分析現(xiàn)代化鍍鋅生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)

楊志平

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)軋鋼工業(yè)的發(fā)展速度較快，對(duì)于現(xiàn)代化的鍍鋅生產(chǎn)線而言，構(gòu)建與生產(chǎn)需求相契合的自動(dòng)化控制系統(tǒng)成為了備受各方重視的內(nèi)容之一。通過(guò)結(jié)合現(xiàn)代化鍍鋅生產(chǎn)線的實(shí)際情況，對(duì)其自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：鍍鋅生產(chǎn)線；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；Profei-Bus；PLC

中圖分類號(hào)：TG333.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.119

熱鍍鋅板利用冷軋薄板作為生產(chǎn)原料，采取一定的工業(yè)手段將鍍鋅層包覆于鋼板表面，并通過(guò)包覆鍍鋅層的方式，提高鋼板的耐腐蝕性和延長(zhǎng)鋼材在惡劣環(huán)境條件中的使用壽命。鍍鋅生產(chǎn)線的基本工作原理為：將鍍鋅液維持在450.0 ℃的狀態(tài)下，在鋼板通過(guò)鍍鋅液時(shí)，鍍鋅液體會(huì)與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成具有較高致密性的氧化鋅薄膜，并完全附著于鋼板之上，可避免外部具有腐蝕性的介質(zhì)直接與鋼板表面接觸，從而起到提高耐腐蝕性的作用。

1 鍍鋅生產(chǎn)線概述

馬鋼股份有限公司冷軋板廠1#連續(xù)熱鍍鋅線是馬鋼公司投入使用的第一條鍍鋅生產(chǎn)線。該鍍鋅生產(chǎn)線年均生產(chǎn)能力為3.0×105 t，產(chǎn)出產(chǎn)品為鍍鋅薄板（供建筑業(yè)、家電制造業(yè)和彩涂業(yè)使用）。本生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)由3部分構(gòu)成：①一級(jí)。是指基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)。②二級(jí)。是指模型控制系統(tǒng)。③三級(jí)。是指與廠級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)接的部分。

2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

針對(duì)鍍鋅生產(chǎn)線所設(shè)置的自動(dòng)化控制系統(tǒng)由兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，一級(jí)為生產(chǎn)控制工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，二級(jí)為生產(chǎn)管理以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立在TCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)之上，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并經(jīng)過(guò)一級(jí)信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與二級(jí)服務(wù)器連接。在鍍鋅生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)中的PLC控制器以其所對(duì)應(yīng)的操作終端、二級(jí)操作終端作為兩級(jí)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，并在不同的位置接入以太網(wǎng)內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程I/O接口在Genius網(wǎng)絡(luò)支持下與PLC終端連接，帶位置控制的設(shè)備裝有編碼器，按區(qū)域組成4個(gè)Profei-Bus網(wǎng)，分別接至入口、中間、出口PLC控制器Profei-Bus的主板，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的精確控制。鍍鋅生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)傳動(dòng)設(shè)備基于IS-BUS與PLC終端連接。對(duì)于獨(dú)立設(shè)備，比如鍍鋅生產(chǎn)線上稱重設(shè)備、焊機(jī)和氣刀等，與系統(tǒng)的接口為以太網(wǎng)直接與PLC終端的連接。

3 一級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1 一級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

在一級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，一級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的主要應(yīng)用功能是對(duì)整個(gè)鍍鋅生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)和控制，分析網(wǎng)絡(luò)通訊的運(yùn)行情況，收集生產(chǎn)控制所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)生成報(bào)警信息，遵循優(yōu)先權(quán)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行管理，并可提供鍍鋅生產(chǎn)線在各種狀態(tài)下的生產(chǎn)報(bào)告。

3.2 操作終端

在一級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，操作終端的主要價(jià)值是輔助對(duì)鍍鋅生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)和控制，為各種生產(chǎn)控制功能的實(shí)現(xiàn)提供必需的畫面組態(tài)支持，并根據(jù)畫面對(duì)生產(chǎn)控制操作提出建議。在本文所構(gòu)建的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，可應(yīng)用GE-Fanuc所提供的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)操作終端的功能。該人機(jī)交互界面的最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)客戶與服務(wù)器HMI系統(tǒng)的融合，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)收集功能。其基本構(gòu)成包括服務(wù)器和終端兩部分，前者負(fù)責(zé)采集、發(fā)送生產(chǎn)線的運(yùn)行數(shù)據(jù)；后者負(fù)責(zé)連接服務(wù)器，并顯示和控制數(shù)據(jù)。

3.3 PCL控制器終端

在一級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，GE-Innovation PLC控制器是實(shí)現(xiàn)大量自動(dòng)化控制功能的核心模塊之一。相比于模擬控制模塊而言，為了更好地滿足鍍鋅生產(chǎn)線對(duì)自動(dòng)化控制提出的要求，本文選用了基于可用控制塊語(yǔ)言編程的控制器。本類型PLC控制器具備中斷驅(qū)動(dòng)操作的控制中心，響應(yīng)速度快、診斷功能強(qiáng)，支持多類型的I/O接口，在復(fù)雜的大型系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值較高。

3.4 傳動(dòng)設(shè)備

本系統(tǒng)中的傳動(dòng)設(shè)備為Toshiba公司的IGBT PWM變頻器。在一級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，傳動(dòng)設(shè)備的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，根據(jù)其使用范圍可進(jìn)一步劃分為無(wú)傳感器矢量控制和有傳感矢量控制兩部分。傳動(dòng)柜直流電源有IGBT整流和二極管整流兩種，IGBT整流元件的整流柜用于開(kāi)卷機(jī)、活套、張緊輥、夾送輥和卷取機(jī)等；二極管整流元件的整流柜主要用于風(fēng)機(jī)、刷輥等。

4 二級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)成

4.1 過(guò)程自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)

在本系統(tǒng)中，過(guò)程自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)主要包括以下4部分：①接收一級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)送的處理命令，并通過(guò)PDI原始數(shù)據(jù)輸入的方式處理每個(gè)卷所對(duì)應(yīng)的信息；②在對(duì)卷信息進(jìn)行處理的過(guò)程中跟蹤卷動(dòng)態(tài)，并生成與之相對(duì)應(yīng)的調(diào)整設(shè)定點(diǎn)，顯示有關(guān)線、卷的修改參數(shù)信息；③通過(guò)操作員顯示屏幕對(duì)非正常運(yùn)行狀態(tài)提出報(bào)警指令；④診斷各個(gè)卷的產(chǎn)出性能，并形成數(shù)據(jù)報(bào)告。

4.2 生產(chǎn)控制模型

在整個(gè)鍍鋅生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，共涉及2個(gè)生產(chǎn)控制模型，分別為有關(guān)鍍層重量的控制模型和有關(guān)加熱退火爐燃燒狀態(tài)的控制模型。模型機(jī)軟件系統(tǒng)采用日本新日鐵公司提供的技術(shù)。在模型的選用和構(gòu)建過(guò)程中，可在二級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)掛設(shè)專用計(jì)算機(jī)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與二級(jí)服務(wù)器的信號(hào)交換。二級(jí)系統(tǒng)接受三級(jí)系統(tǒng)下發(fā)的鋼卷信息，并通過(guò)協(xié)議地址發(fā)送至模型機(jī)，模型機(jī)將符合該鋼種的控制數(shù)據(jù)在焊點(diǎn)到達(dá)退火爐和鍍層測(cè)厚儀時(shí)分別傳輸給它們，從而達(dá)到自動(dòng)控制爐溫和鋅層厚度的目的。

4.3 二級(jí)系統(tǒng)與廠級(jí)系統(tǒng)的接口部分

二級(jí)系統(tǒng)和三級(jí)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞會(huì)經(jīng)過(guò)ODBC數(shù)據(jù)庫(kù)。二級(jí)系統(tǒng)將建立一個(gè)與三級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的ODBC連接，并直接從三級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取所需的數(shù)據(jù)。當(dāng)卷數(shù)據(jù)處理完成后，二級(jí)系統(tǒng)將通過(guò)ODBC連接直接將所有的卷數(shù)據(jù)寫入三級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在近年來(lái)的實(shí)踐中，我國(guó)各類冷軋線的處理開(kāi)始展開(kāi)自主集成技術(shù)的研究，自主集成技術(shù)的應(yīng)用逐步替代了國(guó)外引進(jìn)的應(yīng)用模式，但在自主技術(shù)研發(fā)方面尚處于起步階段，相關(guān)技術(shù)仍未成熟。本文著眼于對(duì)鍍鋅生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究，對(duì)該控制系統(tǒng)的構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制功能進(jìn)行了詳細(xì)分析，希望能促進(jìn)有關(guān)自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究的進(jìn)一步發(fā)展，從而更好地保障鍍鋅生產(chǎn)線的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

〔編輯：張思楠〕