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概述
天鐵集團煉鋼廠四機四流3#方坯連鑄機采用高效連鑄技術，其生產(chǎn)能力與轉(zhuǎn)爐、LF精煉爐生產(chǎn)相匹配，連鑄機采用全弧型漸近矯直機型，連鑄半徑為6m，鋼坯定尺長度為12000mm，可以有效保證向帶鋼、天津軋二等用戶提供多規(guī)格高質(zhì)量無缺陷鑄坯。

升級改造所要求達到的技術目標：
(1) 保留原有現(xiàn)場各類儀表同時要求將分布于現(xiàn)場中的所有儀表量全部進PLC設備進行模擬量線性化處理，實現(xiàn)實時監(jiān)控、實時報警、參與控制。
(2)為了便于工藝監(jiān)督部門對一些重要數(shù)據(jù)的監(jiān)督、分析，對所提出的監(jiān)控數(shù)據(jù)作連續(xù)不間斷的曲線記錄，以便分析查詢。
(3) 改善二冷水配水調(diào)節(jié)方案及冷床區(qū)液壓改造。
(4) 拉矯機與結晶器連鎖控制，閉環(huán)調(diào)節(jié)滿足工藝函數(shù)要求，提高鋼坯質(zhì)量。
(5) 故障查詢系統(tǒng)的建立，提高快速查詢和排除電器故障的能力。
(6) 優(yōu)化3#連鑄機計算機網(wǎng)絡的配置，為煉鋼廠CIMS工程的開展準備條件。

CIMS工程的提出，為3#高效連鑄機的改造提出了更高要求：

CIMS體系結構及工業(yè)數(shù)據(jù)結構的層次劃分
根據(jù)工廠管理、生產(chǎn)過程及功能要求，簡化的CIMS體系結構可分為3層，即工廠級、車間級和現(xiàn)場級。如下圖1所示。

工廠底層自動化系統(tǒng)及信息集成技術
現(xiàn)場總線是計算機網(wǎng)絡通信向現(xiàn)場級的延伸：傳統(tǒng)的現(xiàn)場層設備與控制器之間的通信采用一對一連線的方式，傳輸4-20mA/24VDC信號。這種通信技術信息量有限，難以實現(xiàn)設備之間及系統(tǒng)與外界之間的信息交換，使自控系統(tǒng)成為工廠中的"信息孤島"，嚴重制約了企業(yè)信息集成及企業(yè)綜合自動化的實現(xiàn)?，F(xiàn)場總線技術采用計算機數(shù)字化通信技術，使自控系統(tǒng)與設備加入工廠信息網(wǎng)絡， 成為企業(yè)信息網(wǎng)絡底層，使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場。
1． 現(xiàn)場總線技術是實現(xiàn)工廠底層信息集成的關鍵技術：
要成功的實施CIMS，各層次的信息集成及它的支撐技術-計算機網(wǎng)絡問題就必須得到很好的解決?，F(xiàn)場總線是工廠計機網(wǎng)絡到現(xiàn)場級設備的延伸，是支撐現(xiàn)場級與車間級信息集成的技術基礎。
2 現(xiàn)場級和車間級自動化監(jiān)控與信息集成是工廠自動化及CIMS不可缺少的重要部分
現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)主要完成底層設備單機控制、連線控制、通信連網(wǎng)、在線設備狀態(tài)監(jiān)測及現(xiàn)場設備生產(chǎn)、運行數(shù)據(jù)的采集、存儲、統(tǒng)計等功能，保證現(xiàn)場設備高質(zhì)量完成生產(chǎn)任務，并將現(xiàn)場設備生產(chǎn)及運行數(shù)據(jù)信息傳送到工廠管理層，向工廠級MIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)。同時也可接受工廠管理層下達的生產(chǎn)管理及調(diào)度命令并執(zhí)行之。因此，現(xiàn)場級與車間級監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)是實現(xiàn)工廠自動化及CIMS系統(tǒng)的基礎。

根據(jù)以上問題的提出緊密結合現(xiàn)場實際情況，以及SIMS工程對PLC網(wǎng)絡的高要求為作到自控系統(tǒng)具有高性能、高安全性；網(wǎng)絡構架合理、簡單、具有擴展性等多方面的研究，最后制拓撲圖如下：


從上網(wǎng)絡拓撲圖可以看出，3#高效連鑄機控制系統(tǒng)由基礎自動化級和過程控制級組成，其中基礎自動化級配備一套公用PLC、2套分流PLC，分別對連鑄機實施順序和邏輯控制?？刂葡到y(tǒng)采用了西門子S7-400系列PLC，下掛Profibus-DP網(wǎng)，并通過從站ET200M將液壓站和配水站控制信號接入工業(yè)控制網(wǎng)絡，真正實現(xiàn)了“集中管理，分散控制”的目的。同時，全數(shù)字化通信模式的抗干擾能力強、測量控制精確度高，借助數(shù)字雙向傳輸?shù)奶攸c和先進的設備管理軟件，可實現(xiàn)參數(shù)遠程設定，采集豐富的儀表信息，有利設備故障診斷，改善管理狀況。過程控制級由二級計算機構成，通過工業(yè)以太網(wǎng)與基礎級的PLC相連，并依靠控制模型和數(shù)據(jù)庫對一級控制系統(tǒng)實施指導、管理和跟蹤。WinCC 人機界面可顯示運行圖、棒圖、趨勢圖、報警、設定等畫面和圖表，并進們與上位機構成了一個集中管理、分散控制的全部生產(chǎn)的連鑄計算機自動控制系統(tǒng)。

一 系統(tǒng)組成
　　1. 網(wǎng)絡配置
上位機（WinCC 操作站）與3臺PLC設備之間的數(shù)據(jù)交換，通過工業(yè)以太網(wǎng)利用OSM（光纖切換模塊）、CP1613卡（WinCC操作站通訊卡）、CP 443－1通訊模塊（PLC設備模塊）通過TCP/IP協(xié)議來實現(xiàn)連接。主要完成現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的采集線性化與顯示，PLC部分參數(shù)的調(diào)整與修改以及重要數(shù)據(jù)的報警以及網(wǎng)絡的擴展性等問題的解決。
3臺PLC設備的連接通過CPU 414－2DP模塊（PLC設備中央處理器）的MPI接口連接，組成網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。主要完成同一個控制點控制不同PLC設備輸出給現(xiàn)場設備的作用。
PLC設備與變頻器的網(wǎng)絡連接是通過CPU 414－2DP 所帶的PROFIBUS DP 接口與變頻器適配器RS485 接口轉(zhuǎn) PROFIBUS接口設備）相連接，組成各自的網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)網(wǎng)絡控制。主要實現(xiàn)拉矯機變頻器與結晶器變頻器根據(jù)一定的數(shù)學模型進行控制字與狀態(tài)字的讀寫功能。
　　主站PLC通過IM467與從站ET200M之間實現(xiàn)PROFIBUS DP通訊，將現(xiàn)場分布復雜且繁多的模擬量先采集至現(xiàn)場的從站ET200M,然后通過一根DP網(wǎng)線傳送至主站并接受主站的控制信號，這樣大大節(jié)約了現(xiàn)場施工的難度可以縮短施工時間，同時節(jié)約大量電纜和占用主站的模板，可以節(jié)約30%的設備費用。
2. 軟件配置
　　
　　 操作站軟件為WinCC (5.0SP1版)軟件，網(wǎng)絡平臺為Windows NT 4.0，WinCC自帶數(shù)據(jù)庫，并提供監(jiān)控畫面和PLC組態(tài)工具。S7組態(tài)軟件為STEP7(5.1SP)，內(nèi)嵌西門子過程設備管理軟件PDM。
　　二 系統(tǒng)功能
2.1 控制要求
2.1.1 分流部分
*鋼水液面及電磁攪拌控制。
* 二冷水（零段、一段、二段、三段）流量PID控制；
*定尺切割和火焰切割自動控制；
*拉矯機速度和結晶器振動連鎖同步控制；
*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、結晶器水流量的數(shù)據(jù)采集；
*大包轉(zhuǎn)臺和中間包小車控制；
*步進冷床液壓缸同步PID調(diào)節(jié)；
*液壓站控制。
2.2 生產(chǎn)過程管理
2.2.1 參數(shù)設定和修改
將工藝人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，操作人員可根據(jù)生產(chǎn)要求：選擇當前澆鑄所需的鋼種和截面等參數(shù)，實時顯示拉矯機拉速、結晶器振動頻率、定尺長度、二冷水流量參數(shù)等，并可在線修正火切機切割時間；設定拉矯(V1,V2)和結晶器(n1,n2)參數(shù)。二冷配水數(shù)學模型設置在上位機里，根據(jù)鋼種、斷面尺寸等輸入?yún)?shù)進行計算，經(jīng)數(shù)學模型運算得到的各回路配水參數(shù)ai、bi、ci傳送至PLC控制器，由PLC通過DP總線將各段配水參數(shù)傳至現(xiàn)場總線控制器進行配水的實時動態(tài)控制。
2.2.2 操作監(jiān)視
操作站上的監(jiān)控畫面由主畫面和30多幅子畫面組成，全面直觀反映了3#連鑄機的全流程生產(chǎn)線。畫面之間切換用鼠標簡單的擊點工藝畫面鍵或功能批示鍵即可。系統(tǒng)操作十分簡便。
畫面主要功能有：工藝總貌圖、拉矯機和結晶器系統(tǒng)畫面、站畫面、二冷水控制畫面、反映網(wǎng)絡系統(tǒng)配置的示意圖，變頻器事故報警圖、火切機時間設定畫面、PLC模板監(jiān)視圖監(jiān)控操作站和PLC的工作狀態(tài)，并監(jiān)視操作站與PLC、PLC與PLC之間的通訊網(wǎng)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 ，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，故障總表中會記錄事故發(fā)生的時間、來源和恢復的時間，此外，還伴有聲光提示操作人員。便于找出故障原因并予以排除，提高了現(xiàn)場處理故障的能力。
　

結束語：
1．從工廠底層自動化及信息集成技術角度看，現(xiàn)場總線技術不是一項單純的以芯片換電纜的技術，是計算機及其數(shù)字化通信技術向工廠底層，即設備層的延伸;現(xiàn)場總線技術是工廠底層通信技術的一次數(shù)字化革命。
2．工廠底層自動化及信息集成技術是實現(xiàn)全廠自動化及CIMS系統(tǒng)的基礎?，F(xiàn)場總線技術的發(fā)展，使其傳統(tǒng)系統(tǒng)結構發(fā)生變革，并帶來傳統(tǒng)系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)異特性，如豐富的現(xiàn)場信息資源、系統(tǒng)的開放性、產(chǎn)品的可互換性。
3. 天鐵集團煉鋼分廠3#高效連鑄機計算機自動控制系統(tǒng)成功地將Profibus總線技術應用于生產(chǎn)全過程，提高了系統(tǒng)的控制水平和可靠性，同時降低了運行成本。由于采用Profibus-DP總線，節(jié)省了儀控系統(tǒng)的相關硬件費用，如I/O模塊、電源隔離器、控制柜、控制室方面的費用和施工布線的費用，與常規(guī)系統(tǒng)相比，僅儀控系統(tǒng)就比原概算節(jié)省30%的投資。另外，內(nèi)嵌的過程設備管理軟件PDM，減少了所需其他軟件的種類，也降低了相關軟件費用。充分運用工業(yè)網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線技術和多媒體技術，將PLC與操作站、PLC與PLC、PLC與分布式I/O站有機地連接起來，實現(xiàn)快速、準確的控制。