攀钢1#板坯连铸机的自动化系统改造实践
2009-4-29 9:13:00 来源：中国自动化网 浏览：50 网友评论 条 点击查看
一、引言
攀钢1#板坯连铸机于1993年10月18日一次热负荷试车成功。1996年实现高效化改造，2003
年年产板坯210万吨，大大超过原设计100万吨的能力。原自动化控制系统采用贝利-N90集散
控制系统，原过程计算机系统采用的是TJ2236小型计算机，控制系统的设备已淘汰，有的元
件也日趋老化，系统故障增多，控制系统备件已无法准备。因此，对现有的基础自动化控制
系统和过程计算机控制系统进行了改造。
二、自动化控制系统的构建
攀钢1#板坯连铸机自动化系统改造拟采用两级控制系统，即由基础自动化系统（L1）及
过程控制计算机系统（L2）组成。基础自动化网络系统采用光纤环形以太网，过程计算系统
的网络采用星型连接，两条以太网独立配置，以解决网络数据的畅通。自动化系统配置如图1
所示。

1. 基础自动化系统构成
基础自动化（L1）级配置11套西门子S7-400PLC系统，其中新增7套PLC（包括1套平台控
制的公共PLC,2套流道控制的流PLC，2套冷却控制的冷却PLC，1套出坯控制的出坯PLC），且
大量采用分布式远程I/O站，各分布式I/O站与控制器间以现场总线连接;利旧4套（包括2套
拉矫机控制PLC和2套框架控制PLC）。HMI系统配置两台服务器，互为热备方式。设置5个操
作员站、1个工程师站。
⑴公共PLC系统的配置
公共PLC配备了主站、2路PROFIBUS-DP网络以及4个远程I/O站。其中，一路DP网络连
接浇铸平台大包操作的1个远程I/O站，另一路DP网络连接电气室和公共水系统的3个远程I/O
站。
⑵流PLC系统的配置
流PLC配备了主站、2路PROFIBUS-DP网络以、11个远程I/O站以及PROFIBUS-DP网络中
继器2台。其中，一路DP网络连接浇铸平台上的1个远程I/O站，另一路DP网络连接切割PLC
室、电气室、切割室、现场液压阀台、现场操作箱的10个远程I/O站。由于第2路PROFIBUS-DP
网络线路较长，在线路中配置了PROFIBUS-DP网络中继器，对信号进行放大。
⑶冷却PLC系统的配置
冷却PLC配备了主站、2路PROFIBUS-DP网络以及5个远程I/O站。其中，一路DP网络连
接结晶器水的1个远程I/O站，另一路DP网络连接二冷水、二冷气控制的4个远程I/O站。
⑷出坯PLC系统的配置
出坯PLC配备了主站、1路PROFIBUS-DP网络以及6个远程I/O站。其中，电气室3个远程
I/O站、切割室2个远程I/O站、出坯室1个远程I/O站。
⑸网络系统的配置
L1网络是自动化系统的关键环节，采用了光纤环形以太网。网络系统连接11套PLC系统、
2台L1监控服务器、2台L2服务器、5个L1操作员站以及1个L1工程师站。
⑹操作监控系统的配置
操作监控系统配置2台L1监控服务器以及5个L1操作员站，两台服务器，互为热备方式。
2. 过程计算机系统L2的构成
过程控制计算机系统在结构上采用三层应用结构，第一层为前端客户表现层，即系统的
HMI，主要完成L2系统与用户的人机界面交互，第二层为中间应用服务层，主要完成应用系统
的业务逻辑处理;第三层为后台数据库层，完成生产数据的历史存储。L2级系统在L1级系统的
支撑下，对连铸生产过程进行优化控制、管理。
⑴L2服务器系统
L2服务器系统包括1台数据库服务器和1台用服务器。由1台PC服务器担当数据库服务器，
由1台PC服务器担当应用服务器。在服务器中配置Windows 2003 Server操作系统和Oracle
数据库管理系统。服务器位于计算机机房。服务器通过高速以太网与各PC客户机相连接，实
现数据共享，提高了系统的灵活性和可靠性。网络拓扑结构为星型，采用100Mbps快速以太交
换网技术构建系统网络，通讯协议采用TCP/IP。
⑵技术工作站
配置技术工作站TWS（Technology Work Station）1台。位于计算机室，与二级应用服务
器交换数据，主要用于模型开发及模型仿真程序，可选择配置较好的专用工作站。
⑶工艺师工作站
配置工艺师工作站PWS（Production Work Station）1台。位于冶金工程师室。主要由冶
金工程师使用，以便管理过程计算机上使用的大量的工艺参数和模型数据，监视整个工艺过
程和质量状况。
⑷操作员站
配置操作员站OWS（Operator Work Station）5台。主要为操作员提供与二级系统的交互，
如输入操作数据，监视系统运行等。分别位于主控室2台、切割室1台、出坯室1台及连铸调度
室1台（供调度员输入生产计划、监视系统运行）。
⑸开发及维护工作站
配置开发及维护工作站DWS（Development and Maintenance Station）2台。供L2的维
护及开发人员使用，可按照网络和系统的不同权限具有不同的功能。开发PC工作站由于工作
环境较好，可选择配置较好的商用计算机。

图1：自动化系统配置图
三、自动化系统功能
自动化系统的功能包括设备控制功能和优化管理及模型控制功能两个部分。铸机总览如
图2所示。

图2：铸机总览图
1. 设备控制功能
1#板坯连铸机自动化系统控制范围从大包回转台到等待辊道的线上所有设备，主要有以
下设备控制功能：
· 大包旋转、升降控制。
· 中包车走行、升降状态监控。
· 结晶器抽烟、二冷段排气控制。
· 结晶器振动控制。
· 结晶器冷却水控制。
· 二冷水冷却控制。
· 二冷气雾冷却控制。
· 机器开闭路水控制。
· 拉矫机驱动电机及抱闸控制。
· 拉矫机驱动驱动辊提升、压下控制。
· 引锭杆跟踪控制。
· 铸坯跟踪控制。
· 扇形段框架控制。
· 驱动辊压力调节控制。
· 引锭杆存取控制。
· 引锭杆对中控制。
· 切前辊道控制。
· 切头小车控制。
· 切后辊道控制。
· 去毛刺辊道控制。
· 喷印辊道控制。
· 板坯称量机升降控制。
· 称重辊道控制。
· 等待辊道 控制。
· 大包液压站控制。
· 本体液压站控制。
· 精整液压站控制。
· 滑动水口液压站控制。
2. 优化管理及模型控制功能
在连铸生产中，过程控制计算机系统的主要功能是过程管理与控制优化。对攀钢1#板坯
连铸过程控制计算机系统的改造中，采用了比较先进的控制技术和控制手段，为连铸生产提
供先进的过程管理和控制工具,主要有以下的管理和优化功能：
· 数据通讯
系统需建立起与1#板坯连铸L1级基础自动化系统及炼钢L3级生产控制系统的通讯，同时
应建立与炼钢化检中心系统及其他系统的互联接口，可以很方便地实现系统间的集成，以支
撑整体产销系统及炼钢L3级生产控制系统。
· 生产标准管理
接受L3系统下达的连铸相关的生产标准，进行相应的存储、处理和显示，在此基础上进
行连铸的计算机控制，指导生产作业。
· 生产计划管理
正常情况下，计划从L3系统接收，然后下达L1以指导生产，在L2中可调整计划顺序及吊
销材料，也可在L2中后备输入计划。
· 跟踪和管理
包括浇铸过程及时间的管理和记录、物料跟踪、延时跟踪、事件登记等生产有关事件和
操作时序的监视，其中浇铸过程的管理又包含访问数据库、采集重要的现场数据、送过程计
算机系统的设定值给基础自动化、对各种工作方式进行管理、完成操作员的相关活动。
· 板坯切割优化模型
当异钢种连浇或出现产生废坯的事件时，使用该模型重新计算并调整切割设定点.以提高
铸坯收得率。
· 质量判定模型
通过实时采集和检测与质量相关的现场数据，判断质量问题并为切割优化模型提供优化
点，最后将相关质量问题定位到板坯上。
· 二冷模型
目前，首先须完成模型通过对浇铸过程的跟踪，实时地将存储在L2中的静态二冷水表值
下送给L1以实施控制的功能;然后，条件成熟时，可进行动态速度模型的研究，即计算各区域
的平均拉速，在此基础上计算各回路的水、气流量，下送L1，实施动态控制。
· 凝固及液芯长度模型
在连铸生产过程中，该模型能够实时计算板坯的温度分布情况（包括坯壳、糊状、液状
的温度及位置），并完成板坯的切片跟踪，为二次冷却水的优化喷水提供温度参数。它为生产
出优质合格的板坯提供了保证。
· 喷嘴状态检查
通过二冷喷嘴的理论喷水压力与实际检测喷水压力的比较，已诊断二冷水口是否堵塞。
· 事件及报警
对铸机生产过程中的事件及报警事项进行管理。
· 生产数据及报表
最终产品和质量数据统计，制成生产报表。
· 操作员指导
将操作标准通过人机界面提供给操作员。
四、结束语
该工程项目由TORI四川托日信息工程有限责任公司完成自动化控制系统的设计、系统集
成、工程施工以及调试，并负责系统联调，是一项交钥匙工程。该项目从合同生效到热负荷
试车仅4个月时间，工期紧，且要求在铸机年修期间实施。去年年修期间实施了自动化系统的
改造，由于准备工作充分，现场停产施工时间4天，系统调试及试车3天，仅用7天就完成了自
动化系统的改造。
该系统于2006年12月投运，目前已运行3个月，运行正常。该连铸机自动化系统改造的成
功经验对其它冶金企业的连铸机改造具有借鉴效果。