炼钢连铸机配水网络系统优化改造的实现--控制网



炼钢连铸机配水网络系统优化改造的实现
企业：控制网 日期：2009-05-17
领域：运动控制 点击数：1348










马良 （1981-）

男，现任济钢集团自动化部助理工程师。

摘要：通过在原电气控制系统的基础设计了MB+网络，与原工业以太网自动配水系统并行工作，提高了铸机自动配水系统的运行稳定性。通过多个配水表的设计，提高生产各种钢种的灵活性。

关键词：工业以太网；MB+网；iFIX；配水表

Abstract: By designing the MB+ net on the basis of the present electric control system, we improve the
 stability of the auto matching-water system. By designing multiple matching-water table , we promote the flexibility for producing various cast steel.

Key words: Industry Ethernet; MB+ net; iFIX; matching-water table

1  概述

    济钢第一炼钢厂现有3台板坯铸机、2台方坯铸机，其中2＃方坯铸机为一机四流，于2003年12月份投产。该铸机采用了大包称重、结晶器液面自动控制、拉矫振动变频调速、自动定尺、自动出坯、自动配水等技术。

    该铸机自动控制系统采用法国施耐德Quantumn系列PLC作为控制核心，配套Concept2.6编程软件编制控制程序。上位机操作软件由德国GE公司设计的iFIX组态软件所开发。本铸机PLC网络设计为五个主机站:四个流各为一个主机站、公共设备为一个主机站。五个PLC主机站、编程上位机、操作上位机之间通过以NOE模块、以太网交换机组成星型网络。配水室各流配水流量、压力、温度信号分别采入各流PLC主站，根据配水工艺要求通过Concept2.6软件编制配水控制程序，同时可通过由iFIX开发的应用软件由操作人员进行监视和手动修改配水数据。

2 原系统存在问题分析

2.1 网络系统不稳定  

    配水操作是连铸机生产的关键环节，其数据必须实时有效的传输到操作人员面前，否则可能会影响铸坯质量、造成停产，甚至会引发安全事故。自2＃方坯铸机投产后，NOE模块内部多次发生系统崩溃，导致通讯故障影响配水系统的运行。故障记录需要通过IE浏览器进入NOE模块，由内部文件命令“Clear Crash Log File”予以清除。另外以太网星型网络的水晶插头松动和操作上位机死机等故障也使配水系统工作不稳定，影响着正常生产！因此提高配水网络系统的稳定可靠性成为方坯铸机的一个重要课题。

2.2 配水表单一

    连铸机的二冷段是保证生产优质、无缺陷铸坯的重要环节，是防止铸坯出现内部裂纹、偏析、中心疏松以及发生脱方的重要部位。而配水是这一重要环节中的重要组成部分。

    二冷水配水参数计算公式：

      Q=K×K1×K2×(AiV2 +BiV+Ci)

    式中，V为实际拉速； Ai、Bi、Ci为配水系数。

    Ai、Bi、Ci参数作为一个重要的参量设计于PLC配水程序中，每段根据不同的钢种有各自的分配比。它们与拉速、流量反馈信号构成闭环控制函数，控制着仪表设备按工艺要求对二冷各段进行配水，保证生产出合格的铸坯。

    原设计只针对普碳钢设定了配水系数，生产其他钢种时需要根据工艺单位提供的配水系数停机修改配水程序，调试仪表设备，由此造成停机次数的增加和系统的不稳定性。随着市场对品种需求的多样化、对质量要求的不断提高，方坯生产的钢种多样化成为必然，频繁停机修改配水程序势必造成故障的增加和产量的减少，为此特设计开发了可供在线选择的多种配水程序。

3 解决方案

3.1 开发MODBUS PLUS网络（简称MB+网）

    针对以太网络故障问题，一方面加强以太网系统的维护；另一方面为了从根本上提高配水系统的可靠性，保证铸机正常生产不受影响，通过研究制定出在原PLC控制系统基础上开发MB+网的方案。其方案的可行性在于：

    （1）施耐德Quantumn系列PLC提供专用的以太网卡NOE771 00/01/10接口模块，与其他设备组成以太网网络，原以太网网络即是利用此模块组成。但是Quantumn系列PLC主机即CPU模块自身亦提供一个MB+网络接口，通过CPU模块背面DIP拨码开关可以定义该主机在MB＋网络中的地址。这为设计MB+网络提供了方便。由此可见PLC系统不需要增加任何设备即具备了构成MB＋网络的基础条件。MB+网是一个本地网络，它允许计算机、PLC和其他数据源以对等方式进行通讯，数据传送速度可达1Mbit/S。一个MB+网最大通讯距离达1800米，可支持多达64个通讯装置（节点）。MB+网的这些特性均满足我们配水网络中对通讯设备、通讯距离、通讯速度的要求。

    （2）配水上位机应用软件的开发。新增加一台上位机及一块PCI85网卡（MB+网络专用）。PCI85网卡安装后即可由软件定义所在上位机的MB+网络地址。上位机监控采用的iFIX组态软件是基于开放的和组件技术的产品，它不需要用特别的硬件获得数据。iFIX可以通过一个称为I/O驱动器的软件接口同已存在的I/O设备直接通讯。在以太网络中配制MBE作为iFIX的I/O软件驱动，在MB+网络中配制MMP作为iFIX的I/O软件驱动。再将原iFIX应用软件的系统配制文件配制为MB+网络所对应的各PLC设备地址。由此利用原配水上位机应用软件，新上位机应用软件的开发也变得简单易行。

    （3）MB＋网络通讯介质为专用的双芯屏蔽双绞电缆。用它将各节点链式连接起来即组成MB+网络。在网络两端节点使用AS-MBKT-185终端插头，中间节点使用AS-MBKT-085在线插头，该两种插头方便、安全、可靠。通讯电缆和节点插头不需多少资金即可购得。

    综上所述，MB＋网络的构建无论是在硬件设备上还是在软件技术上，均满足了条件。

3.2 多配水表在线选择

    为了克服配水表单一的问题，首先根据工艺部门提供的各种二冷配水模型，按钢种类型将全部参数输入配水程序，并调试好。再于上位机操作画面设计选择按钮，生产操作人员即可根据生产情况选择合适的配水表。由此方便有效的解决了配水表 单一的问题。

4 结语

    通过对2＃方坯自动配水网络的改进，两套配水网络并行工作，互为备用，提高了系统稳定性，未再发生因网络故障而影响生产的事故。通过增加可供在线选择的多种配水程序，方便了操作人员的选择，适应了生产的要求，有力的保证了正常生产。

                         图1   改造后配水系统网络效果图
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