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马钢第三炼钢厂新六机六流连铸机电气自动化系统

项目介绍

三钢新六机六流方坯连铸机工程是马钢“十五”期间十 三个重点基建技改项目之一,是由马钢设计研究院、奥 钢联联合设计的,其年设计能力为70万吨,目前已达到 其年设计能力。它是目前世界上设备装备水平、自动化 控制水平比较先进的高效连铸机之一,它的建成投产将 为马钢开发新的高技术含量、高附加值产品开辟了新的 途径。

系统设计依据

面对21世纪的世界性的自动化控制领域以分布式现场总 线为主导的,电气控制技术、电子仪表控制技术、电子 计算机技术(EIC)三电合一的一场革命性变革及发展 趋势;借鉴三钢厂具有90年代世界水平的引进设备异型 坯连铸机的自动化控制系统先进的设计思想,在充分考 虑到设备先进性、开放性、稳定性及备件来源的可靠性 和价格性能比等诸多因数,结合参加异型坯连铸机自动化系统安装调试积累的经验和对引进的自动化设备深入的认识,我们选定了西门子公司先进的控制设备.

新六机六流方连铸机生产线自动化系统分两级,第一级称基 础自动化,基础自动化系统主要由西门子公司的SIMATIC S7-400PLC、操作员工作站(WINCC C/S方式)、传动装 置(变频器)和仪控系统组成。其中29台德国SEW公司变 频器都作为从站以PROFIBUS-DP协议与PLC相连,由PLC跟踪系统设定速度,仪控系统121总线仪表通过 PROFIBUS-PA协议与PLC相连。该台铸机主体设备核心 部件、二级工艺过程控制应用软件包等均从奥钢联引 进。为解决重工业厂区的电磁干扰和满足大容量的数据 交换,在高层网络设计中考虑采用100M  bit/s光纤Ethernet 环网,每个主PLC站通过CP443-1模块及OSM光连接模 块,连成光纤环网络拓扑结构。

如下图所示,三钢六机六流连铸机生产线的基础自动化 系统,根据其工艺需求,每条铸流均是一条独立的生产 线,此外还有一些公用系统,为便于管理和维护,在现 场级由六套铸流PLC系统和一套公用PLC系统组成,每 套PLC都将所有信息送到中央监控层,还有部分铸流系统与共用系统的数据交换,为保证系 统的可靠性及快速性,选用工 业以太网。


在中央监控层采用 SER VER/ CLIENT结构,改变过去单机应 用模式,采用多用户系统。多 用户系统由多个操作员终端构成,这几个操作员终端则通过终端总线提供数据,而终端总线是独立于系统总线的标准以 太网,仅用于从OS服务器向过 程终端、工程系统提供数据。系 统总线和终端总线完全分离, OS服务器只需通过自动化系统 提供一次数据。

多用户系统的优点在于:过程终端能够以极大的灵活性安装与排列;安装费用相当低廉,  可实现互连、互通和 互操作功能;为保证系统的可靠性,OS服务器需2台作 冗余,若其中一台服务器故障,OS终端将自动切换,延 时1-2分钟,故障服务器启动后需手动切换OS终端,在 故障后重新启动操作员站时,所有测量值档案和报警档 案将被自动比较和更新。 ·

铸流系统:以一流为例,主PLC(S7-400)的主机架由一 个电源模块、一个CPU414-2DP、一个CP443-5 EXT(路 由功能)和CP443-1以太网通讯模块构成。CPU集成DP 口通过Profibus-DP网与下挂5个I/O远程工作站-ET200M(采集本流现场的各种电控设备、液面控制器等的开关 量与模拟量)和一个接点容量为5A的I/O远程工作站-ET200(MCC柜),拉矫机变频器,引杆变频器、BMS变频器,辊道1#变频器、辊道2-4#变频器和火切割枪变频 器;3套C7-633分别用来控制结晶液压振动,#1,#2 中包液面进行数据交换;CP443-5 EXT的DP口通过DP/ PA LINK与支持PA通讯的仪表(19台变送器,阀门定位 器,流量计)进行数据交换,工程师站PDM软件通过 CP443-5 EXT路由功能,实现远方修改仪表信息。二 至六流的设备构成与一流相同。 ·

公用系统:主机架配置与铸流配置一样,CPU集成DP口通过PROFIBUS-DP网与下挂4个I/O远程工作站-ET200M(采集现场的各种电控设备、拉矫,出坯火切等的开关 量与模拟量)和2个接点容量为5A的I/O远程工作站-ET200(MCC柜),大包回转变频器,#1中包行走变频器、#1中包行走变频器,移钢机变频器和U/V冷床变频器;1 套C7-633用来控制BMS冷却水,2套S7-300用于打号, 结晶振动液压控制;CP443-5 EXT的DP口通过DP/PA LINK与支持PA通讯的仪表(7台变送器,阀门定位器, 流量计)进行数据交换。 ·

操作员工作站与监控系统:采用CLIENT/SERVER结构,在主电室安装2套冗余的无限点WINCC SEVER,其中1台为工程师站,除安装WINCC外,还需STEP7,PDM,1台操作员站,在主控室安装3台HMI,火切室、拉矫室各 一台HMI。通过HMI实现对生产线的组合操作,状态监控,参数设定和报警显示,同时还配有打印机和硬拷贝机, 用于打印报警信息、工艺动态参数和趋势图。

系统的特点

从技术角度看: ·

总线技术代表检测系统数据传输技术的发展趋势 ·

仪控系统采用PA总线技术,直接获取数字信号,简化了PLC程序,取消了大量A/D转换任务,提高了主PLC工作效率,减少模拟量信号在传输过程中的误差,提高了测量精度 ·

由于实现了现场设备控制网和工厂管理网,可远程预 测和设备诊断,远程调整操作参数,设备管理,同时由 于系统结构简化,连线简单而减少了维护工作量 ·

节省大量的电缆与硬件设备的投资和安装、调试费用,大大缩短了安装调试时间 ·

用户具有高度的系统集成主动权,可自由选择不同厂 家的设备组成最佳系统,设备出故障时可自由选择替换 的设备;其设备的标准化和功能模块化,使其还具有 设计简单、易于重构等优点 ·

大量的现场设备信息进入管理层,提高了设备的运行 管理水平,使操作和维护人员及时掌握全厂现场设备 的详细状态信息,可预测性的维护,节省大量人力和 时间

从经济角度看: ·

系统设备费由于控制系统的95%的模拟量均由PA总线控制,节约了大量的I/O模拟量板,其节约费用恰与各类带PA总线的仪表(PA表比普通表贵10%-30%,2001年价格)涨幅相等 ·

电缆桥架费由计划的95万降至18万 ·

安装费用由计划的68万降至21万 ·

总计节省投资31%本文摘自《西门子专家论文集》 作者:萧敏