济钢宽厚板一期工程SIEMENS公司控制系统应用介绍

荣获“2005年度工控及自动化领域优秀案例”有奖评选 　三等奖
	专家点评：
	该论文是一篇设计总结。介绍了宽厚板工程加热炉瓦，轧机瓦和剪切瓦自动化硬件设备的配置情况和I/O点的数量及I/O模块的配置。 宽厚板轧机的自动控制是相当复杂的，尤其是精轧机的自动厚度控制（AGC）、自动宽度设控制（AWC）、自动板型控制（AFC）这些功能为何实现论文没有提及。目前国内新上的4300mm和5000mm宽厚板轧机在控轧控冷技术上又有新的突破。其数学模型都存于服务器中。对于配置图中的服务主要是生产管理功能，介绍地也欠详细，尤其是PDI原始数据的采集和生产计划的形式没有L3级的情况下，如何实现的。 论文对宽厚板轧机控制系统的国产化，自主集成有一定参考价值。 点评人：宋道峰

济钢宽厚板一期工程是济钢"九五"规划的重点工程,建成投产后,可生产造船板、碳素结构板、锅炉板、高压容器板、低合金板、桥梁板、汽车大梁板、海洋采油平台板、高强度板、管线板、军用装甲板和其他工业用板等，因此自动化系统系统要求高，系统要求反应速度快、联网功能强、可靠。经过对多家国外自动化生产厂家的考察，我们选择了SIEMENS公司生产的PLC及传动设备 分以下分三部分介绍：

SIMATIC-S7系统
传动系统
计算机管理网
第一部分 SIMATIC-S7系统

当今，在瞬息万变的工业自动化控制领域中，可编程控制器可谓是品种繁多良莠不齐，而德国SIEMENS公司最新推出的SIMATIC_S7控制器，不但具有可编程控制器的含义，而且意味着更多的内容。那就是：全集成自动化。它代表了一种将生产制造和工艺过程领域统一起来的革命性的新方法。从而使所有的软硬件都能合成为一个系统。这种集成包括三个方面：

在数据管理方面：数据仅需输入一次，整个工厂即可获得该 数据。
在配置与编程方面：所有单元和系统都由一个全集成且模块化的系统进行配置、编程、启动、测试和监控。
在通讯方面：不用编程，只需填一下表格即可完成。
因此，它成为当今自动化领域的佼佼者。基于上述特点，济钢在宽厚板工程中的全部自动化控制系统均采用SIEMENS公司生产的SIMATIC－S7产品。下面就简要介绍一下SIMATIC-S7产品在该工程中具体应用情况。

一、系统组成

该工程按工艺要求将整个电控系统分成四部分，每部分采取I/O站分散布置，并利用Profibus－FMS网实现多个PLC通讯、数据交换、对电器设备及工艺过程进行操作、控制、管理。这四部分分别是：

(1) 加热炉本体
(2) 加热炉后
(3) 轧机区
(4) 剪切区

1.加热炉本体

两座加热炉的仪控计算机采用了两套CPU413－1型可编程控制器，每套PLC负责控制一座加热炉的全部仪表。用来完成加热炉各过程工艺参数的数据采集与过程控制。在软件方面将先进的模糊控制与经典的PID控制相结合以达到加热炉最佳燃烧的控制效果。该系统还与管理网络进行通讯，传输生产过程参数、接收管理与控制信息。

1.1主要检测与控制项目

1） 加热炉第一加热段钢坯温度检测、炉内温度检测与调节，一段煤气流量检测，热风流量检测与调节，煤气热风压力检测。
2） 加热炉第二加热段钢坯温度检测、炉内温度检测与调节、二段煤气流量检测，热风流量检测与调节，煤气热风压力检测。
3） 加热炉第三加热段钢坯温度检测、炉内温度检测与调节、三段煤气流量检测、热风流量检测与调节、煤气热风压力检测。
4） 加热炉第一、第二加热段之间、加热炉第二、第三加热段之间，炉头、炉尾温度检测。
5） 加热炉炉膛压力检测、与调节。
6） 煤气总管压力检测与调节。
7） 热风管压力检测与调节。
8） 煤气、热风温度检测。
9） 钢坯出炉温度检测。
10） 换热器前后烟道温度检测。
11） 气化冷却汽泡温度、压力检测、液位检测与调节。
1.2 PLC硬件组成：

中央处理单元CPU 2块：CPU413-1
8路模拟量输入模板14块
8路模拟量输出模板4块
32点数字量输入模板2块
16点数字量输出模板2块
通讯模板2块：CPU443-5
电源模板2 块
1.3每套主机控制的I/O点数如下：
模拟量输入56点
模拟量输出16点
数字量输入32点
数字量输出16点

加热炉炉温主副控制原理图见图一：


图一

2.加热炉后：
加热炉后PLC控制系统主要用来控制12套西门子生产的6RA24直流调速装置，用来完成两座加热炉的进料与排钢。坯料由天车放在受料台上，然后逐块用推料机送上受料辊道，并经进炉辊道后由各自的推钢机送入加热炉中进行加热，待坯料被加热至1059－1200度时，将坯料由炉内推出到加热炉出炉辊道上，系统自动记录与显示进炉的料坯数量。该系统由一个本地单元和一个扩展单元组成。

2.1硬件组成如下：

中央处理单元CPU412-1 1块
电源模块1块10A
32点数字量输入模板15块
16点数字量输出模板15块
接口模板2块
通讯模板2块
2.2 其控制的I/O点数如下：

数字量输入：480点
数字量输出：240点
2.3控制设备范围

本系统共控制如下设备：

一套受料辊道
七套进炉辊道
四套推钢机
四套钢坯计数器
2.4控制方式

采用集中控制方式，整个操作集中在炉前操作室的二个操作台上，通过改变操作台上的主令给定，实现可逆式有级调速。当遇到紧急情况时，可通过操作台上的禁止按钮来终止整个系统的运行。

程序流程框图见图二。

3. 粗轧机区

使用一套CPU414－2DP型可编程控制器来完成轧机APC及测温，测厚，测宽等轧制线上的工艺操作控制。

3.1主要控制项目如下：

实现精确的压下APC控制
粗轧机前、精轧机后、轧机间钢坯温度测量
在线钢坯跟踪检测
粗轧机后钢坯测宽
钢坯进料与钢板成品重量测量
轧机轧制压力、轧辊辊缝、轧制速度测量
主电机扭力测量、振动测量、轴瓦温度测量
3.2该系统由一个本地单元和3个扩展单元组成，其具体硬件组成如下：

中央处理单元CPU414-2DP 1块
电源模板 4块
高速计数模板 2块
8路模拟量输出模板 2块
8路模拟量输入模板 2块
16点继电器输出模板 4块
16点数字量输出模板 1块
16点数字量输入模板 20块
接口模板 4块
通讯模板 1块


3.3其控制的I/O点数如下：

模拟量输入 16点
模拟量输出 16点
数字量输入 320点
数字量输出 80点


图二

4.剪切区

使用一套CPU314－1型可编程控制器来完成剪切区的工艺操作控制。具体控制内容如下：钢板的输送、定位、定尺、划线、剪切。主要设备包括：一套电磁移钢机、二套纵剪辊道、一套剪间辊道、一套横剪定尺辊道、一套液压电磁阀、激光划线机、升降定位挡板。

4.1该系统由一个本地单元和3个扩展单元组成， 其具体硬件组成如下：

中央处理单元CPU314-1 1块
电源模板 4块
接口模板 4块
16点数字量输入模板 7块
16点数字量输出模板 25块


4.2其控制的I/O点数如下：

数字量输入 112点
数字量输出 400点


二、软件部分

软件包括两部分：STEP7标准软件和可选软件包。

1.编程软件采用STEP7，主要完成下列任务：

硬件的组态与参数设置
通讯的定义
编写用户程序
测试、启动与维护
文件建档
2.在该工程中还使用了下列三种软件包

高速计数模块软件包 用来完成压下计量任务
闭环控制软件包--用来实现闭环控制问题
模糊控制软件包--用来实现加热炉的最佳燃烧控制问题
集合以上软件运行在WINDOWS95环境下，具有友好的用户界面和全方位的在线帮助，操作简单，方便易学。

为生成用户程序STEP7提供了下列三种标准化变成语言：

语句表（STL）
梯形图（LAD）
功能方框图（FBD）
用户可选择最适于工作任务和自身条件的语言编程

通过使用发现该软件有如下特点：

软件为用户提供了全面而综合的帮助功能，使用户能在较短的时间内快速了解全部系统。STEP7编程语言提供了非常丰富的指令集，它使复杂功能的编程变得简单快捷。
提供了结构化的程序设计方法：STEP7以块形式管理用户编写的程序和数据，可以通过调用语句将它们组成结构化的用户程序，增加了程序的可读性和易维护性。
系统为用户提供了大量预先编制的功能块，用户可直接使用使用这些功能块，从而大大缩短了编程时间。
数据采取集中存贮方式，仅需输入一次所有的软件单元即可得到
符号由一个统一的符号表进行管理，本工程范围的所有工具均可使用。
便捷的管理单元，处理整个工程的管理事务，协调所有