厚板生產(chǎn)線基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的構(gòu)建

扈素紅

（濟鋼集團有限公司自動化部，濟南 250101）

近年來，國內(nèi)冶金企業(yè)根據(jù)各自的市場定位及發(fā)展規(guī)劃新建了幾十條厚板產(chǎn)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(yè)從實際出發(fā)配置了形式各異的電氣自動化系統(tǒng)。下面以某鋼鐵公司新建4300mm 厚板產(chǎn)線為例，闡述厚板生產(chǎn)線基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的功能配置及系統(tǒng)構(gòu)建。

1 產(chǎn)線的設(shè)計能力

該生產(chǎn)線具有年產(chǎn)量180 萬噸以上的生產(chǎn)能力。工藝設(shè)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(chǎn)品品種有造船板、鍋爐板、容器鋼板、管線用板、高強度結(jié)構(gòu)板、橋梁板、耐大氣腐蝕板、模具板等。

該產(chǎn)線設(shè)計有蓄熱式加熱爐三座，先期建設(shè)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(lián)的MULPΙC 系統(tǒng)；熱矯直機、冷矯直機、雙邊剪系統(tǒng)均由外方設(shè)計國內(nèi)制造；熱處理爐選用LOΙ 公司的工業(yè)爐系統(tǒng)；其他系統(tǒng)均采用自主開發(fā)的控制系統(tǒng)。

2 基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的選型配置

基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)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(shù)據(jù)，下接自動化執(zhí)行系統(tǒng)，需要忠實地完成一級、二級自動化系統(tǒng)所賦予的功能。因此，基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的選型就顯得尤為重要。

該產(chǎn)線在規(guī)劃時就將設(shè)備及控制系統(tǒng)定位于國際先進水平，能夠?qū)崿F(xiàn)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(chǎn)線所需的二級控制模型、MES 系統(tǒng)，甚至是ERP系統(tǒng)必須健全，且具有較高的技術(shù)水平。目前，該鋼鐵公司通過引進消化吸收，MES 系統(tǒng)、ERP 系統(tǒng)已具備自主開發(fā)能力，技術(shù)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(chǎn)線由于其生產(chǎn)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(lǐng)域具有較強的技術(shù)實力，技術(shù)成熟，業(yè)績多。因此，加熱爐、粗軋機、精軋機、矯直機、ACC 等系統(tǒng)的二級控制模型選用西門子公司的相關(guān)技術(shù)。

為保證產(chǎn)線控制系統(tǒng)的一致性，且與二級控制系統(tǒng)有良好的控制銜接，基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)也相應(yīng)選用西門子的系列產(chǎn)品。這樣可最大程度的減少系統(tǒng)接口，確保系統(tǒng)間通信的暢通及快捷。

在控制實時性強的軋制區(qū)域采用TDC+ET200控制模式，其他區(qū)域采用S7 400+ET200 控制模式?？刂凭W(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)+DP 網(wǎng)的組網(wǎng)方式，工業(yè)以太網(wǎng)主要節(jié)點采用冗余環(huán)網(wǎng)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(tǒng)的主站。

PDA 系統(tǒng)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(tǒng)發(fā)生的每一個動作，因此，PDA 系統(tǒng)與其他系統(tǒng)間的連接要充分考慮到這些因素，規(guī)劃好與之相關(guān)的通信網(wǎng)絡(luò)。在該系統(tǒng)中，PDA 與TDC 間的通信采用GDM 方式，與S7 系統(tǒng)及主傳動間的通信采用工業(yè)以太網(wǎng)方式，與其他系統(tǒng)的通信則采用Profibus-DP 的方式。

產(chǎn)線所需電動機均選用交流電動機，輔傳動系統(tǒng)電壓等級選用660V，電氣傳動系統(tǒng)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(wǎng)，減少系統(tǒng)的運行及維護成本。

主傳動系統(tǒng)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(wǎng)的污染，省掉SVC 靜態(tài)無功補償裝置的投資，減少設(shè)備占地面積。

3 基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的功能劃分

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

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

把誠信企業(yè)建設(shè)作為守法經(jīng)營、誠信經(jīng)營、自律經(jīng)營的重要抓手，努力塑造上?；ち己玫纳鐣蜗?。截至2017年，上海在冊登記誠信企業(yè)建設(shè)單位達80家，獲得一星級誠信企業(yè)稱號9家，二星級4家，三星級16家，四星級11家，五星級1家。這些誠信企業(yè)成為本市化工行業(yè)誠信標桿，獲得了良好的社會公信度。

軋制區(qū)域基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)主要完成與加熱爐區(qū)域控制系統(tǒng)的物料交接、與精整區(qū)域控制系統(tǒng)的物料交接、物料跟蹤、粗除鱗系統(tǒng)、板坯測寬、推床控制、軋機本體及輔助系統(tǒng)、旁通輥道、物料運輸、換輥系統(tǒng)、鋼板厚度及板型測量、預矯直機、快冷系統(tǒng)、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(tǒng)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(qū)域基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)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(shè)備及輔助系統(tǒng)的控制，另外還負責與軋制區(qū)域控制系統(tǒng)的物料交接、與雙邊剪控制模型及冷矯直機控制模型的數(shù)據(jù)傳遞、與傳動系統(tǒng)的通信等。

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

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

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

電氣傳動系統(tǒng)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(tǒng)間采用DP 網(wǎng)絡(luò)進行通信。

4 實際運行效果

該產(chǎn)線基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)于2010年2月份陸續(xù)進入系統(tǒng)調(diào)試階段，4月中旬連同L2 系統(tǒng)一次試車成功，軋制出第一塊合格的鋼板，并在短期內(nèi)達到了設(shè)計水平。

從系統(tǒng)調(diào)試、生產(chǎn)運行來看，基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的各項運行指標均達到設(shè)計水平，運行穩(wěn)定、運行效率高、故障時間短、調(diào)試簡單、維護方便，呈現(xiàn)如下主要特點：

2）自動化系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)實現(xiàn)了無縫連接，通過網(wǎng)絡(luò)可對電氣傳動系統(tǒng)進行實時監(jiān)控、趨勢觀察、參數(shù)修改、系統(tǒng)優(yōu)化等。

3）實現(xiàn)系統(tǒng)故障的快速定位與診斷，大大縮短故障處理時間。

4）系統(tǒng)間采用網(wǎng)絡(luò)連接，大大減少了系統(tǒng)間的接口故障點，同時也減少了系統(tǒng)投資。

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

5 結(jié)論

本文所闡述的只是厚板產(chǎn)線基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)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(chǎn)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(chǎn)現(xiàn)場快節(jié)奏、高強度、連續(xù)式生產(chǎn)的需要，滿足生產(chǎn)工藝的需要。