一、引言 　　攀鋼1#板坯連鑄機(jī)于1993年10月18日一次熱負(fù)荷試車成功。1996年實(shí)現(xiàn)高效化改造，2003年年產(chǎn)板坯210萬噸，大大超過原設(shè)計(jì)100萬噸的能力。原自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用貝利-N90集散控制系統(tǒng)，原過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用的是TJ2236小型計(jì)算機(jī)，控制系統(tǒng)的設(shè)備已淘汰，有的元件也日趨老化，系統(tǒng)故障增多，控制系統(tǒng)備件已無法準(zhǔn)備。因此，對現(xiàn)有的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。 二、自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)建 　　攀鋼1#板坯連鑄機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)改造擬采用兩級控制系統(tǒng)，即由基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)（L1）及過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（L2）組成。基礎(chǔ)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用光纖環(huán)形以太網(wǎng)，過程計(jì)算系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采用星型連接，兩條以太網(wǎng)獨(dú)立配置，以解決網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的暢通。自動(dòng)化系統(tǒng)配置如圖1所示。 　　1. 基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成 　　基礎(chǔ)自動(dòng)化（L1）級配置11套西門子S7-400PLC系統(tǒng)，其中新增7套PLC（包括1套平臺控制的公共PLC,2套流道控制的流PLC，2套冷卻控制的冷卻PLC，1套出坯控制的出坯PLC），且大量采用分布式遠(yuǎn)程I/O站，各分布式I/O站與控制器間以現(xiàn)場總線連接;利舊4套（包括2套拉矯機(jī)控制PLC和2套框架控制PLC）。HMI系統(tǒng)配置兩臺服務(wù)器，互為熱備方式。設(shè)置5個(gè)操作員站、1個(gè)工程師站。 　?、殴睵LC系統(tǒng)的配置 　　公共PLC配備了主站、2路PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)以及4個(gè)遠(yuǎn)程I/O站。其中，一路DP網(wǎng)絡(luò)連接澆鑄平臺大包操作的1個(gè)遠(yuǎn)程I/O站，另一路DP網(wǎng)絡(luò)連接電氣室和公共水系統(tǒng)的3個(gè)遠(yuǎn)程I/O站。 　　⑵流PLC系統(tǒng)的配置 　　流PLC配備了主站、2路PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)以、11個(gè)遠(yuǎn)程I/O站以及PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中繼器2臺。其中，一路DP網(wǎng)絡(luò)連接澆鑄平臺上的1個(gè)遠(yuǎn)程I/O站，另一路DP網(wǎng)絡(luò)連接切割PLC室、電氣室、切割室、現(xiàn)場液壓閥臺、現(xiàn)場操作箱的10個(gè)遠(yuǎn)程I/O站。由于第2路PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)線路較長，在線路中配置了PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中繼器，對信號進(jìn)行放大。 　?、抢鋮sPLC系統(tǒng)的配置 　　冷卻PLC配備了主站、2路PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)以及5個(gè)遠(yuǎn)程I/O站。其中，一路DP網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)晶器水的1個(gè)遠(yuǎn)程I/O站，另一路DP網(wǎng)絡(luò)連接二冷水、二冷氣控制的4個(gè)遠(yuǎn)程I/O站。 　?、瘸雠鱌LC系統(tǒng)的配置 　　出坯PLC配備了主站、1路PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)以及6個(gè)遠(yuǎn)程I/O站。其中，電氣室3個(gè)遠(yuǎn)程I/O站、切割室2個(gè)遠(yuǎn)程I/O站、出坯室1個(gè)遠(yuǎn)程I/O站。 　?、删W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配置 　　L1網(wǎng)絡(luò)是自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采用了光纖環(huán)形以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接11套PLC系統(tǒng)、2臺L1監(jiān)控服務(wù)器、2臺L2服務(wù)器、5個(gè)L1操作員站以及1個(gè)L1工程師站。 　　⑹操作監(jiān)控系統(tǒng)的配置 　　操作監(jiān)控系統(tǒng)配置2臺L1監(jiān)控服務(wù)器以及5個(gè)L1操作員站，兩臺服務(wù)器，互為熱備方式。 　　2. 過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)L2的構(gòu)成 　　過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用三層應(yīng)用結(jié)構(gòu)，第一層為前端客戶表現(xiàn)層，即系統(tǒng)的HMI，主要完成L2系統(tǒng)與用戶的人機(jī)界面交互，第二層為中間應(yīng)用服務(wù)層，主要完成應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯處理;第三層為后臺數(shù)據(jù)庫層，完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歷史存儲。L2級系統(tǒng)在L1級系統(tǒng)的支撐下，對連鑄生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化控制、管理。 　?、臠2服務(wù)器系統(tǒng) 　　L2服務(wù)器系統(tǒng)包括1臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和1臺用服務(wù)器。由1臺PC服務(wù)器擔(dān)當(dāng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，由1臺PC服務(wù)器擔(dān)當(dāng)應(yīng)用服務(wù)器。在服務(wù)器中配置Windows 2003 Server操作系統(tǒng)和Oracle數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。服務(wù)器位于計(jì)算機(jī)機(jī)房。服務(wù)器通過高速以太網(wǎng)與各PC客戶機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型，采用100Mbps快速以太交換網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，通訊協(xié)議采用TCP/IP。 　?、萍夹g(shù)工作站 　　配置技術(shù)工作站TWS（Technology Work Station）1臺。位于計(jì)算機(jī)室，與二級應(yīng)用服務(wù)器交換數(shù)據(jù)，主要用于模型開發(fā)及模型仿真程序，可選擇配置較好的專用工作站。 　　⑶工藝師工作站 　　配置工藝師工作站PWS（Production Work Station）1臺。位于冶金工程師室。主要由冶金工程師使用，以便管理過程計(jì)算機(jī)上使用的大量的工藝參數(shù)和模型數(shù)據(jù)，監(jiān)視整個(gè)工藝過程和質(zhì)量狀況。 　?、炔僮鲉T站 　　配置操作員站OWS（Operator Work Station）5臺。主要為操作員提供與二級系統(tǒng)的交互，如輸入操作數(shù)據(jù)，監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行等。分別位于主控室2臺、切割室1臺、出坯室1臺及連鑄調(diào)度室1臺（供調(diào)度員輸入生產(chǎn)計(jì)劃、監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行）。 　?、砷_發(fā)及維護(hù)工作站 　　配置開發(fā)及維護(hù)工作站DWS（Development and Maintenance Station）2臺。供L2的維護(hù)及開發(fā)人員使用，可按照網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的不同權(quán)限具有不同的功能。開發(fā)PC工作站由于工作環(huán)境較好，可選擇配置較好的商用計(jì)算機(jī)。 [align=center] 圖1：自動(dòng)化系統(tǒng)配置圖[/align] 三、自動(dòng)化系統(tǒng)功能 　　自動(dòng)化系統(tǒng)的功能包括設(shè)備控制功能和優(yōu)化管理及模型控制功能兩個(gè)部分。鑄機(jī)總覽如圖2所示。 [align=center] 圖2：鑄機(jī)總覽圖[/align] 　　1. 設(shè)備控制功能 　　1#板坯連鑄機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)控制范圍從大包回轉(zhuǎn)臺到等待輥道的線上所有設(shè)備，主要有以下設(shè)備控制功能： 　　· 大包旋轉(zhuǎn)、升降控制。 　　· 中包車走行、升降狀態(tài)監(jiān)控。 　　· 結(jié)晶器抽煙、二冷段排氣控制。 　　· 結(jié)晶器振動(dòng)控制。 　　· 結(jié)晶器冷卻水控制。 　　· 二冷水冷卻控制。 　　· 二冷氣霧冷卻控制。 　　· 機(jī)器開閉路水控制。 　　· 拉矯機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及抱閘控制。 　　· 拉矯機(jī)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輥提升、壓下控制。 　　· 引錠桿跟蹤控制。 　　· 鑄坯跟蹤控制。 　　· 扇形段框架控制。 　　· 驅(qū)動(dòng)輥壓力調(diào)節(jié)控制。 　　· 引錠桿存取控制。 　　· 引錠桿對中控制。 　　· 切前輥道控制。 　　· 切頭小車控制。 　　· 切后輥道控制。 　　· 去毛刺輥道控制。 　　· 噴印輥道控制。 　　· 板坯稱量機(jī)升降控制。 　　· 稱重輥道控制。 　　· 等待輥道 控制。 　　· 大包液壓站控制。 　　· 本體液壓站控制。 　　· 精整液壓站控制。 　　· 滑動(dòng)水口液壓站控制。 　　2. 優(yōu)化管理及模型控制功能 　　在連鑄生產(chǎn)中，過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要功能是過程管理與控制優(yōu)化。對攀鋼1#板坯連鑄過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的改造中，采用了比較先進(jìn)的控制技術(shù)和控制手段，為連鑄生產(chǎn)提供先進(jìn)的過程管理和控制工具,主要有以下的管理和優(yōu)化功能： 　　· 數(shù)據(jù)通訊 　　系統(tǒng)需建立起與1#板坯連鑄L1級基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)及煉鋼L3級生產(chǎn)控制系統(tǒng)的通訊，同時(shí)應(yīng)建立與煉鋼化檢中心系統(tǒng)及其他系統(tǒng)的互聯(lián)接口，可以很方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的集成，以支撐整體產(chǎn)銷系統(tǒng)及煉鋼L3級生產(chǎn)控制系統(tǒng)。 　　· 生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)管理 　　接受L3系統(tǒng)下達(dá)的連鑄相關(guān)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行相應(yīng)的存儲、處理和顯示，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行連鑄的計(jì)算機(jī)控制，指導(dǎo)生產(chǎn)作業(yè)。 　　· 生產(chǎn)計(jì)劃管理 　　正常情況下，計(jì)劃從L3系統(tǒng)接收，然后下達(dá)L1以指導(dǎo)生產(chǎn)，在L2中可調(diào)整計(jì)劃順序及吊銷材料，也可在L2中后備輸入計(jì)劃。 　　· 跟蹤和管理 　　包括澆鑄過程及時(shí)間的管理和記錄、物料跟蹤、延時(shí)跟蹤、事件登記等生產(chǎn)有關(guān)事件和操作時(shí)序的監(jiān)視，其中澆鑄過程的管理又包含訪問數(shù)據(jù)庫、采集重要的現(xiàn)場數(shù)據(jù)、送過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)定值給基礎(chǔ)自動(dòng)化、對各種工作方式進(jìn)行管理、完成操作員的相關(guān)活動(dòng)。 　　· 板坯切割優(yōu)化模型 　　當(dāng)異鋼種連澆或出現(xiàn)產(chǎn)生廢坯的事件時(shí)，使用該模型重新計(jì)算并調(diào)整切割設(shè)定點(diǎn).以提高鑄坯收得率。 　　· 質(zhì)量判定模型 　　通過實(shí)時(shí)采集和檢測與質(zhì)量相關(guān)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，判斷質(zhì)量問題并為切割優(yōu)化模型提供優(yōu)化點(diǎn)，最后將相關(guān)質(zhì)量問題定位到板坯上。 　　· 二冷模型 　　目前，首先須完成模型通過對澆鑄過程的跟蹤，實(shí)時(shí)地將存儲在L2中的靜態(tài)二冷水表值下送給L1以實(shí)施控制的功能;然后，條件成熟時(shí)，可進(jìn)行動(dòng)態(tài)速度模型的研究，即計(jì)算各區(qū)域的平均拉速，在此基礎(chǔ)上計(jì)算各回路的水、氣流量，下送L1，實(shí)施動(dòng)態(tài)控制。 　　· 凝固及液芯長度模型 　　在連鑄生產(chǎn)過程中，該模型能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算板坯的溫度分布情況（包括坯殼、糊狀、液狀的溫度及位置），并完成板坯的切片跟蹤，為二次冷卻水的優(yōu)化噴水提供溫度參數(shù)。它為生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)合格的板坯提供了保證。 　　· 噴嘴狀態(tài)檢查 　　通過二冷噴嘴的理論噴水壓力與實(shí)際檢測噴水壓力的比較，已診斷二冷水口是否堵塞。 　　· 事件及報(bào)警 　　對鑄機(jī)生產(chǎn)過程中的事件及報(bào)警事項(xiàng)進(jìn)行管理。 　　· 生產(chǎn)數(shù)據(jù)及報(bào)表 　　最終產(chǎn)品和質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，制成生產(chǎn)報(bào)表。 　　· 操作員指導(dǎo) 　　將操作標(biāo)準(zhǔn)通過人機(jī)界面提供給操作員。 四、結(jié)束語 　　該工程項(xiàng)目由TORI四川托日信息工程有限責(zé)任公司完成自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、工程施工以及調(diào)試，并負(fù)責(zé)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，是一項(xiàng)交鑰匙工程。該項(xiàng)目從合同生效到熱負(fù)荷試車僅4個(gè)月時(shí)間，工期緊，且要求在鑄機(jī)年修期間實(shí)施。去年年修期間實(shí)施了自動(dòng)化系統(tǒng)的改造，由于準(zhǔn)備工作充分，現(xiàn)場停產(chǎn)施工時(shí)間4天，系統(tǒng)調(diào)試及試車3天，僅用7天就完成了自動(dòng)化系統(tǒng)的改造。 　　該系統(tǒng)于2006年12月投運(yùn)，目前已運(yùn)行3個(gè)月，運(yùn)行正常。該連鑄機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)改造的成功經(jīng)驗(yàn)對其它冶金企業(yè)的連鑄機(jī)改造具有借鑒效果。