軋鋼廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)化

劉長(zhǎng)滿

（承德鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 承德 067000）

軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中監(jiān)控系統(tǒng)，主要依靠一整套完整有效的電氣自動(dòng)化控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，來(lái)提高軋機(jī)生產(chǎn)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化程度，提升軋機(jī)生產(chǎn)水平。對(duì)于軋鋼電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，掌握軋機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件優(yōu)化、硬件優(yōu)化和設(shè)備優(yōu)化措施，對(duì)提升軋鋼生產(chǎn)的穩(wěn)定性具有重要意義。同時(shí)基于電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，軋鋼電氣技術(shù)人員還要主動(dòng)承擔(dān)相關(guān)職責(zé)，不斷引進(jìn)新技術(shù)，確保電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)更好地服務(wù)軋鋼生產(chǎn)。

1 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)是指使用信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)，是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的系統(tǒng)控制。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在使用中具有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)；它可以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視管理；可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視管理；實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視管理。由于使用信息系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，信息系統(tǒng)已廣泛用于許多領(lǐng)域，例如生產(chǎn)、服務(wù)和交通控制。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用可以大大提高軋機(jī)的生產(chǎn)效率和軋機(jī)生產(chǎn)的安全性，同時(shí)可對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而減少了突發(fā)事故的可能性。

2 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的作用與應(yīng)用

電氣自動(dòng)化技術(shù)的水平高低代表著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的程度。隨著全球化和信息時(shí)代的發(fā)展，電氣自動(dòng)化在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位越來(lái)越重要。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)中。在冶金工業(yè)發(fā)展過(guò)程中，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要用于以下領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)收集，機(jī)械制造中電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制，系統(tǒng)監(jiān)視和控制。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在各種大型設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中承擔(dān)參數(shù)監(jiān)視，調(diào)節(jié)控制，報(bào)警和計(jì)算等功能，可以有效地保證相關(guān)設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)。電氣自動(dòng)化的發(fā)展引領(lǐng)著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。它可以最大限度地降低企業(yè)成本，確保各種生產(chǎn)活動(dòng)的順利進(jìn)行，確保企業(yè)相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行，并消除各種操作干擾。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行，減少安全事故的發(fā)生。

3 軋鋼生產(chǎn)工藝

軋鋼生產(chǎn)根據(jù)軋制的溫度不同，分為熱軋和冷軋。軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中使用的高溫加熱設(shè)備，以及其中所含的有毒氣體、有毒化學(xué)試劑和噪聲會(huì)對(duì)軋鋼生產(chǎn)造成危險(xiǎn)。只要采取軋鋼生產(chǎn)安全措施，確保作業(yè)技術(shù)水平和作業(yè)過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化，就能保證軋鋼生產(chǎn)過(guò)程的安全性，軋機(jī)中熱軋生產(chǎn)過(guò)程的能耗非常高。

圖1 全自動(dòng)軋鋼控制過(guò)程中的功能分配示意圖

4 軋機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件優(yōu)化

4.1 優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

做好優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)工作，可以對(duì)系統(tǒng)的整體發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。通過(guò)對(duì)鋼軋制工藝系統(tǒng)的準(zhǔn)確分析，優(yōu)化系統(tǒng)的內(nèi)部軟件結(jié)構(gòu)，可確保鋼軋制生產(chǎn)工藝滿足軋制水平。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)用于優(yōu)化系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以確保軟件結(jié)構(gòu)能夠滿足行業(yè)的加工和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)熱加工和切割工藝的實(shí)用性。在應(yīng)用電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)理論與設(shè)計(jì)的有效結(jié)合。

4.2 輸出電路設(shè)計(jì)的優(yōu)化

在輸出電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，有必要在電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)輸出電路與各種指標(biāo)和規(guī)格的綜合對(duì)比，然后對(duì)輸出電路進(jìn)行全面優(yōu)化，避免電路輸出出現(xiàn)問(wèn)題。在生產(chǎn)過(guò)程中，可能會(huì)降低電路的負(fù)載平衡值，進(jìn)而導(dǎo)致功率輸出效率不斷降低，從而損壞電路。因此，必須在電氣輸出過(guò)程中合理使用二極管，以確保在電路浪涌期間防止電路干擾，并確保輸出電壓的穩(wěn)定性。同時(shí)，有必要使用PLC技術(shù)監(jiān)視電氣系統(tǒng)的運(yùn)行，提高電氣操作系統(tǒng)中輸出電路的安全性和及時(shí)性。

4.3 優(yōu)化電路的輸入設(shè)計(jì)

在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要考慮將鋼軋制工藝應(yīng)用于輸入電路。為了保證軋鋼產(chǎn)品的供應(yīng)質(zhì)量，有必要優(yōu)化鋼鐵企業(yè)的輸入線，在輸入線中安裝元件，并進(jìn)行中性點(diǎn)接地，以減少生產(chǎn)過(guò)程中的脈沖干擾。另外，還必須加強(qiáng)對(duì)電路工作的檢查，以減少短路次數(shù)，避免輸入電路損壞。

4.4 抗干擾設(shè)計(jì)優(yōu)化

在電氣自動(dòng)化硬件系統(tǒng)的優(yōu)化過(guò)程中，抗干擾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是非常必要的。優(yōu)化抗干擾設(shè)計(jì)水平可以減少外部環(huán)境對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的影響。為此，我們必須首先了解電氣系統(tǒng)的硬件，分離可能的干擾線，并使用屏蔽電纜模式控制可能引起干擾的相鄰線，從而提高電氣系統(tǒng)運(yùn)行的安全性；其次，隔離設(shè)計(jì)用于隔離電氣控制系統(tǒng)中的變壓器，以避免潛在的系統(tǒng)干擾風(fēng)險(xiǎn)，并確保變壓器設(shè)備運(yùn)行的安全性；第三，優(yōu)化電氣系統(tǒng)中的電磁屏蔽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并通過(guò)應(yīng)用防靜電外殼來(lái)實(shí)現(xiàn)防靜電處理，從而減少電磁干擾問(wèn)題的發(fā)生。

5 中寬帶軋鋼廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制介紹

中寬帶生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)有5種，分別為以太網(wǎng)、VME網(wǎng)、PROFIBUS-DP網(wǎng)、MPI網(wǎng)、GENIUS網(wǎng)。中寬帶生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)的主干網(wǎng)是以太網(wǎng)，使用的通訊協(xié)議是TCP/IP，整體呈星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最重要的交換機(jī)安裝在精軋主電室內(nèi)。

加熱爐區(qū)域的主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是一個(gè)儀控的PLC1和電控的PLC2,還有裝鋼臺(tái)和出鋼臺(tái)的監(jiān)控畫面的IPC。在裝鋼臺(tái)和出鋼臺(tái)各有一臺(tái)交換機(jī)。加熱爐和其他區(qū)域之間的數(shù)據(jù)交換是通過(guò)從出鋼臺(tái)到粗軋主電室光纖交換機(jī)，然后從粗軋的交換機(jī)再連接到精軋的主交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

粗軋主電室內(nèi)C2A控制柜旁邊的柜子是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的柜子，其中有光纖交換機(jī)，光纖交換機(jī)實(shí)現(xiàn)和加熱爐、粗軋操作臺(tái)、精軋的數(shù)據(jù)交換。粗軋操作臺(tái)上的監(jiān)控畫面裝有GEHCS通訊協(xié)議，通過(guò)該通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)和C7A之間的數(shù)據(jù)通訊。

熱卷箱通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)和C5A連接，C5A是熱卷箱S7-400的一個(gè)從站。熱卷箱和S7-300之間是MPI通訊和飛剪PLC之間是以太網(wǎng)通訊。熱卷箱S7-400和熱卷箱畫面之間是MPI通訊。（飛剪的網(wǎng)絡(luò)是2011年新增的）飛剪控制柜處有個(gè)交換機(jī)，有三個(gè)分支，一個(gè)連接飛剪PLC，一個(gè)連接熱卷箱S7-400，一個(gè)連接飛剪操作臺(tái)的IPC。

精軋操作臺(tái)的除塵工控機(jī)和除塵PLC是通過(guò)光纖連接的，只是分為從精軋臺(tái)到粗軋主電室和粗軋主電室到除塵電磁站兩個(gè)部分，在粗軋主電室里面光纖熔接的。

GE 9070 PLC是精軋區(qū)域的主PLC，它主要包括C7A、C6A、C5A、C5B這幾個(gè)PLC之間是通過(guò)VME網(wǎng)讀寫數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊的。如果VME地址是以301開(kāi)始的說(shuō)明這個(gè)數(shù)據(jù)是C7A寫的，如果VME地址是以302開(kāi)始的說(shuō)明這個(gè)數(shù)據(jù)是C6A寫的、如果VME地址是以303開(kāi)始的說(shuō)明這個(gè)數(shù)據(jù)是C5A寫的、如果VME地址是以304開(kāi)始的說(shuō)明這個(gè)數(shù)據(jù)是CDC5B寫的。

GE9070之間除了VME通訊還有GENIUS通訊，C3A是C6A的遠(yuǎn)程站，C4A是C5A的遠(yuǎn)程站，C3A、C4A、C5A、C6A、C7A之間構(gòu)成GENIUS網(wǎng)。

C5A和C7A都連接到精軋主交換機(jī)上面，兩個(gè)PLC之間還有以太網(wǎng)通訊。C5A和熱卷箱的S7-400之間還通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)連接。

CDC5B和活套的S1-S5的6RA70直流調(diào)速裝置是通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)連接的，CDC5B是主站，在2011年精軋傳動(dòng)改造的時(shí)候，立軋F(tuán)0、精軋F(tuán)1-F6直流調(diào)速裝置和精軋的PLC1通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)連接。在改造之間給定和控制指令是通過(guò)硬線連接的，改造之后全部走網(wǎng)絡(luò)，提高的系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少了電纜的數(shù)量。同時(shí)PLC1通過(guò)精軋的主交換機(jī)和精軋值班室的裝有WINCC的IPC之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，可以實(shí)現(xiàn)精軋區(qū)域的狀態(tài)監(jiān)控。

卷取區(qū)域主要的設(shè)備主要有控制1#卷取機(jī)的PLC1、控制2#卷取機(jī)的PLC2和控制水幕的C9A.其中卷取PLC1和PLC2是西門子的S7-400 PLC，C9A是GE9070PLC。卷取操作臺(tái)上有三臺(tái)工控機(jī)分別和三套PLC連接。PLC1和PLC2之間是通過(guò)MPI連接，PLC1與C9A之間是DP網(wǎng)絡(luò)連接。在C9A PLC控制柜里面有一個(gè)光纖交換機(jī)和精軋主交換機(jī)以及卷取CTC畫面相連。卷取的C9A可以通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)和C7A、C5A之間的以太網(wǎng)通訊卷取區(qū)域另外的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是DP網(wǎng)絡(luò)，1#卷取機(jī)的PLC1通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)和1#卷取機(jī)芯棒和夾送輥的6RA70裝置相連接。2#卷取機(jī)的PLC2通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)和2#卷取機(jī)的芯棒電機(jī)、夾送輥電機(jī)（兩個(gè)，其中一個(gè)是備用）、4個(gè)助卷輥的6RA70連接構(gòu)成卷取區(qū)域的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。

6 結(jié)論

通常，軋鋼工藝不僅應(yīng)確保軋制產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化，還應(yīng)確保軋制產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性。 為此，有必要充分優(yōu)化電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率，充分發(fā)揮其運(yùn)行監(jiān)控能力，改善軋鋼生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)工藝。實(shí)現(xiàn)軋鋼企業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。