1 引言

濟(jì)鋼集團(tuán)第三煉鋼廠是濟(jì)鋼集團(tuán)“十五”期間的重點(diǎn)投資項(xiàng)目，引進(jìn)的是國(guó)內(nèi)外一流的先進(jìn)設(shè)備和自動(dòng)化控制技術(shù)，其裝備達(dá)到國(guó)內(nèi)一流、國(guó)際先進(jìn)水平。在轉(zhuǎn)爐、連鑄自動(dòng)化控制體系中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和系統(tǒng)的需要應(yīng)用了多種總線（Profibus、ControlNet、Devicenet）構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS），這些總線控制系統(tǒng)給轉(zhuǎn)爐、連鑄系統(tǒng)提供了安全而可靠的解決方案。1#連鑄機(jī)是引進(jìn)VAI（奧鋼聯(lián)）的板坯連鑄機(jī)，是目前我國(guó)技術(shù)最先進(jìn)、自動(dòng)化程度最高、配套設(shè)施最完善的連鑄機(jī)之一，其切割機(jī)系統(tǒng)選用的是基于PROFIBUS的MM440變頻器構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。

2 連鑄機(jī)控制系統(tǒng)

濟(jì)鋼三煉鋼工程包括鐵水予處理，120t轉(zhuǎn)爐、LF/VD精煉及板坯連鑄機(jī)等多個(gè)項(xiàng)目，整個(gè)工廠的EIC三電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置達(dá)到世界先進(jìn)水平。連鑄機(jī)系統(tǒng)做到三電自動(dòng)化控制的一體化，包含過(guò)程控制級(jí)L2和基礎(chǔ)控制L1級(jí)和L0，同時(shí)也予留出與L3級(jí)的通訊接口及數(shù)據(jù)存放區(qū)，下面將三級(jí)系統(tǒng)分述如下。

3級(jí)（Lelvel3）: 制訂全廠生產(chǎn)計(jì)劃,產(chǎn)品協(xié)調(diào)及產(chǎn)品跟蹤，L3系統(tǒng)涉及三煉鋼廠各生產(chǎn)工序和后部的中厚板車間，L3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要各工藝單元,生產(chǎn)管理及調(diào)度部門結(jié)合工廠的實(shí)際情況來(lái)考慮，另立項(xiàng)目，統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

2級(jí)（Lelvel2）：各工藝控制單元的計(jì)算機(jī)操作指導(dǎo)，特殊工藝過(guò)程的設(shè)定計(jì)算及工藝過(guò)程的數(shù)據(jù)收集。

1級(jí)（Level1）：實(shí)時(shí)控制級(jí)，根據(jù)操作指令，過(guò)程計(jì)算機(jī)的設(shè)定計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)元件的檢測(cè)信號(hào)，完成生產(chǎn)設(shè)備的邏輯順序控制和PID調(diào)節(jié)。

0級(jí)（Level0）：L0級(jí)主要是傳動(dòng)設(shè)備本身的控制、I/O控制和管理。在現(xiàn)代化的控制系統(tǒng)中，AC/AC的傳動(dòng)裝置（變頻裝置）由本身自帶CPU的數(shù)字裝置控制和監(jiān)視，并與L1級(jí)在網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

L0到L3級(jí)的自動(dòng)化系統(tǒng)完成整個(gè)工廠的生產(chǎn)計(jì)劃，產(chǎn)品管理，工藝區(qū)接口協(xié)調(diào)、過(guò)程最佳化及設(shè)備控制，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的生產(chǎn)自動(dòng)化，參見圖1。

圖1 連鑄機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3 切割機(jī)控制系統(tǒng)

3.1 切割機(jī)設(shè)備組成

1#連鑄機(jī)的切割機(jī)是從德國(guó)GEGA公司引進(jìn)的整套設(shè)備，是火焰切割機(jī)，其主要作用是將鑄坯切割成定尺或倍尺長(zhǎng)度，并可進(jìn)行坯頭、坯尾及試樣切割。與引錠桿分離后的鑄坯按拉坯速度進(jìn)入切割區(qū)，火焰切割機(jī)切掉300mm左右長(zhǎng)度的切頭，掉入下部的切頭收集箱內(nèi)，切頭切割以后的鑄坯按要求的三倍尺長(zhǎng)度切割。切割期間，靠夾持裝置，火焰切割機(jī)與鑄坯同步行走，鑄坯長(zhǎng)度通過(guò)測(cè)量輥測(cè)量，切割自動(dòng)進(jìn)行，并且考慮二級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的長(zhǎng)度優(yōu)化。切割機(jī)系統(tǒng)包括機(jī)械、能源介質(zhì)供應(yīng)和控制、電氣儀表控制等自成系統(tǒng)配套的機(jī)電一體化裝置。切割機(jī)由以下設(shè)備組成：切割機(jī)支撐結(jié)構(gòu)，切割機(jī)械設(shè)備，能源介質(zhì)供給控制，鑄坯長(zhǎng)度測(cè)量裝置，電氣控制系統(tǒng)，熱防護(hù)裝置。

3.2 切割機(jī)工藝過(guò)程

切割機(jī)工藝過(guò)程一般由坯頭切割、定尺切割、坯尾切割三個(gè)過(guò)程組成。最主要的定尺切割工藝過(guò)程如下： 當(dāng)測(cè)量輪計(jì)數(shù)接近定尺前500mm小車預(yù)下降，到位后雙槍同時(shí)往里移動(dòng)，當(dāng)邊探碰到鑄坯外殼時(shí)，預(yù)熱氧、預(yù)熱煤氣打開進(jìn)行預(yù)熱，在這段時(shí)間內(nèi)切割槍是不動(dòng)作的，當(dāng)完全到達(dá)定尺后，小車下降到位（壓住鑄坯），同時(shí)打開切割氧進(jìn)行切割，先以初始割速切割（正常割速的30％），切割50mm后以全速進(jìn)行切割，雙槍在相距120mm相遇后，2＃槍關(guān)閉切割氧，停止切割并返回原始位，關(guān)閉所有介質(zhì)，由1＃槍繼續(xù)切割，多切過(guò)10mm后1＃槍也停止切割，關(guān)閉所有介質(zhì)返回原始位，同時(shí)小車上升大車后退返回原始位，等待下一個(gè)定尺。

3.3 切割機(jī)控制系統(tǒng)

（1）切割機(jī)控制系統(tǒng)。切割機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)采用一臺(tái)西門子 S7-300 和一臺(tái)PCS smart 1200觸摸屏構(gòu)成，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)模塊和TCP/IP協(xié)議將PLC和L1級(jí)控制系統(tǒng)連接起來(lái)，通過(guò)Profibus-DP接口與MM440變頻器和PCS1200觸模屏通訊，見圖2所示。

圖2 切割機(jī)控制系統(tǒng)
（2）切割機(jī)主要傳動(dòng)系統(tǒng)

● 切割機(jī)的行走：一臺(tái)SIEMENS MICROMASTER 440型變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)0.75kW電機(jī)，電機(jī)帶熱開關(guān)保護(hù)，每臺(tái)電機(jī)帶有一個(gè)電磁抱閘線圈，行程控制是由一個(gè)增量型編碼器和行程限位開關(guān)組成。
● 切槍的行走驅(qū)動(dòng)：每個(gè)切槍的行走是由一臺(tái)SIEMENS MICROMASTER 440型變頻器拖動(dòng)1臺(tái)0.3kW電機(jī)進(jìn)行的，切槍行走的位置分別由兩個(gè)增量型編碼器和接近開關(guān)控制。
● 切割機(jī)的升降系統(tǒng)：切割車的升降是由一臺(tái)變極調(diào)速電機(jī)（285/1375rpm 0.28/2.3kW）采用接觸器正反轉(zhuǎn)雙繞組六抽頭進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，行程控制是由限位開關(guān)組成的。

4 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線

4.1 現(xiàn)場(chǎng)總線的定義及特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線，按照國(guó)際電工委員會(huì)IEC/SC65C的定義，是指安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置之間、以及現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行和多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)而發(fā)展起來(lái)的全數(shù)字控制系統(tǒng)稱作FCS。

現(xiàn)場(chǎng)總線作為連接控制系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)級(jí)裝置和控制設(shè)備的雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，與傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)相比其優(yōu)點(diǎn)是明顯的：增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)信息的集成能力；抗干擾能力增加、系統(tǒng)可靠性提高；安裝便捷、可維護(hù)性好；具有開放性、互操作性、互換性、可集成性；降低了工程成本；具有IP67防護(hù)等級(jí)，可現(xiàn)場(chǎng)安裝；能自動(dòng)診斷故障部位。

4.2 Profibus總線

Profibus是一種國(guó)際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化．流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。中央處理器（如PLC/PC）通過(guò)高速串行總線同分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如I/O、變頻器、閥門）進(jìn)行通訊，多數(shù)數(shù)據(jù)交換采用周期方式。PROFIBUS-DP 是用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸，通訊介質(zhì)采用屏蔽的雙絞銅線電纜，共用一根導(dǎo)線對(duì)，通訊速率可選用9.6kbit～12Mbit/s，通訊距離可達(dá)12km。PROFIBUS總線的通信能力強(qiáng)，與變頻器的通信最多可有10個(gè)字的通信能力。

4.3 Profibus-DP的數(shù)據(jù)通訊格式

Profibus-DP總線方式允許在PLC和傳動(dòng)裝置（變頻器、運(yùn)動(dòng)控制器）之間進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)交換。對(duì)傳動(dòng)裝置的存取總是按照主-從方式進(jìn)行的，傳動(dòng)裝置總是從站，且每個(gè)從站本身都有明確的地址。PROFIBUS周期性傳輸?shù)膱?bào)文結(jié)構(gòu)如圖3所示。