江阴兴澄特种钢铁有限公司 江苏江阴 214400
摘要：近年来，钢铁条线的自动化程度越来越高，大幅度提高了生产效率，降低了操作人员的劳动强度。特别是近两年，在能够自动化生产的基础上，人们对轧制产品的质量要求越来越高，不仅仅是过程控制方面，还包括了工艺控制、物流控制等，这就要求生产线需要多级控制系统，这样可以全面的把控住生产信息的有序传递，能够把上道工序与下道工序完美的连接。本文主要简述大棒线所应用的多级控制系统。
关键词：控制系统、大棒线，生产系统，自动控制
1前言
自动化控制系统是自动化的核心，有了控制系统，生产线才能够实现自动化，自动控制系统一般分为现场级、监控级和传动级，能够在钢材轧制过程中的实时监控，可以监控生产线操作人员的操作方式，可以促进操作人员的操作规范性，有效的防止误操作带来的设备损坏，保证了生产线钢坯的质量。
2生产控制系统介绍
公司二期大棒线引入了生产控制系统，该系统分为三级。按照其功能分别为传动级别（1级）、基础自动化级别（2级）、过程自动化级别（3级）。
生产线上自动化控制系统的网络采用具有极高可靠性的工业以太网，这样的工业以太网具有高速冗余环网功能的网络系统，一般都使用环网结构，这样能够保证在一条回路断线的情况下，另外一条回路仍保证通讯畅通，确保了网络的连通，应用在轧钢厂，可以保证设备的安全，有效的防止了由于通讯中断造成的设备不可控产生的设备损坏，特别像开坯机、连轧机、热锯机等大型重要设备。
传动级别（1级）和基础自动化级别（2级）交互使用的PROFIBUS网是大型钢铁企业常用的网络之一，该网是一种实时、开放性工业现场总线网络。它的特点是：使用数字传输，易于正确接收和差错检验，保证了数据的可靠性和准确性。现场使用构成网络容易，只需要放置一根DP电缆，兼容的设备较多，很多检测元件都有DP的支持接口，网路中增加检测较容易。
在整个自动化控制系统中，大棒线全轧线上共使用1套西门子公司的TDC、4套西门子公司的S7-400 PLC。
TDC全称：Technology&Drive controller，即工艺和传动控制器。粗轧机使用的就是这一套核心控制器，能够监控粗轧机运行过程中的电角度和磁通变量，完成对同步电动机较为复杂的电机内磁场的控制，实现同步电机速度的精准控制。西门子PLC可以使用DP网络通过DP接口和TDC以主从站的方式连接通讯，而控制器TDC也可以通过TCP/IP接口与西门子的工作站连接起来。在粗轧机使用的这套系统，使用了DP网络与PLC01相互连接，完成粗轧机主电机的传动参数的给定与反馈的传输。
3基础自动化系统功能的介绍
PLC01控制系统位于一号主电室，具体的功能为完成生产工艺中的钢坯上料、入炉、出炉、除磷和粗轧轧制。
PLC02控制系统位于二号主电室，具体的功能完成生产工艺中的钢坯火焰清理、1号液压剪剪头、翻钢和连轧。与PLC01和火焰清理机本体控制系统实现信号的交互，完成火焰清理机激活条件的判断。
PLC03和PLC04控制系统位于三号主电室和四号主电室，具体的功能完成生产工艺中的钢坯锯切、定尺、收集和下线。
4画面HMI系统
2级HMI画面机主要配合完成生产工艺参数的设置及设备动作输入选择和状态反馈，HMI系统的基本功能为：技术规格数据输入、原始数据输入、标准规程存储、轧制规程选择、报警和预报警、设备运行监控。全线重要的画面机比如CP4中央控制室的画面机，功能主要就是对连轧机的状态、轧制的跟踪，操作人员可以通过画面完成轧制参数表的输入，不同规格的轧制参数是不同的，投用的轧机数量需要设置，轧机的转速需要设置，轧机的微张是否投用需要设置等，同时通过画面机轧制过程中各设备状态和电气参数的动态显示，操作人员可以通过轧机反馈的电流曲线查看是否发生拉钢、堆钢现象，及时进行工艺参数的人工调整。当现场设备发生故障时，通过画面故障信息会显示出来，让操作人员及时发现，及时通知相关专业进行处理，避免故障的扩大。操作画面还用来替代操作台上的大量显示仪表和一些重要的开关等，让大棒轧制线的操作既直观又简单，使得辅助设备的操作都在画面上进行，而重点操作的设备都在操作台进行，操作人员能够及时进行重点设备的操作。
5物料系统
物料系统属于3级控制系统：过程控制。每根钢坯为了更好的物料跟踪，都设置了一个身份证编号，这个身份证编号使用了12位的数字代码+0000进行编辑，这个编码前12位数字是计算机自动生成的，根据合同编号，再加上计划生产日期、钢种代码编码而成，生产线全程使用编码识别系统，当钢坯经过热金属传感器时，触发编码识别系统，镜头自动识别并设置下道工序编码并把上道工序的钢坯信息上传到物料系统。这样每个操作室操作人员都能够准确的知道钢坯信息和上道工序中这根钢坯的信息。物料识别系统在全线被设置在入炉辊道前、冷床打标机后，这是由于物料识别能够帮助加热炉人员完成入炉的校验，防止入炉钢坯错误形成混钢，其次在冷床打标机后，可以完成对下线钢坯的识别，当钢坯运送到环冷坑或者空冷放置在场地后，通过物料手提识别可以完全知道该钢坯的物料流程，使得物料管理有数据作为依托，完成对物料的跟踪，实现现代化钢厂的智能管理。
6控制系统相关的创新
在生产线基建时，有些介质站的单体设备并没有加入到网络中，导致无法查看单体设备的状态，当这些单体设备发生故障，就会影响主体设备的正常运行，而且这些单体设备的故障无法查看到，需要人员对这些设备进行巡检，但是巡检是有时间间隔的，还是有一定概率会造成故障后对主体设备的影响。为了更好的保护好重点设备，对轧钢生产线平台下的单体设备进行PLC升级，淘汰了一批S7-200PLC系统，升级到S7-300PLC系统，增加了以太网模块，进行了组网。由于系统更换，对远程柜进行了重新制作，为了便于查找问题，对远程柜内的线路做了以下分区：定义了24V+0V电源区域域，定义了现场220V+零线电源区域，定义了现场信号反馈区域，定义了模拟量输入区域。这样查找故障相对方便，有效的防止了三线制端子顺序接法的电缆主路径线路杂乱，可以快速的查找线路的备用线，可以快速的进行重要信号物理短接。通过以太网组网时需要注意，IP地址的设置，必须要网络上时唯一的，防止备用工控机投用时对网络的冲突，IP地址设置和CPN网关LAN口必须在同一个IP地址段，通过组网后，在工程师站PC机上可以读取到从站的信息，对介质站的设备进行监控，完成故障信息的报警采集，通过以太网发送到画面机上，方便维护人员查找问题。
7结束语
本文简要的述说了大棒生产线的生产控制系统以及生产系统的重要组成，每个组成子系统的功能介绍和三级系统的物理连接，让大家对大棒线三级系统有一个简单的了解。同时也分享了控制系统的相关创新，通过对控制系统的创新，可以使得工程师站能够对每一个子系统进行完全的监控，有效的防止了主设备的辅助站的故障导致无法正常生产的故障。
8参考文献：
（1）李联军.在工业自动化生产过程中PLC控制系统的设计方法[J].大观周刊，2012（12）：143-144.
（2）蔡自兴.智能控制-基础与应用.北京：国防工业出版社，1998