PLC5/SLC500 在小方坯连铸控制系统中的应用

摘要：本文主要介绍了ROCKWELL公司PLC5/SLC500系列产品在小方坯连铸自动控制系统中的软硬件配置、网络拓扑结构和应用实践。

关键词：小方坯连铸 PLC5/SLC500 RSView32 DH+网 总线型拓扑结构

1　引言

　　小方坯连铸机2004年与炼钢转炉配套建设，是将钢水浇铸成小方坯材的工艺设备，共分八流。自动化控制核心选用了ROCKWELL公司的PLC5/SLC500系列平台，通讯网络系统为DH+网，它具有稳定性好、扩展性强、软硬件功能优及人机界面友好的特点，与上位机构成了一个集中管理、分散控制、全流程生产的连铸计算机自动控制系统。

2　小方坯连铸工艺简介

　　转炉生产出来的钢水经过精炼炉精炼以后，需要将钢水铸造成不同类型、不同规格的钢坯。小方坯连铸主要设备包括回转台、中间包，结晶器、拉矫机等。其原理是将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的小方坯。

3　设计思想

　　设备控制级按照工艺控制功能要求和分散控制的设计思想，配置如下：连铸公共设施部分（如大包、液压站等）采用一套PLC5控制；8流连铸铸流部分每流包括仪控部分（从结晶器至出坯辊道全线及结晶器液位和流量控制、二冷水流量控制等）各采用一台SLC500 控制，八流共八台，以保证当任一流设备发生故障时，不影响其它七流的正常工作；切割部分（包括出坯一切、二切）采用两台SIMATIC S7-300系列 PLC控制；连铸事故水包铸流热装热送采用一台SLC500控制，大包水口A站、B站各采用一台SLC500 PLC控制，PLC之间通过DH+网进行数据交换。

3.1 系统硬件配置

　　控制系统硬件配置主要包括：14个控制站、2个操作站和1个工程师站，它们之间通过DH+网组成总线型拓朴结构，网络端点安装终端电阻。具体见图1。

图1 小方坯控制系统网络图

3.2 操作站硬件配置

　　操作站主机采用研华工控机，型号IPC-610P4-30HC/ P4 2.4GB/DDR 256MB/HDD 80GB/64MB VGA/52X CD-ROM/1.44MB FDD/Keyboard+Mouse，配19″彩显。其中两台工控机放在主控室，供岗位人员控制生产工艺，在线进行各种生产数据设定、控制参数修改及配水表数据的下装等；另一台工控机作为工程师站，主要供工程技术人员对整个自动控制网络系统维护、控制参数修改和故障排查。三台工控机均配置1784-KTX通信卡与PLC通信。

3.3 控制站硬件配置

　　控制站由连铸公共部分控制站、1流至8流小方坯连铸铸流共8个控制站、连铸事故水包控制站、连铸一切二切控制站、铸流热装热送控制站、连铸大包水口A站、大包水口B站控制站等十四个控制站组成。

　　(1)公共部分控制站为ROCKWELL公司 PLC5系列产品，具体配置见表1。

表1 公共部用PLC5清单

　　(2)8流连铸铸流控制站均为ROCKWELL公司 SLC5系列产品，具体配置见表2。

表2 铸流控制站用SLC5清单

　　(3)一切二切控制站为SIEMENS公司S7-300系列产品，具体配置见表3。

表3 二切控制站用S7-300清单

　　因该岗位使用利旧设备，独成系统，未与其它PLC进行通讯。

　　(4)热装热送控制站为ROCKWELL公司 SLC5系列产品，具体配置见表4。

表4 热装热送控制站用SLC5清单

　　(5)大包水口控制站为ROCKWELL公司 SLC5系列产品，具体配置见表5。

表5 大包水口控制站用SLC5清单

　　(6)事故水控制站为ROCKWELL公司 SLC5系列产品，具体配置见表6。

表6 事故水控制站用SLC5清单

3.4 系统网络

　　本系统采用总线型网络拓扑结构，各个PLC控制站使用屏蔽DH+网线作为通信介质，通过CPU模板上专用的接口接入DH+网。操作站通过1784-KTX网卡连接到DH+网上。站与站之间通过1770-SC站连接器连接，在网络的首、尾两端加装终端电阻。DH+网络传输速率为115.2Kbps，各站之间实现数据共享和交换。

　　PLC5主机架与扩展机架之间使用1771-CP1电缆作为通信介质，SLC500 PLC主机架与扩展机架之间使用1746-C9电缆线作为通信介质。两者均通过DH+接口，实现站内通信。

4　应用软件设计
　应用软件设计包括PLC程序编制、操作员站和工程师站上位画面组态及网络通信配置等部分。

4.1 程序编制

　　编程软件采用ROCKWELL 的RSlogix5和RSlogix500标准软件包。小方坯连铸工程项目程序对应上述控制器由十三个子项目组成。每个子项目使用梯形图等结构化的编程语言实现控制、显示、计算功能，程序内容包括系统初始化、参数量程变换、参数监视、设备控制及异常情况处理等。

4.2 上位画面组态

　　上位画面组态基于Windows 2000+SP4操作系统，采用ROCKWELL公司的RSview32软件，实现了对工业过程的监视、控制及报警，内容包括画面设计、过程数据库建立、节点配置、监控软件功能块、趋势记录以及报警记录等。

4.3 网络通信配置

　　网络通信采用RSLinx通讯软件，设置相应各控制站的1784-KTX网卡的设备类型、网络站名、站地址、中断请求、通讯速率等，通过TOPIC子项实现操作站与控制站的对接。

5　主要控制功能

　　(1) 8流结晶器钢水液位及电磁搅拌检测控制；

　　(2) 中间包钢水液位检测控制；

　　(3) 8流拉矫机速度和8流结晶器振动控制；

　　(4) 8流二冷水（足辊、一段、二段）流量控制；

　　(5) 定尺切割和火焰切割自动控制；

　　(6) 引锭杆、传送辊道控制；

　　(7) 热装热送传送辊道控制。

6　应用效果

6.1 实时数据监控

　　小方坯主参数画面(见图2)有中包钢水液位、结晶器钢水液位、二次冷却水（结晶器、一段、二段）的温度、压力、流量、各个铸流拉速等动态数据的显示。

图2 小方坯主参数画面

6.2 流量参数调节控制

　　二次冷却水（包括零段、一段、二段）流量是根据钢坯种类、钢坯温度以及冷却水进出水温差、压力来调节的，为了保证出坯前方坯完全冷却，冷却水量的控制是坯材成型的关键。画面设有手动和自动调节，可以根据生产实际需要随时调节水量设定值，设定PID参数，方便工艺参数的修改。如图3所示。

图3 二次配水调节图

6.3 二次冷却水水表数据配置画面

　　此画面根据实际坯材的拉速，及时调整各个冷却水管道的水量，画面设计只要一键点击即可将所有参数下装，无须修改程序，有利于二冷配水表参数的修改。

6.4 趋势记录

　　记录结晶器液位、拉矫机拉速、中间包液位、结晶器冷却水流量、二次冷却水流量等生产关键数据的历史趋势。

6.5 报警查询

　　登录系统故障报警画面，即可浏览各个设备的报警故障，提示操作人员及时、准确采取相应措施。

7　结束语

　　小方坯连铸机自动控制系统充分运用工业DH+网络和数据检测技术，将PLC与操作站、PLC与PLC有机地连接起来，实现快速、准确的控制。该系统对结晶器液位、结晶器流量的精确检测，对结晶器振动、二次冷却水、拉矫机拉速的安全控制以及定尺切割、火焰切割、传送辊道的稳定运行，使得控制对象多，处理数据量大的PLC集顺序控制和过程控制于一体的特点得到充分体现。该PLC控制系统自2004年投入运行以来，在实时性、精确性和可靠性方面，都达到了预期要求。

作者简介

王萍 女，大学本科，高工，从事PLC系统研发工作17年。