表中會記錄鼓掌發(fā)生的時間、來源和恢復的時間，此外，還伴有多媒體語音提示操縱職員。便于及時找出故障原因并予以排除，進步了現(xiàn)場處理故障的能力。

2.2.5 報表打印

按工藝要求，實時或定時打印生產(chǎn)報表。如班作業(yè)報表、月作業(yè)報表和故障信息等。

2.2.6 多媒體語音功能

操縱站具有多媒體功能，主要生產(chǎn)參數(shù)發(fā)生異常、主要設備起動或發(fā)生故障時，操縱站上的語音系統(tǒng)會自動提示現(xiàn)場職員留意安全或及時處理題目。

3 結(jié)束語

杭鋼轉(zhuǎn)爐分廠1＃連鑄機計算機自動控制系統(tǒng)充分運用產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線技術(shù)和多媒體技術(shù)，將PLC與操縱站、PLC與PLC、PLC與分布式I/O站有機地連接起來，實現(xiàn)快速、正確的控制。尤其是FIELD CONTROL GENIUS總線的應用不僅優(yōu)化了整個控制系統(tǒng)，而且節(jié)省了大量的物力和財力；更重要的是為“三電”調(diào)試職員提前進進現(xiàn)場進行調(diào)試，提供了必要的條件，贏得了寶貴的調(diào)試時間。實現(xiàn)了“三電”調(diào)試和機械設備安裝同時進行、同時完成的目標。滿足了用戶“機械設備安裝完成，即生產(chǎn)”的苛刻要求。自2000年6月2日提前投產(chǎn)以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。至6月30日，就已累計生產(chǎn)合格連鑄坯2426。6噸，實現(xiàn)了一次投產(chǎn)，一次成功的目標。