厚板生產線基礎自動化系統的構建

扈素紅

（濟鋼集團有限公司自動化部，濟南 250101）

近年來，國內冶金企業根據各自的市場定位及發展規劃新建了幾十條厚板產線，從工藝布局上來看大同小異，但由于各自的資金實力及自動化控制水平的參差不齊，在保證基本控制功能的前提下各家企業從實際出發配置了形式各異的電氣自動化系統。下面以某鋼鐵公司新建4300mm 厚板產線為例，闡述厚板生產線基礎自動化系統的功能配置及系統構建。

1 產線的設計能力

該生產線具有年產量180 萬噸以上的生產能力。工藝設備主要包括：加熱爐、除鱗機組、粗軋機組、精軋機組、ACC、熱矯直機、冷床、切頭剪、定尺剪、雙邊剪、冷矯直機、熱處理線等。主要產品品種有造船板、鍋爐板、容器鋼板、管線用板、高強度結構板、橋梁板、耐大氣腐蝕板、模具板等。

該產線設計有蓄熱式加熱爐三座，先期建設兩座，預留一座。加熱爐的加熱能力為：熱坯240t/h，冷坯150t/h，為三段式加熱爐。粗軋機、精軋機均采用四輥可逆式軋機，交-直-交流變頻傳動，粗軋機的主電機為2×7500kW 的同步電動機，精軋機的主電機為2×9000kW 的同步電動機。ACC 為西門子-奧鋼聯的MULPΙC 系統；熱矯直機、冷矯直機、雙邊剪系統均由外方設計國內制造；熱處理爐選用LOΙ 公司的工業爐系統；其他系統均采用自主開發的控制系統。

2 基礎自動化系統的選型配置

基礎自動化系統在現代工業控制中起著舉足輕重的作用，上接二級控制模型，為二級模型提供必要的計算數據，下接自動化執行系統，需要忠實地完成一級、二級自動化系統所賦予的功能。因此，基礎自動化系統的選型就顯得尤為重要。

該產線在規劃時就將設備及控制系統定位于國際先進水平，能夠實現自動軋制，所有工作均圍繞這一定位展開。眾所周知，要達到這一目標，生產線所需的二級控制模型、MES 系統，甚至是ERP系統必須健全，且具有較高的技術水平。目前，該鋼鐵公司通過引進消化吸收，MES 系統、ERP 系統已具備自主開發能力，技術水平也已達到國際先進水平，只有軋制二級控制模型需要引進。

在板材生產線由于其生產工藝的特殊性，二級控制模型尤為復雜，目前德國西門子公司在該領域具有較強的技術實力，技術成熟，業績多。因此，加熱爐、粗軋機、精軋機、矯直機、ACC 等系統的二級控制模型選用西門子公司的相關技術。

為保證產線控制系統的一致性，且與二級控制系統有良好的控制銜接，基礎自動化系統也相應選用西門子的系列產品。這樣可最大程度的減少系統接口，確保系統間通信的暢通及快捷。

在控制實時性強的軋制區域采用TDC+ET200控制模式，其他區域采用S7 400+ET200 控制模式?？刂凭W絡采用工業以太網+DP 網的組網方式，工業以太網主要節點采用冗余環網相連，其他站點采用星形連接。電氣傳動裝置及智能儀表、智能元件等均以DP 總線方式接入各自系統的主站。

PDA 系統需要快速、實時、無遺漏地捕捉到每個重要信息的瞬間，真實地還原系統發生的每一個動作，因此，PDA 系統與其他系統間的連接要充分考慮到這些因素，規劃好與之相關的通信網絡。在該系統中，PDA 與TDC 間的通信采用GDM 方式，與S7 系統及主傳動間的通信采用工業以太網方式，與其他系統的通信則采用Profibus-DP 的方式。

產線所需電動機均選用交流電動機，輔傳動系統電壓等級選用660V，電氣傳動系統采用公共直流母線方式供電，這樣在降低線路損耗、有效減少線路截面積、減小電機體積的同時又能將多余的能量反饋回電網，減少系統的運行及維護成本。

主傳動系統采用西門子公司的SM150 交-直-交變頻裝置，電壓等級為3kVAC，可有效減少對電網的污染，省掉SVC 靜態無功補償裝置的投資，減少設備占地面積。

3 基礎自動化系統的功能劃分

為便于系統控制的方便及功能的完整將全線基礎自動化按區域進行了劃分，主要包括加熱爐區域、軋制區域、精整區域、熱處理區域、公輔系統、急停系統等。

加熱爐區域基礎自動化系統主要完成與連鑄機系統的物料交接、入爐輥道、加熱爐本體及輔助系統、爐內物料跟蹤、出爐輥道等的控制以及與加熱爐二級系統的通訊、與軋制區域控制系統的物料交接、相關傳動系統的控制等。

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軋制區域基礎自動化系統主要完成與加熱爐區域控制系統的物料交接、與精整區域控制系統的物料交接、物料跟蹤、粗除鱗系統、板坯測寬、推床控制、軋機本體及輔助系統、旁通輥道、物料運輸、換輥系統、鋼板厚度及板型測量、預矯直機、快冷系統、熱矯直機等的順序及邏輯控制以及與軋制二級模型、快冷系統二級模型、熱矯直機二級模型的通信、與主輔傳動及檢測儀表間的通信與控制等。

精整區域基礎自動化系統完成的功能主要包括：三座步進式冷床、母板檢查臺、切頭剪及試樣剪、雙邊剪、定尺剪、成品檢查臺、冷矯直機、鋼板探傷等設備及輔助系統的控制，另外還負責與軋制區域控制系統的物料交接、與雙邊剪控制模型及冷矯直機控制模型的數據傳遞、與傳動系統的通信等。

熱處理區域基礎自動化系統完成的功能有兩座熱處理爐的本體及輔助系統的控制、拋丸機本體及輔助系統的控制、矯直機及冷床系統的控制、電氣傳動系統的控制等。

公輔系統的主要包括旋流池、MULPΙC 水處理系統、熱處理水處理系統、軋輥磨床控制系統、空壓機站等。

出于多方面因素的考慮，該產線基礎自動化系統的設計采取自主設計與外方設計相結合的方式，軋制區域及雙邊剪、冷矯直機、熱處理爐等系統由外方設計，其余控制系統自主設計完成。由于雙方設計理念的差異，在急停系統的設計上存在較大區別。外方將負責的區域按照物流的方向分成了22 個安全區域，采用S7 300F 急停PLC 控制。外方在急停系統中對急停進行了詳細分類，對承擔軋件運輸調速傳動系統、獨立調速傳動系統、成組調速傳動系統、恒速傳動系統、液壓系統、氣動系統、UPS等系統的急停方式進行了分類控制。

電氣傳動系統除較獨立的裝置外全部采用公共直流母線方式供電，裝置間、裝置與自動化系統間采用DP 網絡進行通信。

4 實際運行效果

該產線基礎自動化系統于2010年2月份陸續進入系統調試階段，4月中旬連同L2 系統一次試車成功，軋制出第一塊合格的鋼板，并在短期內達到了設計水平。

從系統調試、生產運行來看，基礎自動化系統的各項運行指標均達到設計水平，運行穩定、運行效率高、故障時間短、調試簡單、維護方便，呈現如下主要特點：

2）自動化系統與傳動系統實現了無縫連接，通過網絡可對電氣傳動系統進行實時監控、趨勢觀察、參數修改、系統優化等。

3）實現系統故障的快速定位與診斷，大大縮短故障處理時間。

4）系統間采用網絡連接，大大減少了系統間的接口故障點，同時也減少了系統投資。

5）傳動系統采用660VAC 電壓等級及公共直流母線供電方式減少了設備體積，減少了能源消耗，降低了一次投資和系統運行成本。

5 結論

本文所闡述的只是厚板產線基礎自動化系統配置的一種形式，旨在與諸位同行朋友交流心得，期望給諸位同行帶來一點幫助或思路上的借鑒。從生產運行的實際情況看，文中所述思路和方法是可行的，能夠滿足生產現場快節奏、高強度、連續式生產的需要，滿足生產工藝的需要。